Dioxyde de germanium

Le dioxyde de germanium, ou oxyde de germanium(IV), est un composé inorganique de formule chimique GeO₂. C'est la principale source commerciale de germanium. On l'obtient en chauffant du germanium ou du disulfure de germanium GeS₂ en présence d'oxygène O₂ :

Dioxyde de germanium
Structure du dioxyde de germanium tétragonal (rutile)   __ Ge4+     __ O2−
Identification
Nom UICPA	dioxogermane
Synonymes	Oxyde de germanium(IV)
No CAS	1310-53-8
No ECHA	100.013.801
No CE	215-180-8
No RTECS	LY5240000
PubChem	14796
SMILES	O=[Ge]=O PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/GeO2/c2-1-3 Std. InChIKey : YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N
Apparence	poudre blanche inodore
Propriétés chimiques
Formule	GeO2
Masse molaire	104,64 ± 0,01 g/mol Ge 69,39 %, O 30,58 %,
Propriétés physiques
T° fusion	1 115 °C (hexagonal) 1 086 °C (tétragonal)
Solubilité	4,5 g·L-1
Masse volumique	4,23 g·cm-3 (25 °C, hexagonal) 6,239 g·cm-3 (25 °C, tétragonal) 3,637 g·cm-3 (25 °C, amorphe)
Précautions
SGH
Attention H302 et H332 H302 : Nocif en cas d'ingestion H332 : Nocif par inhalation
Écotoxicologie
DL50	1 250 mg·kg-1 (souris, oral)
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Ge + O₂ → GeO₂.

Il se forme également par hydrolyse du tétrachlorure de germanium GeCl₄ :

GeCl₄ + 2 H₂O → GeO₂ + 4 HCl.

Cette réaction diffère de celle observée avec le silicium dans la mesure où l'hydrolyse du tétrachlorure de silicium SiCl₄ donne en premier lieu des acides siliciques, tandis que le tétrachlorure de germanium ne forme pas d'hydroxydes stables, mais donne au contraire le dioxyde.

Structure

Les deux principaux polymorphes du dioxyde de germanium sont le GeO₂ hexagonal et le GeO₂ tétragonal. Le premier est semblable au quartz-β, dans lequel le germanium présente une coordinence de 4, tandis que le second, qui correspond à l'argutite, présente une structure de type rutile, dans lequel le germanium présente une coordinence de 6. Il existe également une forme amorphe semblable à celle du verre de quartz.

• 
  GeO₂ hexagonal
• 
  GeO₂ tétragonal

Le dioxyde de germanium peut être obtenu sous forme cristallisée aussi bien que sous forme amorphe. À pression atmosphérique, la structure amorphe est constituée d'un réseau de tétraèdres GeO₄. Lorsque la pression augmente jusqu'à environ 9 GPa, la coordinence moyenne du germanium passe progressivement de 4 à 5, avec un allongement de la liaison Ge–O. Lorsque la pression augmente encore, jusqu'à environ 15 GPa, la coordinence du germanium passe à 6, et il se forme une structure plus dense constituée d'octaèdres GeO₆. Si la pression est alors réduite, le cristal reprend sa structure tétraédrique. Si au contraire la pression est augmentée, la forme rutile se transforme en forme orthorhombique de type CaCl₂.

Applications

L'indice de réfraction du dioxyde germanium de 1,7 ainsi que ses propriétés de dispersion optique en font un matériau intéressant pour les applications optiques telles que les objectifs grand angle, les lentilles pour objectifs de microscopes optiques, et pour le cœur des fibres optiques. Le germanium et son dioxyde sont tous deux transparents dans l'infrarouge. Le verre peut servir à produire des fenêtres et des lentilles pour les rayonnements infrarouges utilisées par exemple dans les jumelles de vision nocturne et les caméras thermiques. La résistance du GeO₂ en fait le matériau de prédilection pour les applications militaires.

On utilise un mélange de dioxyde de silicium SiO₂ et de dioxyde de germanium GeO₂ pour réaliser des fibres optiques et des guides d'ondes optiques (en). Le contrôle précis du rapport entre le silicium et le germanium permet de contrôler précisément l'indice de réfraction du matériau. Ces verres ont une viscosité inférieure et un indice de réfraction supérieur à ceux du dioxyde de silicium pur. Le dioxyde de germanium a remplacé le dioxyde de titane TiO₂ comme dopant des fibres en SiO₂, ce qui a permis de s'affranchir de la nécessité d'un traitement thermique qui rendait les fibres fragiles.

Le dioxyde de germanium est également utilisé comme catalyseur pour la production de résines de PET ainsi que d'autres composés du germanium, des matériaux luminescents et des matériaux semiconducteurs.

Toxicité

Le dioxyde de germanium présente une faible toxicité mais est néphrotoxique à haute dose.

Il peut être utilisé comme source de germanium dans certains compléments alimentaires discutables dont des doses élevées peuvent provoquer des empoisonnements graves au germanium.