ثاني أكسيد الجرمانيوم

ثاني أكسيد الجرمانيوم ، المعروف أيضاً باسم أكسيد الجرمانيوم (IV) أو الجرمانيا أو ملح الجرمانيوم ، ^{[ 1 ]} هو مركب غير عضوي صيغته الكيميائية GeO2 _. وهو المصدر التجاري الرئيسي للجرمانيوم. كما أنه يشكل طبقة واقية على سطح الجرمانيوم النقي عند تعرضه للأكسجين الجوي.

يُعدّ الشكلان السداسي والرباعي الشكلين البلوريين السائدين لثاني أكسيد الجرمانيوم (GeO₂). يتميز ثاني _{أكسيد الجرمانيوم السداسي} بنفس بنية الكوارتز ألفا، حيث يمتلك الجرمانيوم عدد تنسيق 4. أما _ثاني أكسيد الجرمانيوم الرباعي (معدن الأرجوتيت ) فيمتلك بنية شبيهة بالروتيل كما هو الحال في الستيشوفيت ، حيث يمتلك الجرمانيوم في هذا الشكل عدد تنسيق 6. ويُشبه الشكل غير المتبلور (الزجاجي) لثاني أكسيد الجرمانيوم _{السيليكا} المنصهرة . ^{[ 2 ]}

يمكن تحضير ثاني أكسيد الجرمانيوم في كلٍ من الشكل البلوري وغير البلوري . عند الضغط الجوي، يتكون التركيب غير البلوري من شبكة من رباعيات الأوجه GeO₄ _. عند ضغط مرتفع يصل إلى حوالي 9 جيجا باسكال، يزداد متوسط ​​عدد التناسق للجرمانيوم تدريجيًا من 4 إلى حوالي 5، مع زيادة مقابلة في طول الرابطة Ge–O. ^{[ 3 ]} عند ضغوط أعلى، تصل إلى حوالي 15 جيجا باسكال ، يزداد عدد التناسق للجرمانيوم إلى 6، ويتكون التركيب الشبكي الكثيف من ثمانيات الأوجه GeO₆ _. [ ^{4 ] عند} خفض الضغط لاحقًا، يعود التركيب إلى الشكل رباعي الأوجه. ^{[ 3 ] [ 4 ]} عند ضغط عالٍ، يتحول شكل الروتيل إلى شكل CaCl₂ المعيني _القائم . ^{[ 5 ]}  

يؤدي تسخين ثاني أكسيد الجرمانيوم مع مسحوق الجرمانيوم عند درجة حرارة 1000  درجة مئوية إلى تكوين أحادي أكسيد الجرمانيوم (GeO). ^{[ 2 ]}

يُعدّ الشكل السداسي لثاني أكسيد الجرمانيوم ( كثافته 4.29 جم/سم³ ⁾ أكثر قابلية للذوبان من الشكل الروتيل ( كثافته 6.27  جم/سم³ ⁾ _، ويذوب ليُشكّل حمض الجرمانيك ، _H₄GeO₄ ، أو Ge(OH) _₄ . ^{[ 6 ]} _يُعدّ GeO₂ قليل الذوبان في الأحماض ، ولكنه يذوب بسهولة أكبر في القلويات مُعطيًا الجرمانات . ^{[ 6 ]} يُشكّل حمض الجرمانيك مُركّبات مُستقرة مع الأحماض الكربوكسيلية ثنائية ومتعددة الوظائف ، والكحولات المتعددة ، وثنائي الفينولات . ^{[ 7 ]}

عند ملامسته لحمض الهيدروكلوريك ، فإنه يطلق رباعي كلوريد الجرمانيوم المتطاير والمسبب للتآكل .

يُعدّ ثاني أكسيد الجرمانيوم مادةً بصريةً مفيدةً نظرًا لمعامل انكساره (1.7) وخصائص تشتته الضوئية، مما يجعله مناسبًا للعدسات واسعة الزاوية ، وعدسات المجاهر الضوئية ، ولقلب الألياف البصرية. للاطلاع على تفاصيل عملية التصنيع، يُرجى مراجعة قسم الألياف البصرية . يتميز كلٌّ من الجرمانيوم وأكسيده الزجاجي، _GeO₂ ، بشفافيتهما للأشعة تحت الحمراء . يُمكن تصنيع الزجاج على شكل نوافذ وعدسات تعمل بالأشعة تحت الحمراء، تُستخدم في تقنيات الرؤية الليلية في المجال العسكري، والمركبات الفاخرة، ^{[ 8 ]} وكاميرات التصوير الحراري . يُفضّل استخدام GeO₂ _على أنواع الزجاج الأخرى الشفافة للأشعة تحت الحمراء نظرًا لقوته الميكانيكية، مما يجعله مناسبًا للاستخدامات العسكرية الشاقة. ^{[ 9 ]}

يُستخدم مزيج من ثاني أكسيد السيليكون وثاني أكسيد الجرمانيوم ("السيليكا-الجرمانيوم") كمادة بصرية للألياف الضوئية والموجهات الضوئية . ^{[ 10 ]} يتيح التحكم في نسبة العناصر التحكم الدقيق في معامل الانكسار. تتميز زجاجيات السيليكا-الجرمانيوم بلزوجة أقل ومعامل انكسار أعلى من السيليكا النقية. حلت الجرمانيوم محل التيتانيا كمادة مُحسِّنة للسيليكا في ألياف السيليكا، مما ألغى الحاجة إلى المعالجة الحرارية اللاحقة التي كانت تجعل الألياف هشة. ^{[ 11 ]}

يُستخدم ثاني أكسيد الجرمانيوم كملون في زجاج البوروسيليكات، المستخدم في صناعة الزجاج. عند دمجه مع أكسيد النحاس، يُعطي لونًا أحمر أكثر ثباتًا. كما يُضفي على الزجاج لونًا شديد التفاعل والتغير، "تأثير قوس قزح رائع" عند دمجه مع أكسيد الفضة، حيث يُمكن أن يتحول اللون الكهرماني الفاتح إلى لون محمرّ نوعًا ما، وحتى إلى لون أرجواني داكن. ويختلف اللون تبعًا لتركيب اللهب المستخدم في صهر الزجاج (كمية الأكسجين أو الوقود). كما يتغير اللون أيضًا تبعًا لدرجة حرارة الفرن المستخدم في تلدين الزجاج. ^{[ 12 ]}

يُستخدم ثاني أكسيد الجرمانيوم أيضًا كعامل حفاز في إنتاج راتنج بولي إيثيلين تيريفثالات ، ^{[ 13 ]} وفي إنتاج مركبات جرمانيوم أخرى. كما يُستخدم كمادة خام لإنتاج بعض المواد الفسفورية وأشباه الموصلات .

يُستخدم ثاني أكسيد الجرمانيوم في زراعة الطحالب كمثبط لنمو الدياتومات غير المرغوب فيه ، إذ غالبًا ما يُعيق التلوث بالدياتومات سريعة النمو نمو سلالات الطحالب الأصلية أو يُنافسها على حسابها. يمتص الدياتومات _ثاني أكسيد الجرمانيوم بسهولة، مما يؤدي إلى استبدال السيليكون بالجرمانيوم في العمليات الكيميائية الحيوية داخلها، مُسببًا انخفاضًا ملحوظًا في معدل نمو الدياتومات أو حتى القضاء عليها تمامًا، مع تأثير طفيف على أنواع الطحالب الأخرى. في هذا التطبيق، يتراوح تركيز ثاني أكسيد الجرمانيوم المستخدم عادةً في وسط الاستزراع بين 1 و10  ملغم/لتر، وذلك تبعًا لمرحلة التلوث ونوع الطحالب. ^{[ 14 ]}

ثاني أكسيد الجرمانيوم ذو سمية منخفضة، ولكنه سام للكلى عند تناوله بجرعات عالية.

يُستخدم ثاني أكسيد الجرمانيوم كمكمل غذائي للجرمانيوم في بعض المكملات الغذائية المشكوك في مصداقيتها وفي "العلاجات المعجزة". ^{[ 15 ]} وقد أدت الجرعات العالية منه إلى عدة حالات تسمم بالجرمانيوم.