四塩化ゲルマニウム

四塩化ゲルマニウムは、無色で発煙性の液体であり、特有の刺激臭をもつ。高純度ゲルマニウム金属の製造における中間体として用いられる。近年は、ファイバーオプティクス製造用試薬としての用途により、GeCl4の使用量が大幅に増加している。

製造
商業的なゲルマニウムの多くは、亜鉛鉱および銅鉱の製錬所から得られる煙灰を処理して回収されるが、ビトレインと呼ばれる特定種の石炭を燃焼した灰も重要な供給源である。四塩化ゲルマニウムは、ゲルマニウム金属またはその酸化物であるGeO2の精製における中間体である。"Germanium" Mineral Commodity Profile, U.S. Geological Survey, 2005.

四塩化ゲルマニウムは、GeO2（二酸化ゲルマニウム）を濃塩酸に溶解することで直接生成できる。得られた混合物を分留し、他の生成物や不純物から四塩化ゲルマニウムを精製して分離する。"The Elements" C. R. Hammond, David R. Lide, ed. CRC Handbook of Chemistry and Physics, Edition 85 (CRC Press, Boca Raton, Florida) (2004) その後、GeCl4を脱イオン水で再加水分解して高純度GeO2を得て、これを水素雰囲気下で還元することでゲルマニウム金属が得られる。

ただし、GeO2の製造は鉱石から抽出された酸化状態のゲルマニウムに依存する。銅鉛硫化物鉱や亜鉛硫化物鉱はGeS2を生じ、これは塩素酸ナトリウムなどの酸化剤で酸化されてGeO2となる。亜鉛鉱は焙焼および焼結によってGeO2を直接生成することもでき、その後は上記と同様に処理される。

高温で塩素と金属ゲルマニウムを反応させる古典的な合成も可能である。 さらに、塩素を用いないゲルマニウムの活性化法も開発されており、ゲルマニウム前駆体をより低エネルギーかつ環境負荷を抑えて合成できる代替法として位置づけられている。

用途
四塩化ゲルマニウムは、ほぼ専ら光学関連プロセスの中間体として用いられる。GeCl4は直接加水分解してGeO2になり、GeO2は酸化物ガラスとして固有の性質と用途をもつ。これらは下記および関連項目で述べる。

光ファイバー
GeCl4の代表的な誘導体は二酸化ゲルマニウムである。光ファイバーの製造では、SiCl4と四塩化ゲルマニウム（GeCl4）を酸素とともに中空のガラスプリフォームへ導入し、試薬を慎重に加熱してそれぞれの酸化物へ酸化し、ガラス混合物を形成する。GeO2は屈折率が高いため、四塩化ゲルマニウムの流量を変えることで光ファイバー全体の屈折率を精密に制御できる。GeO2はガラスの質量比でおよそ4%である。

参照

関連項目
 ゲルマニウム
 光ファイバー
 赤外線

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