Germanate

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Germanate sind Verbindungen des Germaniums, die sich von dessen Oxid ableiten. In fast allen germaniumhaltigen Mineralien liegt das Germanium als Germanat vor.

Da die Eigenschaften des Germaniums denen des Siliciums ähneln, überwiegt beim Germaniumdioxid (GeO₂) der saure Charakter. Letzteres reagiert daher mit Alkalilaugen zu den Germanaten. Weiterhin erhält man Germanate durch Reaktion von Germaniumdioxid mit verschiedenen Metalloxiden beim Zusammenschmelzen.

[Bearbeiten] Klassifizierung

Es sind Germanate unterschiedlicher Zusammensetzung bekannt (M: einfach geladenes Metallkation; X: Halogenid):

Orthogermanate, M₄GeO₄
Metagermanate, (M₂GeO₃)_n
Meta-digermanate, (M₂Ge₂O₅)_n
Hexahydroxogermanate, M₂Ge(OH)₆
Hexahalogenogermanate, M₂GeX₆

Metagermanate und Meta-digermanate liegen in polymerer Form vor. Die den Germanaten zugrundeliegenden Germaniumsäuren sind, ähnlich der Kohlensäure und den Silicium-Sauerstoffsäuren, in wasserfreier Form nicht stabil, sondern nur in verdünnten Lösungen. Von den Halogenogermanaten ist z. B. das Kaliumhexafluorogermanat (K₂GeF₆) bekannt, das aus Kaliumfluorid und Germaniumtetrafluorid erhalten werden kann.

[Bearbeiten] Substanzklasse

Germanate sind eine Substanzklasse mit sehr vielseitigen Eigenschaften^[1]. Zwischen den Sauerstoffverbindungen des Germaniums und den entsprechenden Siliciumverbindungen lassen sich viele Analogien beobachten. Silikate und Germanate sind häufig isotyp. Vom Germanium kennt man ebenfalls zeolithartige Strukturen und die Neigung zur Glasbildung. Aufgrund ihrer hohen Brechzahl werden sie gelegentlich für optische Elemente, wie beispielsweise für Weitwinkellinsen in der Fotografie verwendet. Viele dotierte Germanate zeigen Lumineszenz bei Bestrahlung mit UV-Licht: (Sr, Ba)₂(Mg, Zn)Ge₂O₇:Pb (blauviolett), Zn₂GeO₄:Mn (gelbgrün), MgGeO₃:Mn (tiefrot).

Beimengungen von Bleigermanat in Keramiken generieren ein Material, das Halbleitereigenschaften aufweist^[2].

Natrium- und Ammoniumgermanate können als Katalysatoren bei der Polyestersynthese verwendet werden^[3].

[Bearbeiten] Bismutgermanat

Bismutgermanat (BGO, chemische Formel Bi₄Ge₃O₁₂ (oder die weniger gebräuchliche Verbindung Bi₁₂GeO₂₀) wird ist eine kubisch kristallisierende Verbindung, die in Szintillatoren verwendet wird. Die kommerziell erhältlichen Kristalle werden mit Hilfe des Czochralski-Verfahrens gezogen.

Trifft ein hochenergetisches Photon, beispielsweise ein Gammaquant, auf Bismutgermanat, so emittiert es ein Photon mit einer Wellenlänge im Bereich von 375-650 nm mit einem Maximum bei 480 nm. Pro (MeV) generiert es ca. 8.500 Photonen. Es ist sehr strahlenfest, so dass die Konversion von Gammaquanten bis zu einer Dosis von 5,10⁴ Gy recht linear verläuft. Es hat eine hohe Szintillationseffizienz und im Bereich zwischen 5-20 MeV eine gute Auflösung. Es ist mechanisch recht stabil und nicht hygroskopisch. Die Dichte beträgt bei 7,13 g/cm³, der Schmelzpunkt liegt bei 1050 °C. Bismutgermanat ist der am häufigsten benutzte Szintillator auf Oxidbasis.

Es wird in Dektektoren der Teilchenphysik, der Weltraumphysik, der Nuklearmedizin (beispielsweise in PET-Scannern) und für geologische Exploration eingesetzt. Arrays von Bismutgermanat werden auch in der Gammapuls-Spektroskopie verwendet.

Bismutgermanat hat einen hohen elektrooptischen Koeffizienten, der den Einsatz in nichtlinearen Optiken (NLO) und den Bau von Pockels-Zellen ermöglicht. Cr⁴⁺-dotiert eignet sich dieses Material zudem für Laseranwendungen im nahen Infrarot^[4].

[Bearbeiten] Einzelnachweise

↑ Andrea Pfeifer, Dissertation: Chemischer Transport von Germanaten, 2001, S. 11
↑ B. Xu, J. Evans, V. Petricevic, S. P. Guo, O. Maksimov, M. C. Tamargo, R. R. Alfano, Appl. Opt., 2000, 39(27), 4975-8
↑ T. Kimura, M. Watanabe, S. Kobayashi, T. Sugita, K. (Mitsubishi Chemical Industries Co., Ltd., Japan). Japan. 1975, JP 50031199, 08. Okt. 1975, Appl. JP 69-67393, 26. Aug. 1969.
↑ D. Bravo, F. J. Lopez, Opt. Mater., 1999, 13(1), 141-5.