Tétrachlorure de germanium

Le tétrachlorure de germanium, ou chlorure de germanium(IV), est un composé chimique de formule GeCl₄. Il s'agit d'un liquide incolore dégageant, au contact de l'humidité de l'air, des fumées à l'odeur acide due à l'acide chlorhydrique qu'elles contiennent. La réaction au contact de l'eau est violente, et conduit à l'hydrolyse du composé. L'ammoniac NH₃ donne le diamine Ge(NH₃)₂, tandis que l'éthanolate de sodium NaOCH₂CH₃ donne l'ester orthoéthylique d'acide germanique Ge(OCH₂CH₃)₄.

GeCl₄ + 2 H₂O → GeO₂ + 4 HCl ;

GeCl₄ + 6 NH₃ → Ge(NH₃)₂ + 4 NH₄Cl ;

GeCl₄ + 4 NaOCH₂CH₃ → Ge(OCH₂CH₃)₄ + 4 NaCl.

Structure du tétrachlorure de germanium

Identification

Nom UICPA

tetrachlorogermane

Synonymes

Chlorure de germanium(IV)

N^o CAS

10038-98-9

N^o ECHA

100.030.093

N^o CE

233-116-7

LY5225000

Apparence

liquide incolore à forte odeur acide

Propriétés chimiques

Formule

GeCl₄

Masse molaire[1]

214,45 ± 0,02 g/mol
Cl 66,13 %, Ge 33,86 %,

Propriétés physiques

T° fusion

−49,5 °C[2]

T° ébullition

83 °C[2]

Solubilité

Réagit violemment au contact de l'eau[2]

Masse volumique

1,88 g·cm^-3[2] à 25 °C

Précautions

SGH[2] - [3]

Danger

H314, H330, EUH014, P260, P280, P284, P310, P305+P351+P338, P405 et P410+P412

Transport[2]

-
3390

Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Il intervient comme intermédiaire dans la production du germanium métallique purifié. Son utilisation s'est sensiblement accrue depuis le début du siècle en raison de son utilisation comme réactif dans la fabrication des fibres optiques.

Production

La majeure partie de la production industrielle du germanium provient du traitement des poussières des fonderies de minerais de zinc et de cuivre, bien qu'une source importante se trouve également dans les cendres provenant de la combustion de certains types de charbon appelés vitrain (en). Le tétrachlorure de germanium est un intermédiaire de la purification du germanium métallique et de son oxyde, le dioxyde de germanium GeO₂.

Le tétrachlorure de germanium peut être produit directement à partir du GeO₂ par dissolution de l'oxyde dans l'acide chlorhydrique HCl concentré. Le mélange qui en résulte est traité par distillation fractionnée pour purifier et séparer le tétrachlorure de germanium GeCl₄ des autres produits et impuretés. Le GeCl₄ peut être hydrolysé à son tour avec de l'eau distillée et désionisée (ddH₂O) pour produire du GeO₂ pur, qui est ensuite réduit sous hydrogène H₂ pour produire du germanium métallique.

La production de GeO₂ dépend cependant de la forme oxydée du germanium extraite du minerai. Les minerais de sulfure de cuivre-plomb et de sulfure de zinc ZnS produisent du disulfure de germanium GeS₂, qui est ensuite oxydé en GeO₂ avec un oxydant tel que le chlorate de sodium NaClO₃. Les minerais de zinc sont grillés et frittés et peuvent produire le GeO₂ directement. L'oxyde est ensuite traité comme indiqué précédemment.

Au laboratoire, on prépare le tétrachlorure de germanium en faisant réagir du dioxyde de germanium pur avec de l'acide chlorhydrique concentré :

4 HCl_(aq) + GeO_{2 (s)}

\rightleftharpoons

GeCl_{4 (aq)} + 2 H₂O_(l).

Applications

Le tétrachlorure de germanium est utilisé presque uniquement comme intermédiaire de plusieurs procédés produisant des matériaux optiques. Le GeCl₄ peut être directement hydrolysé en dioxyde de germanium GeO₂, un matériau qui présente plusieurs propriétés intéressantes.

Au cours de la fabrication de fibres optiques, le tétrachlorure de silicium SiCl₄ et le tétrachlorure de germanium GeCl₄ sont introduits avec de l'oxygène O₂ dans une préforme en verre creux qui est soigneusement chauffée pour permettre l'oxydation des réactifs en leurs oxydes respectifs et la formation d'un mélange de verres. Le GeO₂ présente un indice de réfraction élevé, ce qui permet de définir précisément l'indice de réfraction global de la fibre en modulant précisément le débit de GeCl₄.

Notes et références

Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
Fiche Sigma-Aldrich du composé Germanium(IV) chloride 99.999% trace metals basis, consultée le 23 mars 2018.
« Fiche du composé Germanium(IV) chloride, 99.9999% (metals basis) », sur Alfa Aesar (consulté le 23 mars 2018).

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