Germánium-dioxid

Germánium-dioxid
IUPAC-név	germánium-dioxid
Más nevek	germánium(IV)-oxid germánium-oxid
Kémiai azonosítók
CAS-szám	1310-53-8
PubChem	14796
ChemSpider	14112
RTECS szám	LY5240000
SMILES O=[Ge]=O
InChI 1/GeO2/c2-1-3
InChIKey	YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N
UNII	5O6CM4W76A
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet	GeO2
Moláris tömeg	104,6388 g/mol
Megjelenés	fehér por vagy színtelen kristályok
Sűrűség	4,228 g/cm³
Olvadáspont	1115 °C
Oldhatóság (vízben)	4,47 g/L (25 °C) 10,7 g/L (100 °C)
Oldhatóság	oldódik HF-ban, nem oldódik más savakban vagy lúgokban
Mágneses szuszceptibilitás	−34,3·10^−6 cm³/mol
Törésmutató (nD)	1,650
Kristályszerkezet
Kristályszerkezet	hexagonális
Veszélyek
NFPA 704	0 1 0
Lobbanáspont	nem gyúlékony
LD50	3700 mg/kg (patkány, szájon át)
Rokon vegyületek
Azonos kation	germánium-diszulfid germánium-diszelenid
Azonos anion	szén-dioxid szilícium-dioxid ón-dioxid ólom-dioxid
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

A germánium-dioxid szervetlen vegyület, a germánium egyik oxidja, képlete GeO₂. A germánium fő kereskedelmi formája, de a tiszta germánium felületét is ez a – légköri oxigén hatására kialakuló – passziváló réteg védi.

Szerkezete

Két fő polimorf módosulata hexagonális, illetve tetragonális szerkezetű. A hexagonális forma β-kvarc szerkezetű, benne a germánium koordinációs száma 4. A tetragonális módosulat (ásványtani nevén argutit) rutilszerű szerkezettel rendelkezik, mint a stiszchovit. Ebben a germánium koordinációs száma 6. Amorf (üvegszerű) formája hasonló az olvasztott szilikához.^[1]

Kristályos és amorf formában is előállítható. Légköri nyomáson a GeO₄ tetraéderek összekapcsolódásával amorf szerkezet keletkezik. A nyomás növelésével – kb. 9 GPa nyomásig – a germánium átlagos koordinációs száma folyamatosan 4-ről 5-re nő, mellyel párhuzamosan a Ge–O kötéshossz is növekszik.^[2] Még nagyobb nyomáson, egészen kb. 15 GPa-ig, a germánium koordinációs száma 6-ra nő, a sűrű térhálós szerkezetet GeO₆ oktaéderek építik fel.^[3] Ha ezután a nyomást csökkentik, a szerkezet visszaalakul a tetraéderes formává.^[2][3] Nagy nyomáson a rutilszerkezetű módosulat rombos CaCl₂ formává alakul át.^[4]

Reakciói

Porított germániummal 1000 °C-on hevítve germánium-monoxidot (GeO) képez.^[1]

Hexagonális formája (d = 4,29 g/cm³) jobban oldódik, mint a rutilszerkezetű módosulat (d = 6,27 g/cm³), miközben H₄GeO₄ vagy Ge(OH)₄ keletkezik.^[5] Savakban csak kevéssé, lúgokban jobban oldódik, ekkor germanátok keletkeznek.^[5]

Sósavval érintkezve illékony és korrozív germánium-tetraklorid keletkezik.

Felhasználása

Törésmutatója (1,7) és optikai diszperziós tulajdonságai miatt nagylátószögű objektívek, fénymikroszkópok tárgylencséi és optikai szálak belső magjának optikai anyagaként használják. A germánium és üvegszerű dioxidja is átlátszó az infravörös spektrumban. Utóbbiból IR ablakok és lencsék készíthetők, melyeket hadászati éjjellátó eszközökben, luxusjárművekben^[6] és hőkamerákban használnak. Más, az infravörös sugarak számára átlátszó üvegekkel szemben előnye a mechanikai szilárdsága, ami jobban megfelel a zordabb körülményeket támasztó katonai alkalmazásoknak is.^[7]

A szilícium- és germánium-dioxid keverékét optikai szálak és hullámvezetők anyagaként használják.^[8] Az elemek arányának módosításával pontosan beállítható a törésmutató értéke. Az ilyen anyagból készült üvegeknek a tiszta szilikához képest kisebb a viszkozitása és nagyobb a törésmutatója.

Katalizátorként használják a polietilén-tereftalát műgyanta gyártásához,^[9] de más germániumvegyületek előállításához is felhasználják. Alapanyagként használják egyes fényporok és félvezetők gyártásához.

Az algatenyészetekben a kovamoszatok ellen használják, mivel ezek viszonylag gyorsabb szaporodásukkal gátolnák vagy elnyomnák az eredeti algatörzsek fejlődését. A kovamoszatok könnyen felveszik a germánium-dioxidot, így biokémiai folyamataikban a szilícium helyére germánium kerül, ami jelentősen csökkenti a kovamoszatok növekedési sebességét, vagy akár teljesen el is pusztítja azokat, ugyanakkor az egyéb algafajokra alig van hatással. Erre a célra – a fajtól és a szennyeződés mértékétől függően – a tápoldatba 1 és 10 mg/l közötti koncentrációban adagolnak germánium-dioxidot.^[10]

Toxicitása, orvosi felhasználása

Kevéssé mérgező, de nagyobb mennyiségben nefrotoxikus hatású.

Néhány kétes étrendkiegészítő és „csodaszer” germánium-dioxid formájában germániumot tartalmaz.^[11] Ezek nagy dózisa több esetben is germániummérgezést okozott.^[forrás?]

Hivatkozások

1. Greenwood, N.N.. Az elemek kémiája, 1., Budapest: Nemzeti Tankönyvkiadó, 516. o. (1999). ISBN 963 18 9144 5 
2. (2010) „Structure of GeO₂ glass at pressures up to 8.6 GPa”. Physical Review B 81, 014202. o. DOI:10.1103/PhysRevB.81.014202. 
3. (2004) „Formation and Structure of a Dense Octahedral Glass”. Physical Review Letters 93 (11), 115502. o. DOI:10.1103/PhysRevLett.93.115502. PMID 15447351. 
4. 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
5. Egon Wiberg, Arnold Frederick Holleman, (2001) Inorganic Chemistry, Elsevier ISBN 0-12-352651-5
6. "The Elements" C. R. Hammond, David R. Lide, ed. CRC Handbook of Chemistry and Physics, Edition 85 (CRC Press, Boca Raton, FL) (2004)
7. "Germanium" Mineral Commodity Profile, U.S. Geological Survey, 2005.
8. Robert D. Brown, Jr.: Germanium. U.S. Geological Survey, 2000
9. Thiele, Ulrich K. (2001). „The Current Status of Catalysis and Catalyst Development for the Industrial Process of Poly(ethylene terephthalate) Polycondensation”. International Journal of Polymeric Materials 50 (3), 387–394. o. DOI:10.1080/00914030108035115. 
10. Robert Arthur Andersen. Algal culturing techniques. Elsevier Academic Press (2005) 
11. (1997. június 1.) „Hazard Assessment of Germanium Supplements”. Regulatory Toxicology and Pharmacology 25 (3), 211–219. o. DOI:10.1006/rtph.1997.1098. PMID 9237323. 

Fordítás

• Ez a szócikk részben vagy egészben a Germanium dioxide című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Kapcsolódó szócikkek

• germánium-monoxid