stringtranslate.com

диоксид германия

Диоксид германия , также называемый оксидом германия(IV) , германией и солью германия , [1] — неорганическое соединение с химической формулой Ge O 2 . Это основной коммерческий источник германия. Он также образуется в качестве пассивирующего слоя на чистом германии при контакте с кислородом воздуха.

Структура

Два преобладающих полиморфа GeO 2 - гексагональный и тетрагональный. Гексагональный GeO 2 имеет ту же структуру, что и α-кварц, с германием, имеющим координационное число 4. Тетрагональный GeO 2 (минерал аргутит ) имеет рутил -подобную структуру, наблюдаемую в стишовите . В этом мотиве германий имеет координационное число 6. Аморфная (стекловидная) форма GeO 2 похожа на плавленый кварц . [2]

Диоксид германия может быть получен как в кристаллической , так и в аморфной форме. При давлении окружающей среды аморфная структура образована сетью тетраэдров GeO 4 . При повышенном давлении примерно до 9  ГПа среднее координационное число германия неуклонно увеличивается с 4 до примерно 5 с соответствующим увеличением расстояния связи Ge–O. [3] При более высоких давлениях, примерно до 15  ГПа , координационное число германия увеличивается до 6, а плотная сетчатая структура состоит из октаэдров GeO 6 . [4] При последующем снижении давления структура возвращается к тетраэдрической форме. [3] [4] При высоком давлении рутиловая форма преобразуется в орторомбическую форму CaCl 2 . [5]

Реакции

При нагревании диоксида германия с порошкообразным германием при 1000 °C образуется монооксид германия (GeO). [2]

Гексагональная ( d = 4,29 г/см 3 ) форма диоксида германия более растворима, чем рутиловая ( d = 6,27 г/см 3 ) форма, и растворяется с образованием германиевой кислоты, H 4 GeO 4 , или Ge(OH) 4 . [6] GeO 2 слабо растворим в кислоте, но легче растворяется в щелочи с образованием германатов . [6] Германиевая кислота образует устойчивые комплексы с ди- и полифункциональными карбоновыми кислотами , полиспиртами и о-дифенолами . [7]

При контакте с соляной кислотой выделяет летучий и едкий тетрахлорид германия .

Использует

Показатель преломления (1,7) и оптические дисперсионные свойства диоксида германия делают его полезным в качестве оптического материала для широкоугольных линз , в объективах оптических микроскопов и для сердцевины волоконно-оптических линий. См. Оптическое волокно для получения подробной информации о процессе производства. Как германий, так и его оксид стекла, GeO 2 , прозрачны для инфракрасного (ИК) спектра. Стекло может быть изготовлено в ИК-окнах и линзах, используемых для технологий ночного видения в армии, роскошных автомобилях [8] и термографических камерах . GeO 2 предпочтительнее других ИК-прозрачных стекол, поскольку он механически прочен и поэтому предпочтителен для жесткого военного использования. [9]

Смесь диоксида кремния и диоксида германия («silica-germania») используется в качестве оптического материала для оптических волокон и оптических волноводов . [10] Управление соотношением элементов позволяет точно контролировать показатель преломления. Стекла из кремния-германия имеют более низкую вязкость и более высокий показатель преломления, чем чистый кремний. Германий заменил титан в качестве легирующей примеси кремния для кварцевого волокна, устраняя необходимость в последующей термической обработке, которая делала волокна хрупкими. [11]

Диоксид германия также используется в качестве катализатора в производстве полиэтилентерефталатной смолы, [12] и для производства других соединений германия. Он используется в качестве сырья для производства некоторых люминофоров и полупроводниковых материалов .

Диоксид германия используется в альгокультуре в качестве ингибитора нежелательного роста диатомовых водорослей в водорослевых культурах, поскольку загрязнение сравнительно быстрорастущими диатомовыми водорослями часто подавляет рост или вытесняет исходные штаммы водорослей. GeO 2 легко поглощается диатомовыми водорослями и приводит к замене кремния германием в биохимических процессах внутри диатомовых водорослей, что приводит к значительному снижению скорости роста диатомовых водорослей или даже к их полному устранению, с небольшим эффектом на виды недиатомовых водорослей. Для этого применения концентрация диоксида германия, обычно используемая в культуральной среде, составляет от 1 до 10 мг/л, в зависимости от стадии загрязнения и вида. [13]

Токсичность и медицина

Диоксид германия имеет низкую токсичность, но в более высоких дозах он нефротоксичен . [ необходима цитата ]

Диоксид германия используется в качестве германиевой добавки в некоторых сомнительных диетических добавках и «чудодейственных средствах». [14] Высокие дозы этих добавок привели к нескольким случаям отравления германием.

Ссылки

  1. ^ "Заявка на патент США на катализаторы этерификации (заявка № 20020087027, выданная 4 июля 2002 г.) - Поиск патентов Justia". patents.justia.com . Получено 05.12.2018 .
  2. ^ ab Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  3. ^ ab JWE Drewitt; PS Salmon; AC Barnes; S. Klotz; HE Fischer; WA Crichton (2010). "Структура стекла GeO 2 при давлениях до 8,6 ГПа". Physical Review B. 81 ( 1): 014202. Bibcode :2010PhRvB..81a4202D. doi :10.1103/PhysRevB.81.014202.
  4. ^ ab M. Guthrie; CA Tulk; CJ Benmore; J. Xu; JL Yarger; DD Klug; JS Tse; H.-k. Mao; RJ Hemley (2004). "Формирование и структура плотного октаэдрического стекла". Physical Review Letters . 93 (11): 115502. Bibcode :2004PhRvL..93k5502G. doi :10.1103/PhysRevLett.93.115502. PMID  15447351.
  5. ^ Структурная эволюция диоксида германия типа рутила и типа CaCl 2 при высоком давлении, J. Haines, JM Léger, C. Chateau, AS Pereira, Physics and Chemistry of Minerals, 27, 8, (2000), 575–582, doi :10.1007/s002690000092.
  6. ^ ab Эгон Виберг, Арнольд Фредерик Холлеман, (2001) Неорганическая химия , Elsevier ISBN 0-12-352651-5 . 
  7. ^ Патель, Мадхав; Карамалидис, Атанасиос К. (2021-05-21). «Германий: обзор его спроса в США, использования, ресурсов, химии и технологий разделения». Технология разделения и очистки . 275 : 118981. doi : 10.1016/j.seppur.2021.118981 . ISSN  1383-5866.
  8. ^ «Элементы», CR Hammond, David R. Lide, ред. CRC Handbook of Chemistry and Physics, издание 85 (CRC Press, Бока-Ратон, Флорида) (2004).
  9. ^ Профиль минерального сырья «Германий», Геологическая служба США, 2005.
  10. ^ Роберт Д. Браун-младший (2000). "Германий" (PDF) . Геологическая служба США.
  11. ↑ Глава III: Оптоволокно для связи. Архивировано 15 июня 2006 г. на Wayback Machine .
  12. ^ Тиле, Ульрих К. (2001). «Современное состояние катализа и разработки катализаторов для промышленного процесса поликонденсации полиэтилентерефталата». Международный журнал полимерных материалов . 50 (3): 387–394. doi :10.1080/00914030108035115. S2CID  98758568.
  13. ^ Роберт Артур Андерсен (2005). Методы культивирования водорослей. Elsevier Academic Press. ISBN 9780120884261.
  14. ^ Тао, SH; Болгер, PM (июнь 1997 г.). «Оценка опасности добавок германия». Регулирующая токсикология и фармакология . 25 (3): 211–219. doi :10.1006/rtph.1997.1098. PMID  9237323.