Германий, его характеристика, способы получения органопроизводных, химические свойства. Практическое применение

Германий (лат. Germanium) - химический элемент IV группы периодической системы Д.И. Менделеева, относится к семейству металлов. Обозначен порядковым номером 32. Представляет собой твердое вещество серо-белого цвета с металлическим блеском.

Существование и свойства Германия предсказал в 1871 году Д.И. Менделеев и назвал этот неизвестный еще элемент – «Экасилицием» из-за близости свойств его с кремнием.
В 1886 году немецкий химик К. Винклер, исследуя минерал серебра – аргиродит Ag8GeS6 выяснил, что помимо серебра, ртути, железа и оксида цинка в нём присутствует неизвестный элемент.
Винклер изучил его свойства и понял, что действительно нашел новый элемент. Винклер назвал открытый им элемент в честь своего отечества – Германий .

Аргиродит
Ag8GeS6
Германит
Cu26Ge4Fe4S32
Германий концентрируется в месторождениях многих металлов — в сульфидных рудах цветных металлов, в железных рудах, в некоторых окисных минералах (хромите, магнетите, рутиле и др.), в гранитах, диабазах и базальтах.

Оксид GeO – темно – серый порошок, плохо растворим в воде и легко – в кислотах с образованием солей двухвалентного германия. Диоксид GeO2 известен в различных кристаллических монофигурациях.
GeCl4 – бесцветная тяжелая жидкость, дымящая на воздухе

Синтез органических производных германия осуществляют, исходя из металлического германия и его неорганических соединений – диоксида GeO2, тетра – и тригалогенидов (GeHal4 и HGeHal3) и производного двухвалентного германия – дигалогенида германия GeHal2.
Основные классы производных германия, которые схожи с производными кремния:
Галогениды и гидридгалогениды германия;
Органогидридгерманы HnGeR4-n;
Органогалогенгерманы RnGeHal4-n
Алкокси-производные германия;
Карбофункциональные германийорганические соединения;

Методы получения органических производных германия.
Большинство металлорганических соединений получают из других металлоорганических соединений и производные германия не представляют исключения:
Многие тетраалкилгерманы были успешно синтезированы с использованием реактивов Гриньяра:
Реактивы Гриньяра широко используют и для получения несимметричных производных германия:

Тетраалкилгерманы могут быть получены присоединением гидридов германия к соединениям с кратными связями:
Гексаалкилдигерманы можно получить взаимодействием алкилгерманий галогенидов с щелочными металлами:
Прямой синтез заключается в нагревании германия с алкилгалогенидами в присутствии медного катализатора:

Действия металлоорганических соединений (соединений магния, цинка, лития, натрия, ртути и др.) на GeHal4 позволяет получить органогалогенгерманы различного состава:
Галогензамещенные германийорганические соединения могут быть получены путем разрыва связей Ge - С под действием галогенов:
Наиболее предпочтительным методом получения германийорганических гидридов RnGeH4-n является восстановление соотвествующих галогенидов алюмогидридом лития:

Германий реагирует с кислотами:
Ge + H2SO4 (конц) = Ge(SO4)2 + 2SO2↑ + 4H2O,
Ge + 6HF = H2[GeF6] + 2H2↑,
Ge + 4HNO3 (конц) = H2GeO3 + 4NO2↑ + 2H2O
С царской водкой:
Ge + 4HNO3 + 12HCl = GeCl4 + 4NO↑ + 8H2O
С растворами щелочей:
Ge + 2NaOH + 2H2O2 = Na2[Ge(OH)6]
Химические свойства

При нагревании на воздухе до 700 °C Ge загорается при температуре образуется диоксид германия GeO2. Ge легко взаимодействует с галогенами и серой:
Ge + 2I2 = GeI4
С водородом, азотом, углеродом германий непосредственно в реакции не вступает, соединения с этими элементами получают косвенным путем. Например, нитрид Ge3N4 образуется при растворении дииодида германия GeI2 в жидком аммиаке:
GeI2 + NH3 (жидк) = [GeNH]n + Ge3N4
Оксид германия (IV) GeO2, — белое кристаллическое вещество, существующее в двух модификациях. Одна из модификаций частично растворима в воде с образование сложных германиевых кислот. Проявляет амфотерные свойства.

С щелочами GeO2 взаимодействует как кислотный оксид:
GeO2 + 2NaOH = Na2GeO3 + H2O
GeO2 взаимодействует с кислотами:
GeO2 + 4HCl = GeCl4 + 2H2O
Тетрагалогениды Ge — неполярные соединения, легко гидролизующиеся водой.
3GeF4 + 2H2O = GeO2 + 2H2GeF6
или термическим разложением:
BaGeF6 = GeF4 + BaF2

Моногерман получают восстановлением диоксида германия GeO2 борогидридом натрия NaBH4:
GeO2 + NaBH4 = GeH4↑ + NaBO2
Очень неустойчивый монооксид GeO образуется при умеренном нагревании смеси германия и диоксида GeO2:
Ge + GeO2 = 2GeO
Соединения Ge (II) легко диспропорционируют с выделением Ge:
2GeCl2 = Ge + GeCl4

Дисульфид германия GeS2 — белое аморфное или кристаллическое вещество, получается осаждением H2S из кислых растворов GeCl4:
GeCl4 + 2H2S = GeS2 + 4HCl
GeS2 растворяется в щелочах и сульфидах аммония или щелочных металлов:
GeS2 + 6NaOH = Na2[Ge(OH)6] + 2Na2S,
GeS2 + (NH4)2S = (NH4)2GeS3