Германия оксиды

Оксид германия GeO2

GeO2– белыйпорошок; М = tпл= 1115С,плотность – 4,7г./см3.Растворимость в воде составляет 0,4 %(при 20С). В щелочахрастворяется с образованием германатов.

Предельно допустимаяконцентрация GeO2в воздухе – 2мг/м3.

При продолжительномвдыхании GeO2могут наблюдатьсястойкие заболевания лёгких называемыесиликозом.

Оксид висмута Bi2o3

Bi2O3–порошок лимонно — жёлтого цвета, М =465,96; tпл= 820С,плотность – 8,9г./см3.Не растворим в воде.

Токсичные свойстваBi2O3 не изучены.

Соляная кислота hCl

М = 36,5. Бесцветнаянегорючая жидкость tпл= 17С,кипит с разложением. Концентрированнаякислота (37 %) имеет плотность – 1,183г./см3.Растворимав воде.

Туман солянойкислоты вызывает резкую болезненностькожи лица. При высокой концентрациипаров кислоты – раздражение слизистыхоболочек, в особенности носа, конъюктивит,помутнение роговицы, охриплость,насморк.

ПДК в воздухерабочей зоны 5 мг/м3.Класс опасности – 2. ПДК в воде водоёмовсанитарно-бытового водопользования –10мг/л.

Остатки шихтыпосле выращивания пленок силленитавыплавлялись и шли на утилизацию .

Используемую дляотмывки пленок соляную кислоту собираемв предназначенную для этого емкость ив дальнейшем нейтрализовываем содойперед сливом в канализацию.

В процессе проведениядипломной работы в атмосферу могутпопасть незначительные количествавеществ, используемых для приготовленияшихты. Расчет возможного ущерба отзагрязнения атмосферы рассчитываетсяпо формуле:

, где

–удельный ущербот выброса в атмосферу одной условнойтонны загрязняющих веществ, =2,4 руб./усл.т

М –приведенная масса годового выброса, , где
mi– количество поступающего в атмосферу вещества i-го типа;
– показатель относительной агрессивности.
Для определения показателей относительной агрессивности пользуются формулой:
, где
ai– характеризует относительную опасность присутствия примеси в воздухе, вдыхаемом человеком;
αi– поправка, учитывающая вероятность накопления исходной примеси или вторичных загрязняющих веществ в компонентах окружающей среды и цепях питания, а также поступление примеси в организм человека не ингаляционным путем;
δi– поправка, характеризующая вредное воздействие примеси на остальных реципиентов ( кроме человека );
λi– поправка на вероятность вторичного заброса примеси в атмосферу после их оседания на поверхности ( для пылей );
βi– поправка на вероятность образоваия из исходных примесей, выброшенных в атмосферу, ( вторичных ) загрязняющих веществ, более опасных, чем исходные ( для легких углеводородов );

Показатель aiзадает уровень опасности для человекавещества i-го типа по отношению к уровнюопасности оксида углерода:

ai= ((ПДКС.С со ∙ ПДКР.З со)/( ПДКС.С i∙ ПДКР.З i))0.5= (60/(ПДКС.С i ∙ ПДКР.З i))0.5

ПДКС.С i и ПДКР.З i взяты из справочника.

Вещество	ПДКС.С , мг / м3	ПДКР.З , мг / м3
GeO2	0,005	2
Bi2O3	0,004	2
Gr2O3	0,015	0,01

Пример расчетаai:

ACr2O3=(60/0,015∙0,010)0.5= 4472,14

расчет остальныханалогичен приведенному.

Вещество	ai ,усл.т/т	λi	αi	βi	δi	Ai
GeO2	77,46	1	2	1	1	154,92
Bi2O3	86,6	1	2	1	1	173
Gr2O3	632,46	1	5	1	1	3162,3

Примем , что завремя проведения дипломной работыобразовалось около 0,5 гр. каждогокомпонента.

=(154,92+ 173 + 3162,3 )∙5∙10-7= 17451,110-6т

т.к. институтрасположен в центре города =8

скорость оседаниячастиц для тонкодисперсных порошковпримем V< 20 м/с

разность температурвнутри помещения и в окружающей атмосфересоставляет 150С

Для учета подьемафакела используем поправку:

φ= 1+Δt/75 = 1+15/75 = 1,2

Высота трубы – 32м

Величина поправкина характер рассеивания примеси :

f = f2=[1000/(60+φ∙h)]0.5∙[4/(1+U)]

U – значение модуляскорости ветра на уровне флюгерапринимаем равным 3 м/с

f = f2=[1000/(60+1,2∙32)]0.5∙[4/(1+3)] = 3,188

УАТМ=2,4∙8∙3,188∙174511∙10-7= 1,06 руб.

Как видно израсчета, ущерб от выброса в атмосферупыли используемых веществ, незначителен.

Оксид германия(IV)

Оксид германия(IV) (диоксид германия, двуокись германия) представляет собой бинарное неорганическое химическое соединение германия с кислородом. Химическая формула .

1. Структура

Формы диоксида германия очень сильно схожи с диоксидом кремния. Существует в виде двух кристаллических модификаций и третьей — аморфной:

Гексагональныйβ-GeO2 имеет такую же структуру как α-кварц, германий имеет координационное число 4, пространственная группа P3121 или P3221, параметры элементарной ячейки a = 0,4972 нм, c = 0,5648, Z = 3, d20 = 4,70 г/см³.
Тетрагональныйα-GeO2 (минеральная форма — аргутит (англ. argutite)) имеет структуру типа SnO2, германий имеет координационное число 6, параметры элементарной ячейки а = 0,4395 нм, с = 0,2860 нм, d20 = 6,24 г/см³. Под высоким давлением переходит в ромбическую форму, структура типа CaCl2..
Аморфный GeO2 похож на стекловидный кварц, растворяется в воде.

Тетрагональный диоксида германия при 1033 °C переходит в гексагональную форму. ΔHα → β = 21,6 кДж/моль.

Некоторые свойства диоксида германия

Показатель	Кристаллическая модификация	Стеклообразный GeO2
α	β
T.пл., °C	1086	1115	—
Плотн., г/см³	6,277	4,28	3,667
K−1	5,36×10−5(298—698 K)	9,5×10−6(298—798 K)	7,5×10−6(298—698 K)
ΔHпл., кДж/моль	21,1	17,6	—
S°298, Дж/(моль·К)	39,71	55,27	69,77
С°p, Дж/(моль·К)	50,17	52,09	53
ΔHобр., кДж/моль	-580,15	-554,7	-539,00

2. Получение

Получают двуокись германия гидролизом GeCl4 с последующей просушкой и прокаливанием осадка при 900 °C. При этом обычно образуется смесь аморфного и гексагонального GeO2.

При температуре выше 700 °C при помощи окисления германия получается двуокись германия:

Гидролизом сульфид германия(IV) в кипящей воде:

Растворяя германий в разбавленной азотной кислоте:

Окислением сульфида германия(II) концентрированной горячей азотной кислотой:

Гидролизом или окислением германоводородов:

Разрушение германатов разбавленной азотной кислотой:

3. Химические свойства

α-GeO2 и аморфный GeO2 химически более пассивны, поэтому химические свойства описывают для β-GeO2.

Нагревание диоксида германия при температуре 1000 °C дает оксид германия (GeO):

Восстанавливается водородом и углеродом до металлического германия при нагревании:

Диоксид германия растворяется в воде, образуя слабую метагерманиевую кислоту:

Растворяется в щелочах, с разбавленными образует соли метагерманиевой кислоты, с концентрированными — ортогерманиевой:

Серый нитрид германия (Ge3N4) может быть получен действием NH3 на металлический германий (или GeO2) при 700 °C:

Взаимодействует с галогеноводородами:

При нагревании разрушает соли более слабых кислот с образованием германатов:

С окислами щелочных металлов, в зависимости от их количества, образует различные германаты:

4. Применение

Двуокись германия является промежуточным продуктом при производстве чистого германия и его соединений.

Двуокись германия имеет показатель преломления ~1,7, что позволяет использовать его в качестве оптического материала для широкоугольных объективов и в линзах объективов оптических микроскопов. Прозрачен в инфракрасном диапазоне спектра.

Смесь диоксида кремния и диоксида германия используется в качестве материала для оптических волокон. Изменяя соотношения компонентов позволяет точно управлять преломлением света. Двуокись германия позволяет заменить диоксид титана в качестве легирующей примеси, что исключает необходимость в последующей термической обработке, которая делает волокно хрупким.

Двуокись германия также используется в качестве катализатора при производстве полиэтилентерефталовой смолы.

Используется в качестве сырья для производства некоторых люминофоров и полупроводниковых материалов.

5. Токсичность

Двуокись германия имеет низкую токсичность, но при более высоких дозах является нефротоксином. Двуокись германия используется в некоторых БАДах.