Окси́д герма́ния(IV) ( диоксид германия, двуокись германия ) представляет собой бинарное неорганическое химическое соединение германия с кислородом , является амфотерным оксидом . Химическая формула GeO ₂ .

Структура

Стиль этого раздела неэнциклопедичен или нарушает нормы литературного русского языка . Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии .

Формы диоксида германия очень сильно схожи с диоксидом кремния . Вещество существует в виде двух кристаллических модификаций и одной аморфной:

1. Гексагональный β -GeO ₂ имеет такую же структуру как α - кварц , германий имеет координационное число 4, пространственная группа P3 ₁ 21 или P3 ₂ 21, параметры элементарной ячейки : a = 0,4972 нм, c = 0,5648 нм, Z = 3, d ₂₀ = 4,70 г/см³.
2. Тетрагональный α -GeO ₂ ( минеральная форма — ( англ. argutite )) имеет структуру типа SnO ₂ , германий имеет координационное число 6, параметры элементарной ячейки: а = 0,4395 нм, с = 0,2860 нм, d ₂₀ = 6,24 г/см³. Под высоким давлением переходит в ромбическую форму , структура типа CaCl ₂ . .
3. Аморфный GeO ₂ 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) .

Тетрагональный диоксид германия при 1033 °C переходит в гексагональную форму. Δ H _{α → β} = 21,6 кДж/ моль .

Некоторые свойства диоксида германия

Показатель	Кристаллическая модификация		Стеклообразный GeO 2
	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)
Δ H пл. , кДж/ моль	21,1	17,6	—
, Дж/(моль·К)	39,71	55,27	69,77
С° p , Дж/(моль·К)	50,17	52,09	53
Δ H обр. , кДж/ моль	-580,15	-554,71	-539,00

Получение

Получают двуокись германия гидролизом GeCl ₄ с последующей просушкой и кальцинацией осадка при 900 °C . При этом обычно образуется смесь аморфного и гексагонального GeO ₂ :

${\displaystyle {\mathsf {GeCl_{4}+H_{2}O\longrightarrow {\mathit {m}}GeO_{2}\cdot {\mathit {n}}H_{2}O+4HCl\uparrow {\xrightarrow {900~^{\circ }{\text{C}}}}GeO_{2}+H_{2}O\uparrow }}.}$

При температуре выше 700°C германий реагирует с кислородом, образуя диоксид.

${\displaystyle {\mathsf {Ge+O_{2}{\xrightarrow {>700~^{\circ }{\text{C}}}}GeO_{2}}}.}$

Гидролизом сульфида германия(IV) в кипящей воде :

${\displaystyle {\mathsf {GeS_{2}+2H_{2}O{\xrightarrow {100~^{\circ }{\text{C}}}}GeO_{2}\downarrow +2H_{2}S\uparrow }}.}$

Растворяя германий в разбавленной азотной кислоте :

${\displaystyle {\mathsf {Ge+4HNO_{3}\longrightarrow GeO_{2}\downarrow +4NO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}.}$

Окислением сульфида германия(II) концентрированной горячей азотной кислотой :

${\displaystyle {\mathsf {GeS+10HNO_{3}\longrightarrow GeO_{2}\downarrow +H_{2}SO_{4}+10NO_{2}\uparrow +4H_{2}O}}.}$

Гидролизом или окислением германоводородов :

${\displaystyle {\mathsf {GeH_{4}+2H_{2}O{\xrightarrow {~T~}}GeO_{2}\downarrow +4H_{2}\uparrow }},}$

${\displaystyle {\mathsf {GeH_{4}+2O_{2}{\xrightarrow {200~^{\circ }{\text{C}}}}GeO_{2}+2H_{2}O}}.}$

Вытеснением из германатов разбавленной азотной кислотой :

${\displaystyle {\mathsf {Na_{2}GeO_{3}+2HNO_{3}\longrightarrow GeO_{2}\downarrow +2NaNO_{3}+H_{2}O}}.}$

Химические свойства

α -GeO ₂ и аморфный GeO ₂ химически более пассивны, поэтому химические свойства обычно описывают для β -GeO ₂ .

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

${\displaystyle {\mathsf {2GeO_{2}\rightleftarrows 2GeO+O_{2}}}.}$

Восстанавливается водородом и углеродом до металлического германия при нагревании:

${\displaystyle {\mathsf {GeO_{2}+2H_{2}{\xrightarrow {600~^{\circ }{\text{C}}}}Ge+2H_{2}O}},}$

${\displaystyle {\mathsf {GeO_{2}+C{\xrightarrow {500{-}600~^{\circ }{\text{C}}}}Ge+CO_{2}}}.}$

Диоксид германия растворяется в воде, образуя слабую :

${\displaystyle {\mathsf {GeO_{2}+H_{2}O\longrightarrow H_{2}GeO_{3}}}.}$

${\displaystyle {\mathsf {H_{2}GeO_{3}+H_{2}O\rightleftarrows HGeO_{3}^{-}+H_{3}O^{+}}};\quad pK=8{,}73,}$

${\displaystyle {\mathsf {HGeO_{3}^{-}+H_{2}O\rightleftarrows GeO_{3}^{2-}+H_{3}O^{+}}};\quad pK=12{,}72.}$

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

${\displaystyle {\mathsf {GeO_{2}+2NaOH{\xrightarrow {<20\,\%}}Na_{2}GeO_{3}+H_{2}O}},}$

${\displaystyle {\mathsf {GeO_{2}+2NaOH+2H_{2}O{\xrightarrow {>20\,\%}}Na_{2}[Ge(OH)_{6}]}}.}$

Темно-серый нитрид германия (Ge ₃ N ₄ ) может быть получен действием NH ₃ на металлический германий (или GeO ₂ ) при 700 °C :

${\displaystyle {\mathsf {4NH_{3}+3GeO_{2}{\xrightarrow {700~^{\circ }{\text{C}}}}Ge_{3}N_{4}+6H_{2}O}}.}$

Взаимодействует с галогеноводородами :

${\displaystyle {\mathsf {GeO_{2}+4HCl{\xrightarrow {450~^{\circ }{\text{C}}}}GeCl_{4}+2H_{2}O}}.}$

При нагревании разрушает соли более слабых кислот с образованием :

${\displaystyle {\mathsf {GeO_{2}+Na_{2}CO_{3}{\xrightarrow {1200~^{\circ }{\text{C}}}}Na_{2}GeO_{3}+CO_{2}}}.}$

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

${\displaystyle {\mathsf {GeO_{2}+{\mathit {x}}~Na_{2}O{\xrightarrow {1000~^{\circ }{\text{C}}}}Na_{2}GeO_{3},Na_{6}GeO_{5},Na_{4}GeO_{4}}}.}$

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 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 .

Примечания

Ссылки

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

Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист Эти сайты могут нарушать авторские права, быть признаны неавторитетными источниками или по другим причинам быть запрещены в Википедии. Редакторам следует заменить такие ссылки ссылками на соответствующие правилам сайты или библиографическими ссылками на печатные источники либо удалить их (возможно, вместе с подтверждаемым ими содержимым). Список проблемных ссылок www.xumuk.ru

Классы соединений германия Соединения германия

п • • р Оксиды
H 2 O
Li 2 O LiCoO 2 Li 3 PaO 4 Li 5 PuO 6 Ba 2 LiNpO 6 LiAlO 2 Li 3 NpO 4 Li 2 NpO 4 Li 5 NpO 6 LiNbO 3	BeO											B 2 O 3	С 3 О 2 C 12 O 9 CO C 12 O 12 C 4 O 6 CO 2	N 2 O NO N 2 O 3 N 4 O 6 NO 2 N 2 O 4 N 2 O 5	O	F
Na 2 O NaPaO 3 NaAlO 2 Na 2 PtO 3	MgO											AlO Al 2 O 3 NaAlO 2 LiAlO 2 AlO(OH)	SiO SiO 2	P 4 O P 4 O 2 P 2 O 3 P 4 O 8 P 2 O 5	S 2 O SO SO 2 SO 3	Cl 2 O ClO 2 Cl 2 O 6 Cl 2 O 7
K 2 O K 2 PtO 3 KPaO 3	CaO Ca 3 OSiO 4 CaTiO 3	Sc 2 O 3	TiO Ti 2 O 3 TiO 2 TiOSO 4 CaTiO 3 BaTiO 3	VO V 2 O 3 V 3 O 5 VO 2 V 2 O 5	FeCr 2 O 4 CrO Cr 2 O 3 CrO 2 CrO 3 MgCr 2 O 4	MnO Mn 3 O 4 Mn 2 O 3 MnO(OH) Mn 5 O 8 MnO 2 MnO 3 Mn 2 O 7	FeCr 2 O 4 FeO Fe 3 O 4 Fe 2 O 3	CoFe 2 O 4 CoO Co 3 O 4 CoO(OH) Co 2 O 3 CoO 2	NiO NiFe 2 O 4 Ni 3 O 4 NiO(OH) Ni 2 O 3	Cu 2 O CuO CuFe 2 O 4 Cu 2 O 3 CuO 2	ZnO	Ga 2 O Ga 2 O 3	GeO	As 2 O 3 As 2 O 4 As 2 O 5	SeOCl 2 SeOBr 2 SeO 2 Se 2 O 5 SeO 3	Br 2 O Br 2 O 3 BrO 2
Rb 2 O RbPaO 3 Rb 4 O 6	SrO	Y 2 O 3 YOF YOCl	ZrO(OH) 2 ZrO 2 ZrOS Zr 2 О 3 Сl 2	NbO Nb 2 O 3 NbO 2 Nb 2 O 5 Nb 2 O 3 (SO 4 ) 2 LiNbO 3	Mo 2 O 3 Mo 4 O 11 MoO 2 Mo 2 O 5 MoO 3	TcO 2 Tc 2 O 7	Ru 2 O 3 RuO 2 Ru 2 O 5 RuO 4	RhO Rh 2 O 3 RhO 2	PdO Pd 2 O 3 PdO 2	Ag 2 O Ag 2 O 2	Cd 2 O CdO	In 2 O InO In 2 O 3	SnO SnO 2	Sb 2 O 3 Sb 2 O 4 Hg 2 Sb 2 O 7 Sb 2 O 5	TeO 2 TeO 3	I 2 O 4 I 4 O 9 I 2 O 5
Cs 2 O Cs 2 ReCl 5 O	BaO BaPaO 3 BaTiO 3 BaPtO 3		HfO(OH) 2 HfO 2	Ta 2 O TaO TaO 2 Ta 2 O 5	WO 2 Br 2 WO 2 WO 2 Cl 2 WOBr 4 WOF 4 WOCl 4 WO 3	Re 2 O ReO Re 2 O 3 ReO 2 Re 2 O 5 ReO 3 Re 2 O 7	OsO Os 2 O 3 OsO 2 OsO 4	Ir 2 O 3 IrO 2	PtO Pt 3 O 4 Pt 2 O 3 PtO 2 K 2 PtO 3 Na 2 PtO 3 PtO 3	Au 2 O AuO Au 2 O 3	Hg 2 O HgO (Hg 3 O 2 )SO 4 Hg 2 O(CN) 2 Hg 2 Sb 2 O 7 Hg 3 O 2 Cl 2 Hg 5 O 4 Cl 2	Tl 2 O Tl 2 O 3	Pb 2 O PbO Pb 3 O 4 Pb 2 O 3 PbO 2	BiO Bi 2 O 3 Bi 2 O 4 Bi 2 O 5	PoO PoO 2 PoO 3	At
Fr	Ra		Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts
		↓
		La 2 O 2 S La 2 O 3	Ce 2 O 3 CeO 2	PrO Pr 2 O 2 S Pr 2 O 3 Pr 6 O 11 PrO 2	NdO Nd 2 O 2 S Nd 2 O 3 NdHO	Pm 2 O 3	SmO Sm 2 O 3	EuO Eu 3 O 4 Eu 2 O 3 EuO(OH) Eu 2 O 2 S	Gd 2 O 3	Tb	Dy 2 O 3	Ho 2 O 3 Ho 2 O 2 S	Er 2 O 3	Tm 2 O 3	YbO Yb 2 O 3	Lu 2 O 2 S Lu 2 O 3 LuO(OH)
		Ac 2 O 3	UO 2 UO 3 U 3 O 8	PaO PaO 2 Pa 2 O 5 PaOS	ThO 2	NpO NpO 2 Np 2 O 5 Np 3 O 8 NpO 3	PuO Pu 2 O 3 PuO 2 PuO 3 PuO 2 F 2	AmO 2	Cm 2 O 3 CmO 2	Bk 2 O 3	Cf 2 O 3	Es	Fm	Md	No	Lr