Germanijev(IV) oksid

Germanijev(IV) oksid, germanijev dioksid ali germanijev oksid je anorganska spojina s formulo GeO₂. Je glavni vir elementarnega germanija. Nastaja na površini germanija s kisikom iz zraka in ščiti kovino pred nadaljnjo korozijo.

Struktura

Med polimorfi germanijevega(IV) oksida prevladujeta heksagonalna in tetragonalna struktura. Heksagonalni GeO₂, v katerem ima germanij koordinacijsko število 4, ima enako zgradbo kot β-kremen. Tetragonalni GeO₂ (mineral argutit) ima rutilu podobno strukturo, kakršno ima stishovit. V tej strukturi ima germanij koordinacijsko število 6. Amorfni (steklasti) GeO₂ ima podobno strukturo kot taljeni silicijev dioksid.

Germanijev(IV) oksid se lahko pripravi tako v kristalinični kot v amorfni obliki. Amorfni GeO₂ je pri normalnem tlaku zgrajen iz mreže tetraedrov GeO₄. Z večanjem tlaka do približno 9 GPa germanijevo povprečno koordinacijsko število neprekinjeno raste od 4 do približno 5, kar se odrazi tudi na dolžini vezi Ge-O. Pri višjih tlakih do približno 15 GPa se povprečno koordinacijsko število germanija poveča na 6. Struktura je sestavljena iz oktaedrov GeO₆. Če se tlak kasneje zmanjša, se struktura vrne v tetraedrično obliko. Pri visokih tlakih se struktura rutila pretvori v ortorombsko obliko CaCl₂.

Pridobivanje

Germanijev(IV) oksid se pridobiva z intenzivnim žarenjem kovinskega germanija ali germanijevega sulfida v kisikovi atmosferi:

$\mathrm{G}\mathrm{e}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{G}\mathrm{e}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{G}\mathrm{e}{\mathrm{S}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{G}\mathrm{e}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

Na zelo enostaven način se lahko pripravi s hidrolizo germanijevega(IV) klorida.

$\mathrm{G}\mathrm{e}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\to }\mathrm{G}\mathrm{e}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Reakcije

S segrevanjem z uprašenim germanijem pri 1000 °C se pretvori v germanijev(II) oksid (GeO).

Heksagonalna oblika germanijevega(IV) oksida (ρ = 4,29 g/cm³) je bolj topna v kislinah kot rutilna oblika (ρ = 6,27 g/cm³). V obeh primerih pri tem nastane germanijeva kislina H₄GeO₄ (ali Ge(OH)₄). GeO₂ je bolj kot v kislinah topen v alkalijah in tvori soli germanate.

S klorovodikovo kislino tvori lahko hlapen in koroziven germanijev tetraklorid.

Oporaba

Germanijev dioksid je zaradi velikega lomnega količnika (1,7) in majhnega sipanja svetlobe uporaben za izdelavo širokokotnih objektivov in objektivov optičnih mikroskopov. V infrardeči svetlobi je prozoren.

V zmesi s silicijevim dioksidom se uporablja za proizvodnjo optičnih vlaken in vodnikov. S spreminjanjem razmerja med oksidoma se lahko natančno določi lomni količnik. Silikatno-germanijeva stekla imajo nižjo viskoznost in večji lomni količnik od čistega kremenčevega stekla. Če se germanijev dioksid zamenja s titanovim dioksidom, naknadna termična obdelava, brez katere so vlakna krhka, ni potrebna.

GeO₂ se uporablja kot katalizator v proizvodnji polietilen tereftalatnih smol in nekaterih vrst fosforja, in surovina za polprevodnike in druge germanijeve spojine.

V algakulturi se uporablja kot zaviralec rasti nezaželenih diatomej v kulturah drugih alg. Diatomeje rastejo relativno hitro in zato izrinejo soje zelenih alg. Deluje tako, da v biokemijskih procesih diatomej silicij zamenja z germanijem in bistveno upočasni njihovo rast. Na druge alge ima zelo majhen vpliv. Delovne koncentracije germanija morajo biti od 1 do 10 mg/l, odvisno od stopnje kontaminacije in vrste diatomej.

Vpliv na zdravje

Germanijev dioksid ima majhno toksičnost, v visokih odmerkih pa povzroči akutno zastrupitev in okvare ledvic.

Uporablja se kot dodatek germanija v nekaterih spornih prehranskih dodatkih in »čudežnih zdravilih«.