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.

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

1. 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.
2. 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].
3. 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. ΔH_{α → β} = 21,6 кДж/моль.

Некоторые свойства диоксида германия

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

Получают двуокись германия гидролизом GeCl₄ с последующей просушкой и кальцинацией осадка при 900°C. При этом обычно образуется смесь аморфного и гексагонального GeO₂:

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

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:

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

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]:

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

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 метагерманиевую кислоту:

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

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

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

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 (Ge₃N₄) может быть получен действием NH₃ на металлический германий (или GeO₂) при 700 °C^[4]:

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

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 германатов:

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

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

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

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]

Диоксид германия имеет низкую токсичность, при высоких дозах проявляет нефротоксичность. Диоксид германия используется в некоторых БАДах^[9].

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

п о р Оксиды
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