stringtranslate.com

диоксид германия

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

Состав

Двумя преобладающими полиморфными модификациями GeO 2 являются гексагональная и тетрагональная формы. Гексагональный GeO 2 имеет ту же структуру, что и β-кварц, с германием, имеющим координационное число 4. Тетрагональный GeO 2 (минерал аргутит ) имеет рутилоподобную структуру, наблюдаемую в стишовите . В этом мотиве германий имеет координационное число 6. Аморфная (стекловидная) форма GeO 2 подобна плавленому кремнезему . [2]

Диоксид германия может быть получен как в кристаллической , так и в аморфной формах. При нормальном давлении аморфная структура формируется сеткой тетраэдров GeO 4 . При повышенном давлении примерно до 9  ГПа среднее координационное число германия постепенно увеличивается от 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] Когда давление впоследствии снижается, структура возвращается к тетраэдрической форме. [3] [4] При высоком давлении рутиловая форма превращается в ромбическую 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 ), и растворяется с образованием германиевой кислоты, H 4 GeO 4 или Ge(OH) 4 . [6] GeO 2 мало растворим в кислоте, но легче растворяется в щелочах с образованием германатов . [6] Германовая кислота образует устойчивые комплексы с ди- и полифункциональными карбоновыми кислотами , полиспиртами и о-дифенолами . [7]

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

Использование

Показатель преломления (1,7) и оптические дисперсионные свойства диоксида германия делают его полезным в качестве оптического материала для широкоугольных линз , объективов оптических микроскопов и сердцевины волоконно-оптических линий. Подробности производственного процесса см. в разделе «Оптическое волокно» . И германий, и его стеклооксид GeO 2 прозрачны для инфракрасного (ИК) спектра. Из стекла можно изготавливать ИК-окна и линзы, используемые в технике 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 суровых условий военного использования. [9]

Смесь диоксида кремния и диоксида германия («кремнезем-германий») используется в качестве оптического материала для оптических волокон и оптических волноводов . [10] Управление соотношением элементов позволяет точно контролировать показатель преломления. Германиокремниевые стекла имеют меньшую вязкость и более высокий показатель преломления, чем чистый кремнезем. Компания Germania заменила диоксид кремния в качестве легирующей добавки кремнезема для кварцевого волокна, устранив необходимость последующей термообработки, которая делала волокна хрупкими. [11]

Диоксид германия также используется в качестве катализатора при производстве полиэтилентерефталатной смолы [12] и других соединений германия. Используется как сырье для производства некоторых люминофоров и полупроводниковых материалов .

Диоксид германия используется в альгакультуре в качестве ингибитора нежелательного роста диатомовых водорослей в культурах водорослей, поскольку загрязнение сравнительно быстрорастущими диатомовыми водорослями часто подавляет рост или вытесняет исходные штаммы водорослей. GeO 2 легко поглощается диатомовыми водорослями и приводит к замещению кремния германием в биохимических процессах внутри диатомовых водорослей, что приводит к значительному снижению скорости роста диатомовых водорослей или даже к их полному устранению с незначительным воздействием на недиатомовые виды 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 малотоксичен, но в более высоких дозах он нефротоксичен . [ нужна цитата ]

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

Рекомендации

  1. ^ «Заявка на патент США на катализаторы этерификации. Патентная заявка (заявка № 20020087027, выданная 4 июля 2002 г.) - Поиск патентов Justia» . патенты.justia.com . Проверено 5 декабря 2018 г.
  2. ^ аб Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  3. ^ аб JWE Дрюитт; PS Лосось; AC Барнс; С. Клоц; Х.Э. Фишер; В.А. Крайтон (2010). «Структура стекла GeO 2 при давлениях до 8,6 ГПа». Физический обзор B . 81 (1): 014202. Бибкод : 2010PhRvB..81a4202D. doi : 10.1103/PhysRevB.81.014202.
  4. ^ аб М. Гатри; CA Тулк; Си Джей Бенмор; Дж. Сюй; Дж. Л. Яргер; Д.Д. Клюг; Дж. С. Це; Х.-к. Мао; Р. Дж. Хемли (2004). «Формирование и структура плотного октаэдрического стекла». Письма о физических отзывах . 93 (11): 115502. Бибкод : 2004PhRvL..93k5502G. doi : 10.1103/PhysRevLett.93.115502. ПМИД  15447351.
  5. ^ Структурная эволюция диоксида германия типа рутила и типа CaCl 2 при высоком давлении, Дж. Хейнс, Дж. М. Леже, К. Шато, А. С. Перейра, Физика и химия минералов, 27, 8, (2000), 575–582, дои : 10.1007/s002690000092.
  6. ^ ab Эгон Виберг, Арнольд Фредерик Холлеман, (2001) Неорганическая химия , Elsevier ISBN 0-12-352651-5 . 
  7. ^ Патель, Мадхав; Карамалидис, Афанасиос К. (21 мая 2021 г.). «Германий: обзор спроса, использования, ресурсов, химии и технологий разделения в США». Технология разделения и очистки . 275 : 118981. doi : 10.1016/j.seppur.2021.118981 . ISSN  1383-5866.
  8. ^ «Элементы», Ч.Р. Хаммонд, Дэвид Р. Лид, изд. Справочник CRC по химии и физике, издание 85 (CRC Press, Бока-Ратон, Флорида) (2004).
  9. ^ Профиль минерального сырья «Германия», Геологическая служба США, 2005.
  10. ^ Роберт Д. Браун младший (2000). «Германий» (PDF) . Геологическая служба США.
  11. ^ Глава III: Оптическое волокно для связи. Архивировано 15 июня 2006 г. в Wayback Machine .
  12. ^ Тиле, Ульрих К. (2001). «Современное состояние катализа и разработка катализаторов для промышленного процесса поликонденсации поли(этилентерефталата)». Международный журнал полимерных материалов . 50 (3): 387–394. дои : 10.1080/00914030108035115. S2CID  98758568.
  13. ^ Роберт Артур Андерсен (2005). Техники выращивания водорослей. Эльзевир Академик Пресс. ISBN 9780120884261.
  14. ^ Тао, SH; Болджер, премьер-министр (июнь 1997 г.). «Оценка опасности добавок германия». Нормативная токсикология и фармакология . 25 (3): 211–219. дои : 10.1006/rtph.1997.1098. ПМИД  9237323.