Окси́д герма́ния(IV) (диоксид германия, двуокись германия) представляет собой бинарное неорганическое химическое соединение германия с кислородом, является амфотерным оксидом. Химическая формула GeO.
Структура
Формы диоксида германия схожи с диоксидом кремния. Вещество существует в виде двух кристаллических модификаций и одной аморфной: Гексагональный α-GeO2 (α-кварцеподобная фаза) легкорастворимая модификация, германий имеет координационное число 4, пространственная группа P3121 или P3221, параметры элементарной ячейки: a = 0,4972 нм, c = 0,5648 нм, Z = 3, d20 = 4,29-4,703 г/см3(в зависимости от источника); Тетрагональный β-GeO2 (рутилоподобная фаза, минеральная форма — аргутит ()) имеет структуру типа SnO2, имеет структуру схожу со структурой стишовита (полиморфная модификация SiO2, стабильна при комнатной температура, имеет координационное число 6, параметры элементарной ячейки: а = 0,4395 нм, с = 0,2860 нм, d20 = 6,24-6,28 г/см3 (в зависимости от источника). Под высоким давлением переходит в ромбическую форму, структура типа CaCl2Structural 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, .; 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)Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (2nd ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-08-037941-9..
Тетрагональный диоксид германия при 1033 °C переходит в гексагональную форму. ΔHα → β = 21,6 кДж/моль.
+Некоторые свойства диоксида германия Показатель Кристаллическаямодификация СтеклообразныйGeO2 α βT.пл., °C10861115—Плотн., г/см36,2774,283,667ТКЛР, K−15,36(298—698 K)9,5(298—798 K)7,5(298—698 K)ΔHпл., кДж/моль21,117,6—S°298, Дж/(моль·К)39,7155,2769,77С°p, Дж/(моль·К)50,1752,0953ΔHобр., 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 инертны, поэтому химические свойства обычно описывают для β-GeO2.
Нагревание диоксида германия при температуре 1000 °C дает оксид германия (GeO):
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:
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. 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.
Диоксид германия также используется в качестве катализатора при производстве полиэтилентерефталевой смолы.
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.
Токсичность Диоксид германия имеет низкую токсичность, при высоких дозах проявляет нефротоксичность. Диоксид германия используется в некоторых БАДах.
Литература
Примечания
Категория:Бинарные соединения Категория:Оптические материалы Категория:Оксиды германия Категория:Соединения германия по алфавиту