Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Диоксид германия, также называемый оксидом германия, германией и солью германия, является неорганическим соединением с химической формулой GeO2. Это главный коммерческий источник германия. Он также образуется в качестве пассивирующего слоя на чистом германии при контакте с атмосферным кислородом.
Germanium dioxide, also called germanium(IV) oxide, germania, and salt of germanium, is an inorganic compound with the chemical formula GeO2. It is the main commercial source of germanium. It also forms as a passivation layer on pure germanium in contact with atmospheric oxygen.
Структура
Два преобладающих полиморфа GeO2 - шестиугольный и четырехугольный. Шестиугольный GeO2 имеет ту же структуру, что и β-кварц, при этом германий имеет координационный номер 4. Тетрагональный GeO2 (минерал аргутит) имеет рутилоподобную структуру, наблюдаемую в стишовите. В этом мотиве германий имеет координационный номер 6. Аморфная (стеклянная) форма GeO2 похожа на расплавленный кремнезем. Диоксид германия может быть получен как в кристаллической, так и в аморфной форме. При окружающем давлении аморфная структура образуется сетью тетраэдров GeO4. При повышенном давлении до приблизительно 9 ГПа среднее координационное число германия неуклонно увеличивается с 4 до около 5 с соответствующим увеличением расстояния связи GeO. При более высоких давлениях, до примерно 15 ГПа, число координации германия увеличивается до 6, а плотная сетевая структура состоит из GeO6 октаэдров. Когда давление впоследствии снижается, структура возвращается к тетраэдрической форме.
The two predominant polymorphs of GeO2 are hexagonal and tetragonal. Hexagonal GeO2 has the same structure as β quartz, with germanium having coordination number 4. Tetragonal GeO2 (the mineral argutite) has the rutile like structure seen in stishovite. In this motif, germanium has the coordination number 6. An amorphous (glassy) form of GeO2 is similar to fused silica. Germanium dioxide can be prepared in both crystalline and amorphous forms. At ambient pressure the amorphous structure is formed by a network of GeO4 tetrahedra. At elevated pressure up to approximately 9 GPa the germanium average coordination number steadily increases from 4 to around 5 with a corresponding increase in the Ge–O bond distance. At higher pressures, up to approximately 15 GPa, the germanium coordination number increases to 6, and the dense network structure is composed of GeO6 octahedra. When the pressure is subsequently reduced, the structure reverts to the tetrahedral form.
Реакции
Нагрев диоксида германия порошковым германием при 1000 °C образует монооксид германия (GeO). GeO2 лишь слабо растворяется в кислоте, но более легко растворяется в щелочах, давая германата. В контакте с соляной кислотой он выделяет летучий и коррозионный тетрахлорид германия.
Heating germanium dioxide with powdered germanium at 1000 °C forms germanium monoxide (GeO). GeO2 is only slightly soluble in acid but dissolves more readily in alkali to give germanates. In contact with hydrochloric acid, it releases the volatile and corrosive germanium tetrachloride.
Применение
Индекс преломления (1,7) и свойства оптической дисперсии диоксида германия делают его полезным в качестве оптического материала для широкоугольных линз, в объективных линзах оптического микроскопа и для ядра волоконно-оптических линий. См. Оптическое волокно для деталей о производственном процессе. Как германий, так и его оксид стекла GeO2 прозрачны для инфракрасного (ИК) спектра. Стекло может быть изготовлено в ИК-окна и линзы, используемые для ночного видения в военных, роскошных автомобилях и термографических камерах. GeO2 предпочтительнее других прозрачных стекол с инфракрасным излучением, потому что он механически прочный и поэтому предпочтителен для прочного военного использования. Смесь диоксида кремния и диоксида германия ("силика германия") используется в качестве оптического материала для оптических волокон и оптических волноводов. Контроль соотношения элементов позволяет точно контролировать показатель преломления. Стекло из кремния имеет более низкую вязкость и более высокий показатель преломления, чем чистое кремний. Germania заменила титан в качестве допанта кремния для кремниевого волокна, устранив необходимость в последующей термической обработке, которая делала волокна хрупкими. Диоксид германия также используется в качестве катализатора при производстве полиэтилентерефталатной смолы и для производства других соединений германия. Он используется в качестве сырья для производства некоторых фосфоров и полупроводниковых материалов. Диоксид германия используется в водорослеводстве в качестве ингибитора нежелательного роста диатомовых водорослей, поскольку загрязнение относительно быстрорастущими диатомовыми водорослями часто препятствует росту или превосходит оригинальные штаммы водорослей. GeO2 легко поглощается диатомовыми водорослями и приводит к замещению кремния германием в биохимических процессах внутри диатомовых водорослей, что приводит к значительному снижению скорости роста диатомовых водорослей или даже их полному устранению, с небольшим воздействием на недиатомовые виды водорослей. Для этого применения концентрация диоксида германия, обычно используемая в культивируемой среде, составляет от 1 до 10 мг/л, в зависимости от стадии загрязнения и вида.
The refractive index (1.7) and optical dispersion properties of germanium dioxide make it useful as an optical material for wide angle lenses, in optical microscope objective lenses, and for the core of fiber optic lines. See Optical fiber for specifics on the manufacturing process. Both germanium and its glass oxide, GeO2, are transparent to the infrared (IR) spectrum. The glass can be manufactured into IR windows and lenses, used for night vision technology in the military, luxury vehicles, and thermographic cameras. GeO2 is preferred over other IR transparent glasses because it is mechanically strong and therefore preferred for rugged military usage. A mixture of silicon dioxide and germanium dioxide ("silica germania") is used as an optical material for optical fibers and optical waveguides. Controlling the ratio of the elements allows precise control of refractive index. Silica germania glasses have lower viscosity and higher refractive index than pure silica. Germania replaced titania as the silica dopant for silica fiber, eliminating the need for subsequent heat treatment, which made the fibers brittle. Germanium dioxide is also used as a catalyst in production of polyethylene terephthalate resin, and for production of other germanium compounds. It is used as a feedstock for production of some phosphors and semiconductor materials. Germanium dioxide is used in algaculture as an inhibitor of unwanted diatom growth in algal cultures, since contamination with the comparatively fast growing diatoms often inhibits the growth of or outcompetes the original algae strains. GeO2 is readily taken up by diatoms and leads to silicon being substituted by germanium in biochemical processes within the diatoms, causing a significant reduction of the diatoms' growth rate or even their complete elimination, with little effect on non diatom algal species. For this application, the concentration of germanium dioxide typically used in the culture medium is between 1 and 10 mg/L, depending on the stage of the contamination and the species.
Токсичность и медицинские
Диоксид германия имеет низкую токсичность, но он является нефротоксичным в более высоких дозах. Диоксид германия используется в качестве добавки германия в некоторых сомнительных пищевых добавках и "чудодейственных лекарствах". Высокие дозы этих веществ привели к нескольким случаям отравления германием.
Germanium dioxide has low toxicity, but it is nephrotoxic in higher doses. Germanium dioxide is used as a germanium supplement in some questionable dietary supplements and "miracle cures". High doses of these resulted in several cases of germanium poisonings.