Germán (vegyület)

A germán szervetlen vegyület, a metán germániumos analógja. Összegképlete GeH₄. Ez a legegyszerűbb germánium hidrid és a germánium egyik leghasznosabb vegyülete. A szilánhoz és a metánhoz hasonlóan a germán molekulaalakja is tetraéderes. Levegőn elégetve GeO₂ és víz keletkezik.

Ez a szócikk a vegyületről szól. Hasonló címmel lásd még: Germán (egyértelműsítő lap).

Germánium-tetrahidrid
A germán szerkezeti képlete
A germánmolekula pálcikamodellje A germánmolekula kalottamodellje
IUPAC-név	germán
Más nevek	germánium-tetrahidrid germanometán monogermán
Kémiai azonosítók
CAS-szám	7782-65-2
PubChem	23984
ChemSpider	22420
EINECS-szám	231-961-6
KEGG	C15472
ChEBI	30443
RTECS szám	LY4900000
SMILES	[GeH4]
InChI	1/GeH4/h1H4
InChIKey	QUZPNFFHZPRKJD-UHFFFAOYSA-N
Gmelin	910814
UNII	619P6J82AE
UN-szám	2192
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet	GeH4
Moláris tömeg	76,62 g/mol
Megjelenés	színtelen gáz
Sűrűség	3,3 kg/m3 (gáz)
Olvadáspont	−165 °C °C
Forráspont	−88 °C °C
Oldhatóság (vízben)	rosszul
Viszkozitás	17,21 μPa·s (elméleti becslés)[1]
Kristályszerkezet
Molekulaforma	tetraéderes
Dipólusmomentum	0 D
Veszélyek
MSDS	ICSC 1244
EU Index	nincs listázva
Főbb veszélyek	mérgező, gyúlékony
NFPA 704	4 4 3
Rokon vegyületek
Rokon vegyületek	metán szilán sztannán plumbán
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

Előfordulása

A Jupiter atmoszférájában már kimutatták.^[2]

Előállítása

Jellemzően germániumvegyületek, elsősorban germánium-dioxid hidridreagenssel (pl. nátrium-borohidriddel, kálium-borohidriddel, lítium-borohidriddel, lítium-alumínium-hidriddel vagy nátrium-alumínium-hidriddel) történő redukciójával állítják elő. A borohidrides redukciót különböző savak katalizálják, a reakció vizes és szerves oldószerben is lejátszódik. Laboratóriumi méretben germánium(IV) vegyületek és a fenti hidridek reagáltatásával állítják elő.^[3][4] Egy tipikus szintézis során Na₂GeO₃ és nátrium-borohidridet reagáltatnak.^[5]

Na₂GeO₃ + NaBH₄ + H₂O → GeH₄ + 2 NaOH + NaBO₂

További szintézislehetőségek az elektrokémiai redukció és a plazma alapú eljárások.^[6] Az elektrokémiai redukálás során feszültséget kapcsolnak vizes elektrolitba merülő fém germánium katódra és molibdén vagy kadmium anyagú anódra. A folyamat során germán (GeH₄) és hidrogéngáz fejlődik a katódon, míg az anódból – oxigénnel reagálva – molibdén- vagy kadmium-oxid keletkezik. A plazmaszintézis során fém germániumot nagyfrekvenciás plazmaforrással előállított hidrogénatomokkal bombáznak, aminek hatására germán és digermán keletkezik.

Reakciói

Gyengén savas vegyület. Folyékony ammóniában a GeH₄ ionizálódik, NH+4 és GeH−3 ionpárt alkot.^[7] Alkálifémekkel folyékony ammóniában fehér kristályos MGeH₃ vegyületet képez. A kálium- (KGeH₃, kálium-germil) és rubídiumtartalmú (RbGeH₃, rubídium-germil) germánvegyületek nátrium-kloridos szerkezetűek, ami szabadon forgó GeH−3 aniont feltételez. A céziumtartalmú vegyület, a CsGeH₃ ezzel ellentétben deformálódott nátrium-klorid szerkezetű, hasonlóan a tallium-jodidéhoz.^[7]

Félvezetőipari felhasználása

A germángáz 600 K körül germániumra és hidrogénre bomlik. Ezen termikus labilitása miatt használják germánium vékonyrétegek növesztésre a félvezető iparban, MOVPE vagy kémiai sugár epitaxy során.^[8] Szerves germánium prekurzorokat (pl. izobutil-germán, alkilgermánium-triklorid és dimetilaminogermánium-triklorid) is vizsgálnak mint a germániumtartalmú vékonyréteg gyártásának a germánnál biztonságosabb folyékony alternatívái.^[9]

Biztonságtechnikai információk

A germán nagyon gyúlékony, potenciálisan piroforos^[10] (de más forrás szerint nem gyullad meg levegővel érintkezve^[7]), nagyon mérgező gáz. Munkahelyi koncentrációja 8 órás átlagban legfeljebb 0,2 ppm lehet.^[11] Patkányoknál az LC50 1 órás kitettség esetén 622 ppm.^[12] Belélegzése, illetve az anyagnak való kitettség levertséget, fejfájást, szédülést, ájulást, émelygést, nehézlégzést, hányást, vesekárosodást és hemolitikus hatásokat okozhat.^[13][14][15]