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El germano es el compuesto químico con la fórmula GeH₄ y el análogo de germanio del metano . Es el hidruro de germanio más simple y uno de los compuestos de germanio más útiles. Al igual que los compuestos relacionados silano y metano, el germano es tetraédrico . Arde en el aire produciendo GeO₂ y agua . El germano es un hidruro del grupo 14 .

Aparición

Se ha detectado germano en la atmósfera de Júpiter . [ 3 ]

Síntesis

El germano se prepara típicamente mediante la reducción de óxidos de germanio, especialmente germanatos , con reactivos de hidruro como borohidruro de sodio , borohidruro de potasio , borohidruro de litio , hidruro de litio y aluminio , e hidruro de sodio y aluminio . La reacción con borohidruros es catalizada por diversos ácidos y puede llevarse a cabo en disolventes acuosos u orgánicos . A escala de laboratorio, el germano puede prepararse mediante la reacción de compuestos de Ge(IV) con estos reactivos de hidruro . [ 4 ] [ 5 ] Una síntesis típica implicaba la reacción de hidrogenogermanato de potasio con borohidruro de potasio . [ 6 ]

K + HGeO − 3 + K + [ BH 4 ] − + H 2 O → KGeH 3 + K + [ B(OH) 4 ] −
KGeH 3 + CH 3 COOH → GeH 4 + CH 3 COO − K +

Otros métodos para la síntesis de germano incluyen la reducción electroquímica y un método basado en plasma . [ 7 ] El método de reducción electroquímica consiste en aplicar voltaje a un cátodo de germanio metálico sumergido en una solución electrolítica acuosa y un contraelectrodo de ánodo compuesto de un metal como molibdeno o cadmio . En este método, los gases germano e hidrógeno se desprenden del cátodo mientras que el ánodo reacciona para formar óxido de molibdeno u óxidos de cadmio sólidos . El método de síntesis por plasma consiste en bombardear germanio metálico con átomos de hidrógeno (H) que se generan utilizando una fuente de plasma de alta frecuencia para producir germano y digermano .

Reacciones

El germano es débilmente ácido . En amoníaco líquido, el GeH₄ se ioniza formando NH₄⁺ y GeH₃⁻. [ 8 ] Con metales alcalinos en amoníaco líquido , el GeH₄ reacciona para dar compuestos cristalinos blancos de MGeH₃ . Los compuestos de potasio (germil de potasio o germanuro de trihidrógeno de potasio KGeH₃ ) y rubidio (germil de rubidio o germanuro de trihidrógeno de rubidio RbGeH₃ ) tienen la estructura del cloruro de sodio, lo que implica una rotación libre del anión germanuro de trihidrógeno GeH₃⁻ ; el compuesto de cesio, germil de cesio o germanuro de trihidrógeno de cesio CsGeH₃, en cambio, tiene la estructura distorsionada del cloruro de sodio del TlI₃ . [ 8 ]

Uso en la industria de semiconductores

El gas se descompone cerca de los 600 K (327 °C; 620 °F) en germanio e hidrógeno. Debido a su labilidad térmica , el germano se utiliza en la industria de semiconductores para el crecimiento epitaxial de germanio mediante MOVPE o epitaxia de haces químicos . [ 9 ] Se han examinado precursores de organogermanio (por ejemplo, isobutilgermano , tricloruros de alquilgermanio y tricloruro de dimetilaminogermanio) como alternativas líquidas menos peligrosas al germano para la deposición de películas que contienen Ge mediante MOVPE. [ 10 ]

Seguridad

El germano es un gas altamente inflamable , potencialmente pirofórico [ 11 ] y altamente tóxico. En 1970, la Conferencia Americana de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH) publicó los últimos cambios y estableció el valor límite umbral de exposición ocupacional en 0,2 ppm para un promedio ponderado en el tiempo de 8 horas. [ 12 ] La CL50 para ratas a 1 hora de exposición es de 622 ppm. [ 13 ] La inhalación o exposición puede provocar malestar general, dolor de cabeza, mareos, desmayos, disnea, náuseas, vómitos, daño renal y efectos hemolíticos. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]

La clasificación de peligro del Departamento de Transporte de los Estados Unidos es 2.3 Gas venenoso. [ 12 ]

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 Guía de bolsillo del NIOSH sobre riesgos químicos. "#0300" . Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  2. ↑ Yaws, Carl L. (1997), Manual de viscosidad: Volumen 4: Compuestos inorgánicos y elementos , Gulf Professional Publishing, ISBN 978-0123958501
  3. ↑ Kunde, V.; Hanel, R.; Maguire, W.; Gautier, D.; Baluteau, JP; Marten, A.; Chedin, A.; Husson, N.; Scott, N. (1982). "La composición de los gases troposféricos del cinturón ecuatorial norte de Júpiter (NH₃ , PH₃ , CH₃D , GeH₄ , H₂O ) y la relación isotópica D/H joviana". Astrophysical Journal . 263 : 443–467 . Bibcode : 1982ApJ...263..443K . doi : 10.1086/160516 .
  4. ↑ WL Jolly "Preparación de los hidruros volátiles de los grupos IVA y VA mediante hidroborato acuoso" Journal of the American Chemical Society 1961, volumen 83, págs. 335-7.
  5. ↑ "Patente estadounidense 4,668,502" . Archivado del original el 14 de julio de 2017. Consultado el 22 de octubre de 2008 .
  6. ↑ Girolami, GS; Rauchfuss, TB; Angelici, RJ (1999). Síntesis y técnica en química inorgánica . Mill Valley, CA: University Science Books.
  7. ↑ Patente estadounidense 7,087,102 (2006)
  8. 1 2 Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química de los elementos (2.ª ed.). Butterworth-Heinemann. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN  978-0-08-037941-8.
  9. ↑ Venkatasubramanian, R.; Pickett, RT; Timmons, ML (1989). "Epitaxia de germanio usando germano en presencia de tetrametilgermanio". Journal of Applied Physics . 66 (11): 5662– 5664. Bibcode : 1989JAP....66.5662V . doi : 10.1063/1.343633 .
  10. ↑ Woelk, E.; Shenai-Khatkhate, DV; DiCarlo, RL Jr.; Amamchyan, A.; Power, MB; Lamare, B.; Beaudoin, G.; Sagnes, I. (2006). "Diseño de nuevos precursores de organogermanio MOVPE para películas de germanio de alta pureza". Journal of Crystal Growth . 287 (2): 684– 687. Bibcode : 2006JCrGr.287..684W . doi : 10.1016/j.jcrysgro.2005.10.094 .
  11. ↑ Brauer, 1963, Vol. 1, 715
  12. 1 2 Hoja de datos de seguridad de Praxair Archivada el 8 de mayo de 2012 en Wayback Machine (consultada en septiembre de 2011)
  13. ↑ Registro de Efectos Tóxicos de Sustancias Químicas (RTECS) del NIOSH ( consultado en septiembre de 2011)
  14. ^ Gus'kova, EI (1974). «K toksikologii Gidrida Germaniia» [ Toxicología del hidruro de germanio ] . Gigiena Truda I Professionalnye Zabolevaniia (en ruso). 18 (2): 56– 57. PMID 4839911 . 
  15. ↑ US EPA Relevante
  16. ^ Paneth, F.; Joachimoglu, G. (1924). "Über die pharmakologischen Eigenschaften des Zinnwasserstoffs und Germaniumwasserstoffs" [ Acerca de las características farmacológicas del hidruro de estaño y del hidruro de germanio ] . Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (en alemán). 57 (10): 1925-1930 . doi : 10.1002/cber.19240571027 .
  • Hoja de datos de Metaloids (fabricante)
  • Hoja de datos de Arkonic Specialty Gases China (fabricante)
  • Licensintorg Rusia (venta de tecnología de procesos) Archivado el 29/03/2013 en Wayback Machine
  • Honjo Chemical Japan (fabricante) Archivado el 20/01/2013 en Wayback Machine
  • Hoja de datos de Praxair
  • Entrada de la enciclopedia de gases de Air Liquide archivada el 30/07/2013 en Wayback Machine.
  • Guía de bolsillo del CDC-NIOSH sobre riesgos químicos
  • Hoja de datos de Voltaix (fabricante) Archivada el 17/07/2011 en Wayback Machine
  • Foshan Huate Gas Co., Ltd. (fabricante)
  • Horst Technologies, Rusia (fabricante)