Γερμανάνιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Γερμανάνιο
Germane-2D-dimensions.png
Germane-3D-balls-A.png
Germane-3D-vdW.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Γερμανάνιο
Άλλες ονομασίες Τετραϋδρογερμάνιο
Τετραϋδρίδιο του γερμανίου
Γερμανομεθάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος GeH4
Μοριακή μάζα 76,62 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
GeH4
Αριθμός CAS 7782-65-2
SMILES Ge
InChI 1S/GeH4/h1H4
PubChem CID 23984
ChemSpider ID 22420
Δομή
Διπολική ροπή 0 D
Μοριακή γεωμετρία τετραεδρική
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης -165°C
Σημείο βρασμού -88°C
Πυκνότητα 3,3 kg/m³ (αέριο)
Διαλυτότητα
στο νερό
Χαμηλή
Χημικές ιδιότητες
Επικινδυνότητα
Hazard F.svg Hazard T.svg
Εύφλεκτο και τοξικό
LD50 622 ppm (εισπνοή)
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704
NFPA 704.svg
4
4
3
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες (25°C, 100 kPa).

To (μονο)γερμανάνιο[1] είναι ανόργανη χημική ένωση, που περιέχει γερμάνιο και υδρογόνο, με χημικό τύπο GeH4. Είναι το γερμανιούχο ανάλογο του μεθανίου και το απλούστερο υδρίδιο του γερμανίου καθώς και μια από τις πιο χρήσιμες χημικές ενώσεις του στοιχείου (γερμανίου). Το καθαρό γερμανάνιο, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι ένα πολύ εύφλεκτο και τοξικό αέριο. Όπως και στις συγγενικές ενώσεις του μεθανίου και του σιλανίου, το μόριο του γερμανανίου είναι τετραεδρικό, με το άτομο του γερμανίου στο κέντρο και τα άτομα του υδρογόνου στις κορυφές. Καίγεται παρουσία ατμοσφαιρικού αέρα, παράγοντας διοξείδιο του γερμανίου και νερό. Το γερμανάνιο ανιχνεύθηκε στην ατμόσφαιρα του πλανήτη Δία[2].

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το γερμανάνιο τυπικά παράγεται με αναγωγή γερμανιούχων ενώσεων με υδρίδια ηλεκτροθετικότερων στοιχείων, συνήθως με νατριοβοριοϋδρίδιο, καλιοβοριοϋδρίδιο, λιθιοβοριοϋδρίδιο, λιθιαργιλιοϋδρίδιο και νατριοαργιλιοϋδρίδιο. Η αντίδραση καταλύεται με διάφορα οξέα και μπορεί να διεξαχθεί τόσο σε υδατικό, όσο και σε διάλυμα οργανικού διαλύτη. Σε εργαστηριακή κλίμακα, το γερμανάνιο μπορεί να παραχθεί με αντίδραση ενώσεων του GeIV με οποιοδήποτε από τα προηγουμένως αναφερθέντα υδρίδια αντιδραστήρια[3][4]. Μια τυπική σύνθεση γερμανανίου περιλαμβάνει αντίδραση γερμανικού νατρίου με νατριοβοριοϋδρίδιο[5]:

\mathrm{Na_2GeO_3 + NaBH_4 + H_2O \xrightarrow{} GeH_4 \uparrow + 2NaOH + NaBO_2}

Άλλες μέθοδοι παρασκευής γερμανανίου περιλαμβάνουν ηλεκτροχημική αναγωγή, ενώ υπάρχει και μια μέθοδος που βασίζεται στη χρήση κατάστασης πλάσματος[6].

Η ηλεκτροχημική αναγωγή περιλαμβάνει την εφαρμογή ηλεκτρόλυσης σε ένα ένυδρο διάλυμα ηλεκτρολύτη με κάθοδο από μεταλλικό γερμάνιο και άνοδο συνήθως από μολυβδαίνιο η κάδμιο. Με αυτή τη μέθοδο παράγεται υδρογόνο στην κάθοδο, που αντιδρά με το μεταλλικό γερμάνιο και παράγει γερμανάνιο, ενώ στην άνοδο παράγεται οξείδιο του μολυβδαινίου ή οξείδιο του καδμίου, αντίστοιχα:

\mathrm{2H_2O \xrightarrow{\eta \lambda \epsilon \kappa \tau \rho \acute{o} \lambda \upsilon \sigma \eta} 2H_2 + O_2}
\mathrm{Ge + 2H_2 \xrightarrow{} GeH_4}
\mathrm{2Mo + O_2 \xrightarrow{} 2MoO}
ή
\mathrm{2Cd + O_2 \xrightarrow{} 2CdO}

Η μέθοδος πλάσματος περιλαμβάνει βομβαρδισμό (πλάκας) μεταλλικού γερμανίου με άτομα υδρογόνου, που παράγονται με τη χρήση μιας πηγής πλάσματος υψηλής συχνότητας. Έτσι παράγεται γερμανάνιο, αλλά και διγερμανάνιο:

\mathrm{Ge + 4H \xrightarrow{} GeH_4}
\mathrm{2Ge + 6H \xrightarrow{} Ge_2H_6}

Χημική συμπεριφορά[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Αν το γερμανάνιο διαλυθεί σε υγρή αμμωνία ιονίζεται και (τελικά) σχηματίζονται τα ιόντα NH4+ και GeH3-[7]:

\mathrm{GeH_4 + NH_3 \xrightarrow{NH_{3(l)}} NH_4^+ + GeH_3^-}

Με επίδραση αλκαλιμετάλλων (θα συμβολιστούν παρακάτω γενικά με Μ) σε διάλυμα γερμανανίου σε υγρή αμμωνία, το (γερμανάνιο) αντιδρά με αυτά (τα αλκαλιμέταλλα) και δίνει λευκές κρυσταλλικές ενώσεις, του γενικού τύπου MGeH3:

\mathrm{2GeH_4 + 2M \xrightarrow{NH_{3(l)}} 2MGeH_3 + H_2}

Το γερμανυλοκάλιο (KGeH3) και το γερμανυλορουβίδιο (RbGeH3) έχουν τη δομή του χλωριούχου νατρίου, πράγμα που συνεπάγεται μια ελεύθερη περιστροφή του ιόντος GeH3-, ενώ το γερμανυλοκαίσιο (CsGeH3), σε αντιδιαστολή έχει τη δομή του ιωδιούχου θαλλίου (TlI), δηλαδή παραμορφωμένη δομή χλωριούχου νατρίου[7].

Εφαρμογές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το αέριο γερμανάνιο διασπάται γύρω στους 600ο K σε γερμάνιο και υδρογόνο. Εξαιτίας της (σχετικής) θερμικής αστάθειάς του, το γερμανάνιο χρησιμοποιείται από τη βιομηχανία ημιαγωγών για επιταξιακή ανάπτυξη (epitaxy) γερμανίου με επίταξη φάσης μεταλλοργανικού ατμού (MOVPE = MetalΟrganic Vapour Phase Epitaxy) ή με επίταξη χημικής ακτίνας (chemical beam epitaxy)[8]. Επίσης έχουν εξεταστεί διάφορα οργανικά (υποκατεστημένα) γερμανάνια, όπως ισοβουτυλογερμανάνιο, αλκυλοτριχλωρογερμανάνια και δι(μεθυλαμινο)τριχλωρογερμανάνιο, ως λιγότερο βλαβερά υγρά υποκατάστατα του γερμανανίου για απόθεση γερμανιούχων μεμβρανών με MOVPE[9].

Ασφάλεια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το γερμανάνιο είναι πολύ εύφλεκτο και εν δυνάμει πυροφορικό[10], και πολύ τοξικό αέριο. Το 1970, το American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) δημοσίευσε τις τελευταίες αλλαγές, θέτοντας το θεωρούμενο μέγιστο επιτρεπόμενο όριο στα 0,2 ppm, για έκθεση 8 ωρών σε γερμανάνιο[11]. To LC50 για αρουραίους που εκτέθηκαν για μία (1) ώρα σε γερμανάνιο είναι 622 ppm[12]. Η εισπνοή γερμανανίου μπορεί να προκαλέσει δυσφορία, κεφαλαλγία, ζάλη, λιποθυμία, δύσπνοια, ναυτία, έμετο, νεφρική βλάβη, και αιμολυτικά φαινόμενα[13][14][15].

Υποκατεστημένα γερμανάνια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ανόργανα και οργανικά υποκατεστημένα παράγωγα του γερμανάνιου, είναι γνωστά και ονομάζονται «γερμανάνια».

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
  2. Kunde, V.; Hanel, R.; Maguire, W.; Gautier, D.; Baluteau, J. P.; Marten, A.; Chedin, A.; Husson, N.; Scott, N. (1982). "The tropospheric gas composition of Jupiter's north equatorial belt (NH3, PH3, CH3D, GeH4, H2O) and the Jovian D/H isotopic ratio". Astrophysical Journal 263: 443–467. Bibcode:1982ApJ...263..443K. doi:10.1086/160516.
  3. W. L. Jolly "Preparation of the volatile hydrides of Groups IVA and VA by means of aqueous hydroborate" Journal of the American Chemical Society 1961, volume 83, pp. 335-7.
  4. US Patent 4,668,502
  5. Girolami, G. S.; Rauchfuss, T. B.; Angelici, R. J. (1999). Synthesis and Technique in Inorganic Chemistry. Mill Valley, CA: University Science Books.
  6. US Patent 7,087,102 (2006)
  7. 7,0 7,1 Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth–Heinemann. ISBN 0080379419.
  8. Venkatasubramanian, R.; Pickett, R. T.; Timmons, M. L. (1989). "Epitaxy of germanium using germane in the presence of tetramethylgermanium". Journal of Applied Physics 66 (11): 5662–5664. Bibcode:1989JAP....66.5662V. doi:10.1063/1.343633.
  9. Woelk, E.; Shenai-Khatkhate, D. V.; DiCarlo, R. L. Jr., Amamchyan, A.; Power, M. B.; Lamare, B.; Beaudoin, G.; Sagnes, I. (2006). "Designing Novel Organogermanium MOVPE Precursors for High-purity Germanium Films". Journal of Crystal Growth 287 (2): 684–687. Bibcode:2006JCrGr.287..684W. doi:10.1016/j.jcrysgro.2005.10.094.
  10. ^ Brauer, 1963, Vol.1, 715
  11. Praxair MSDS accessed Sep. 2011
  12. NIOSH Germane Registry of Toxic Effects of Chemical Substances (RTECS)accessed Sep. 2011
  13. Gus'kova, E. I. (1974). "K toksikologii Gidrida Germaniia" [Toxicology of germanium hydride]. Gigiena Truda i Professionalnye Zabolevaniia (in Russian) 18 (2): 56–57. PMID 4839911.
  14. ^ US EPA Germane
  15. Paneth, F.; Joachimoglu, G. (1924). "Über die pharmakologischen Eigenschaften des Zinnwasserstoffs und Germaniumwasserstoffs" [About the pharmacological characteristics of tin hydride and germanium hydride]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (in German) 57 (10): 1925–1930. doi:10.1002/cber.19240571027.


Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Germane της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).