Оксид германия(IV)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Диоксид германия
GeO2powder.jpg
Общие
Систематическое
наименование
Оксид германия​(IV)​
Сокращения ACC10380, G-15
Традиционные названия диоксид германия, двуокись германия
Хим. формула GeO2
Рац. формула GeO2
Физические свойства
Состояние белый порошок, бесцветные кристаллы
Молярная масса 104,61 г/моль
Плотность 4,228 г/см³
Термические свойства
Температура
 • плавления 1116[1]
 • кипения 1200[1] °C
Оптические свойства
Показатель преломления 1,7
Классификация
Рег. номер CAS 1310-53-8
PubChem
Рег. номер EINECS 215-180-8
SMILES
InChI
RTECS LY5240000
ChemSpider
Безопасность
Токсичность низкая
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Окси́д герма́ния(IV) (диоксид германия, двуокись германия) представляет собой бинарное неорганическое химическое соединение германия с кислородом, является амфотерным оксидом. Химическая формула GeO2.

Структура[править | править код]

Формы диоксида германия очень сильно схожи с диоксидом кремния. Существуют в виде двух кристаллических модификаций и третьей — аморфной:

  1. Гексагональный β-GeO2 имеет такую же структуру как α-кварц, германий имеет координационное число 4, пространственная группа P3121 или P3221, параметры элементарной ячейки: a = 0,4972 нм, c = 0,5648 нм, Z = 3, d20 = 4,70 г/см³.
  2. Тетрагональный α-GeO2 (минеральная форма — аргутит (англ. argutite)) имеет структуру типа SnO2, германий имеет координационное число 6, параметры элементарной ячейки: а = 0,4395 нм, с = 0,2860 нм, d20 = 6,24 г/см³. Под высоким давлением переходит в ромбическую форму, структура типа CaCl2.[2].
  3. Аморфный GeO2 похож на кварцевое стекло, растворяется в воде. (а = 0,4987 нм, с = 0,5652 нм; состоит из слегка искажённых тетраэдров с атомом германия в центре)[3].

Тетрагональный диоксид германия при 1033 °C переходит в гексагональную форму. ΔHα → β = 21,6 кДж/моль.


Некоторые свойства диоксида германия
Показатель Кристаллическая
модификация
Стеклообразный
GeO2
α β
T.пл., °C 1086 1115
Плотн., г/см³ 6,277 4,28 3,667
ТКЛР, K−1 5,36⋅10−5
(298—698 K)
9,5⋅10−6
(298—798 K)
7,5⋅10−6
(298—698 K)
ΔHпл., кДж/моль 21,1 17,6
298, Дж/(моль·К) 39,71 55,27 69,77
С°p, Дж/(моль·К) 50,17 52,09 53
ΔHобр., кДж/моль -580,15 -554,71 -539,00

Получение[править | править код]

Получают двуокись германия гидролизом GeCl4 с последующей просушкой и прокаливанием осадка при 900 °C. При этом обычно образуется смесь аморфного и гексагонального GeO2:

При температуре выше 700 °C при помощи окисления германия получается двуокись германия:

Гидролизом сульфида германия(IV) в кипящей воде:

Растворяя германий в разбавленной азотной кислоте:

Окислением сульфида германия(II) концентрированной горячей азотной кислотой:

Гидролизом или окислением германоводородов:

Разрушение германатов разбавленной азотной кислотой:

Химические свойства[править | править код]

α-GeO2 и аморфный GeO2 химически более пассивны, поэтому химические свойства обычно описывают для β-GeO2.

Нагревание диоксида германия при температуре 1000 °C дает оксид германия (GeO)[3]:

Восстанавливается водородом и углеродом до металлического германия при нагревании:

Диоксид германия растворяется в воде, образуя слабую метагерманиевую кислоту:

Растворяется в щелочах, с разбавленными образует соли метагерманиевой кислоты, с концентрированными — ортогерманиевой:

Темно-серый нитрид германия (Ge3N4) может быть получен действием NH3 на металлический германий (или GeO2) при 700 °C[4]:

Взаимодействует с галогеноводородами:

При нагревании разрушает соли более слабых кислот с образованием германатов:

С окислами щелочных металлов, в зависимости от их количества, образует различные германаты:

Применение[править | править код]

Диоксид германия является промежуточным продуктом при производстве чистого германия и его соединений.

Диоксид германия имеет показатель преломления ~1,7, что позволяет использовать его в качестве оптического материала для широкоугольных объективов и в линзах объективов оптических микроскопов. Прозрачен в инфракрасном диапазоне спектра.

Смесь диоксида кремния и диоксида германия используется в качестве материала для оптических волокон[5]. Изменение соотношения компонентов позволяет точно управлять преломлением света. Диоксид германия позволяет заменить диоксид титана в качестве легирующей примеси, что исключает необходимость в последующей термической обработке, которая делает волокно хрупким[6].

Диоксид германия также используется в качестве катализатора при производстве полиэтилентерефталевой смолы[7].

Используется в качестве сырья для производства некоторых люминофоров и полупроводниковых материалов.

В гистохимии используется для выявления многоатомных спиртов. Метод основан на способности германиевой кислоты образовывать сложные соединения с многоатомными спиртами (глицерин, маннит, глюкоза и др.). При обработке нефиксированных срезов диоксидом углерода в щелочной среде образуются германиевые комплексы, которые выявляют 2,3,7-тригидрокси-9-фенилфлуореноном-6.[8]

Токсичность[править | править код]

Диоксид германия имеет низкую токсичность, но при более высоких дозах является нефротоксином. Диоксид германия используется в некоторых БАДах[9].

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 Важнейшие соединения германия. Дата обращения: 16 апреля 2010. Архивировано из оригинала 2 апреля 2007 года.
  2. Structural evolution of rutile-type and CaCl2-type germanium dioxide at high pressure, J. Haines, J. M. Léger, C. Chateau, A. S. Pereira, Physics and Chemistry of Minerals, 27, 8 ,(2000), 575—582, doi:10.1007/s002690000092.
  3. 1 2 Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (2nd ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-08-037941-9.
  4. Химия, элементы таблицы Менделеева документ 12, страница 17. Дата обращения: 14 мая 2010. Архивировано из оригинала 27 августа 2005 года.
  5. Robert D. Brown, Jr. GERMANIUM. U.S. Geological Survey. Дата обращения: 16 апреля 2010. Архивировано 22 августа 2011 года.
  6. Chapter Iii: Optical Fiber For Communications. Дата обращения: 16 апреля 2010. Архивировано из оригинала 15 июня 2006 года.
  7. Thiele, Ulrich K. The Current Status of Catalysis and Catalyst Development for the Industrial Process of Poly(ethylene terephthalate) Polycondensation (англ.) // International Journal of Polymeric Materials : journal. — 2001. — Vol. 50, no. 3. — P. 387 — 394. — doi:10.1080/00914030108035115.
  8. Фрайштат Д.М. Реактивы и препараты для микроскопии. Справочник / ответственный = под ред. Л.Н.Ларичевой. — Москва: Химия, 1980. — С. 98. — 480 с. — ISBN УДК 54-4:578.6(031).
  9. Tao, S. H.; Bolger, P. M. Hazard Assessment of Germanium Supplements (англ.) // Regulatory Toxicology and Pharmacology  (англ.) : journal. — 1997. — June (vol. 25, no. 3). — P. 211—219. — doi:10.1006/rtph.1997.1098.

Ссылки[править | править код]

  • Диоксид германия на сайте [www.xumuk.ru/encyklopedia/987.html XuMuK.ru]
Классы соединений германия