Germanium

Germanium je tvrdý, šedobílý polokov, který nachází využití v polovodičovém průmyslu.  Jedná se o vzácný prvek, ale ve stopových množstvích se vyskytuje v řadě minerálů. Je reaktivnější a elektropozitivnější než křemík.

Protonové číslo 32 Elektronová konfigurace [Ar] 3d10 4s2 4p2
Elektronegativita 2,01 Počet stabilních izotopů 5
Teplota tání 945 °C Teplota varu 2850 °C

V přírodě se vyskytuje jako směs pěti izotopů (70, 72, 73, 74 a 76), z nichž je pouze jeden aktivní v NMR (73).

Izotop Zastoupení [%]
70Ge 20,57
72Ge 27,45
73Ge 7,75
74Ge 36,50
76Ge 7,73

Germanium reaguje s koncentrovanou kyselinou dusičnou za vzniku GeO2, mechanismus reakce je poměrně složitý.[4] V roztocích zásad se nerozpouští. S HCl reaguje za vzniku GeCl4 a s H2S poskytuje GeS2.

Historie

Existenci germania předpověděl již roku 1869 Dmitrij Mendělejev, který se snažil předpovědět vlastnosti dosud neznámých prvků a mezeru mezi křemíkem a cínem v tehdejší verzi PSP vyplnil prvkem, který nazval podle jeho polohy Ekasilicon. Izolováno a identifikováno bylo roku 1886 Clemensem Winklerem z minerálu argyroditu.

Sloučeniny germania

S vodíkem vytváří mnoho binárních hydridů, mají obecný vzorec GenH2n+2, známé jsou pro hodnoty n od 1 do 9. Jejich struktura může být jak lineární, tak rozvětvená. German, GeH4, je méně reaktivní než silan (SiH4), je to bezbarvý, ve vodě nerozpustný plyn. Lze jej vyrobit reakcí oxidu germaničitého s tetrahydridoboritanem sodným, touto reakcí, ale vznikají i vyšší germany.

GeO2 + NaBH4 → GeH4 + NaBO2

Oxid germaničitý, GeO2, je bílá pevná látka, která se rozpouští v kyselinách i zásadách. Lze jej připravit jak krystalický, tak i amorfní. Krystalický vytváří dvě hlavní polymorfní modifikace – hexagonální (struktura β-křemene) a tetragonální (struktura rutilu). Využívá se pro přípravy speciálních, optických skel, a také jako polovodivý materiál.

Jeho zahříváním s kovovým germaniem na teplotu 1000 °C vzniká GeO, který z reakční směsi sublimuje. Jde o amorfní látku, která po rozpuštění v kyselinách poskytuje příslušné soli GeII a v zásadách pak trihydroxogermanaté ionty (Ge(OH)3).

Sulfid germaničitý je bílá, krystalická látka, jeho struktura je polymerní. Sulfid germanatý je červenohnědý prášek, vyrábí se redukcí GeS2 kyselinou fosfornou. Využívá se jako polovodivý materiál a jako chalkogenidové sklo.[6]

Halogenidy germania jsou v mnohém podobné halogenidům křemíku, jejich základní vlastnosti jsou shrnuty v tabulce.

S kovy germanium binární sloučeniny netvoří, ale vytváří složitější klastry, které se označují jako Zintlovy fáze.

Sloučenina Vzhled Teplota varu [°C] Teplota tání [°C]
GeF4 bezbarvý plyn −36,5 −15
GeF2 bílé, hygroskopické krystaly 130 (sublimuje) 110
GeCl4 bezbarvá kapalina 86,5 −49,5
GeCl2 pevná látka
GeBr4 pevná látka 24
GeI2 žlutá krystalická látka
GeI4 oranžovo-červená krystalická látka 440 (rozklad) 144

GeX4 lze připravit přímou syntézou z prvků. GeX2 se připravují reakcí GeX4 s kovovým germaniem, jsou stabilní, ale při zahřívání disproporcionují:

GeX2 → GeX4 + Ge


73Ge NMR

Jádro je málo citlivé, spektra jsou široká, proto je použitelné hlavně pro symetrické molekuly. Velkým problémem při měření je tzv. ringing sondy, který deformuje baselinu spektra. Tento problém se dá vyřešit použitím složitějších pulsních sekvencí, např. RIDE nebo EXSPEC.

Spin 3/2
Výskyt v přírodě 7,73 %
Rezonanční frekvence v poli 1 T 1,4897
Rozsah chemických posunů 160 – (-1110)
Citlivost vůči 1H 1,09.10-4
Citlivost vůči 13C 0,642
Jaderný magnetický moment -0,8794677

Chemické posuny

Sloučenina Chemický posun [ppm]
Me4Ge (primární standard) 0
Me3GeH –56,9
Me2GeH2 –127,6
MeGeH3 –209,2
GeH4 –299
Ph4Ge –31,6
Ph3GeH –56,0
Ph2GeH2 –108,5
PhGeH3 –187,5
MesGeH3 –234,3
Ge(OMe)4 –37,8
Ge(OnBu)4 –45,6
Ge2H6 –312
Ge4H10 –284 a –300
Ge2Ph6 –59
GeCl4 31
GeCl2Br2 –130
GeBr4 –312
GeI4 –1086
GeCl4(bpy) –313,7

Hodnota interakční konstanty 1JGe-H se pohybuje v rozmezí 85-100 Hz.

Odkazy

  1. Germanium na české wikipedii
  2. Germanium na anglické wikipedii
  3. 73Ge NMR
  4. Avoyan, A.; Tindall, C.; Hemminger, J.C. J. Phys. Chem. B1999102, 5096-5076. DOI: 10.1021/jp9726347. Chemistry of HNO3 on Ge(100).
  5. Charles S. Weinert, “ Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy of Germanium Compounds,” ISRN Spectroscopy, vol. 2012, Article ID 718050, 18 pages, 2012. doi:10.5402/2012/718050
  6. GeS (Germanium sulfide)

Navigace

H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Napsat komentář