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 číslo32Elektronová konfigurace[Ar] 3d10 4s2 4p2
Elektronegativita2,01Počet stabilních izotopů5
Teplota tání945 °CTeplota varu2850 °C

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

IzotopZastoupení [%]
70Ge20,57
72Ge27,45
73Ge7,75
74Ge36,50
76Ge7,73

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.

Chemické vlastnosti

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.

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.

SloučeninaVzhledTeplota varu [°C]Teplota tání [°C]
GeF4bezbarvý plyn−36,5−15
GeF2bílé, hygroskopické krystaly130 (sublimuje)110
GeCl4bezbarvá kapalina86,5−49,5
GeCl2pevná látka
GeBr4pevná látka24
GeI2žlutá krystalická látka
GeI4oranžovo-červená krystalická látka440 (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

Organokovové sloučeniny germania jsou podobné sloučeninám křemíku, ale jsou reaktivnější. Organogermany lze využít při Sakuraiově reakci:

Zdroj: V8rik/commons

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

NMR

73Ge

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.

Spin3/2
Výskyt v přírodě7,73 %
Rezonanční frekvence v poli 1 T1,4897
Rozsah chemických posunů160 – (-1110)
Citlivost vůči 1H1,09.10-4
Citlivost vůči 13C0,642
Jaderný magnetický moment-0,8794677

Chemické posuny

SloučeninaChemický 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
GeCl431
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

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
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

Leave a Reply

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..