Оксид германия(IV)
Диоксид германия | |
---|---|
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 | 14796 |
Рег. номер EINECS | 215-180-8 |
SMILES | O=[Ge]=O |
InChI | InChI=1S/GeO2/c2-1-3 YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N |
RTECS | LY5240000 |
ChemSpider | 14112 |
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
Формы диоксида германия очень сильно схожи с диоксидом кремния. Вещество существует в виде двух кристаллических модификаций и одной аморфной:
- 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.
- 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].
- 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.
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 | — |
S°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
Получают двуокись германия гидролизом GeCl4 с последующей просушкой и кальцинацией осадка при 900°C. При этом обычно образуется смесь аморфного и гексагонального GeO2:
При температуре выше 700 °C германий реагирует с кислородом, образуя диоксид.
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:
Вытеснением из германатов разбавленной азотной кислотой:
Химические свойства
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
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 германия в щелочной среде образуются германиевые комплексы, которые выявляют 2,3,7-тригидрокси-9-фенилфлуореноном-6.[8]
Токсичность
Диоксид германия имеет низкую токсичность, при высоких дозах проявляет нефротоксичность. Диоксид германия используется в некоторых БАДах[9].
Примечания
- ↑ 1 2 Важнейшие соединения германия (неопр.). Дата обращения: 16 апреля 2010. Архивировано из оригинала 2 апреля 2007 года.
- ↑ 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.
- ↑ 1 2 Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (2nd ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-08-037941-9.
- ↑ Химия, элементы таблицы Менделеева (рус.) документ 12, страница 17. Дата обращения: 14 мая 2010. Архивировано из оригинала 27 августа 2005 года.
- ↑ Robert D. Brown, Jr. GERMANIUM (неопр.). U.S. Geological Survey. Дата обращения: 16 апреля 2010. Архивировано 22 августа 2011 года.
- ↑ Chapter Iii: Optical Fiber For Communications (неопр.). Дата обращения: 16 апреля 2010. Архивировано из оригинала 15 июня 2006 года.
- ↑ 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.
- ↑ 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).
- ↑ 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
- Диоксид германия на сайте [www.xumuk.ru/encyklopedia/987.html XuMuK.ru]
| |||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
H2O | |||||||||||||||||
Li2O LiCoO2 Li3PaO4 Li5PuO6 Ba2LiNpO6 LiAlO2 Li3NpO4 Li2NpO4 Li5NpO6 LiNbO3 | BeO | B2O3 | С3О2 C12O9 CO C12O12 C4O6 CO2 | N2O NO N2O3 N4O6 NO2 N2O4 N2O5 | O | F | |||||||||||
Na2O NaPaO3 NaAlO2 Na2PtO3 | MgO | AlO Al2O3 NaAlO2 LiAlO2 AlO(OH) | SiO SiO2 | P4O P4O2 P2O3 P4O8 P2O5 | S2O SO SO2 SO3 | Cl2O ClO2 Cl2O6 Cl2O7 | |||||||||||
K2O K2PtO3 KPaO3 | CaO Ca3OSiO4 CaTiO3 | Sc2O3 | TiO Ti2O3 TiO2 TiOSO4 CaTiO3 BaTiO3 | VO V2O3 V3O5 VO2 V2O5 | FeCr2O4 CrO Cr2O3 CrO2 CrO3 MgCr2O4 | MnO Mn3O4 Mn2O3 MnO(OH) Mn5O8 MnO2 MnO3 Mn2O7 | FeCr2O4 FeO Fe3O4 Fe2O3 | CoFe2O4 CoO Co3O4 CoO(OH) Co2O3 CoO2 | NiO NiFe2O4 Ni3O4 NiO(OH) Ni2O3 | Cu2O CuO CuFe2O4 Cu2O3 CuO2 | ZnO | Ga2O Ga2O3 | GeO GeO2 | As2O3 As2O4 As2O5 | SeOCl2 SeOBr2 SeO2 Se2O5 SeO3 | Br2O Br2O3 BrO2 | |
Rb2O RbPaO3 Rb4O6 | SrO | Y2O3 YOF YOCl | ZrO(OH)2 ZrO2 ZrOS Zr2О3Сl2 | NbO Nb2O3 NbO2 Nb2O5 Nb2O3(SO4)2 LiNbO3 | Mo2O3 Mo4O11 MoO2 Mo2O5 MoO3 | TcO2 Tc2O7 | Ru2O3 RuO2 Ru2O5 RuO4 | RhO Rh2O3 RhO2 | PdO Pd2O3 PdO2 | Ag2O Ag2O2 | Cd2O CdO | In2O InO In2O3 | SnO SnO2 | Sb2O3 Sb2O4 Hg2Sb2O7 Sb2O5 | TeO2 TeO3 | I2O4 I4O9 I2O5 | |
Cs2O Cs2ReCl5O | BaO BaPaO3 BaTiO3 BaPtO3 | HfO(OH)2 HfO2 | Ta2O TaO TaO2 Ta2O5 | WO2Br2 WO2 WO2Cl2 WOBr4 WOF4 WOCl4 WO3 | Re2O ReO Re2O3 ReO2 Re2O5 ReO3 Re2O7 | OsO Os2O3 OsO2 OsO4 | Ir2O3 IrO2 | PtO Pt3O4 Pt2O3 PtO2 K2PtO3 Na2PtO3 PtO3 | Au2O AuO Au2O3 | Hg2O HgO (Hg3O2)SO4 Hg2O(CN)2 Hg2Sb2O7 Hg3O2Cl2 Hg5O4Cl2 | Tl2O Tl2O3 | Pb2O PbO Pb3O4 Pb2O3 PbO2 | BiO Bi2O3 Bi2O4 Bi2O5 | PoO PoO2 PoO3 | At | ||
Fr | Ra | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | ||
↓ | |||||||||||||||||
La2O2S La2O3 | Ce2O3 CeO2 | PrO Pr2O2S Pr2O3 Pr6O11 PrO2 | NdO Nd2O2S Nd2O3 NdHO | Pm2O3 | SmO Sm2O3 | EuO Eu3O4 Eu2O3 EuO(OH) Eu2O2S | Gd2O3 | Tb | Dy2O3 | Ho2O3 Ho2O2S | Er2O3 | Tm2O3 | YbO Yb2O3 | Lu2O2S Lu2O3 LuO(OH) | |||
Ac2O3 | UO2 UO3 U3O8 | PaO PaO2 Pa2O5 PaOS | ThO2 | NpO NpO2 Np2O5 Np3O8 NpO3 | PuO Pu2O3 PuO2 PuO3 PuO2F2 | AmO2 | Cm2O3 CmO2 | Bk2O3 | Cf2O3 | Es | Fm | Md | No | Lr |