Un germà és un hidrur de germani, un compost químic constituït per molècules que contenen àtoms de germani Ge i d'hidrogen H. Presenten una fórmula general Ge_{n}H_{2n + 2} amb . L'estructura de les seves molècules es basa en cadenes d'àtoms de germani enllaçats linealment mitjançant enllaços covalents sigma Ge-Ge. A partir de quatre àtoms de germani les cadenes poden estar ramificades, per tant, hi ha isòmers de cadena. Són composts similars als silans pel que fa a les seves propietats físiques i químiques. Els germans són menys volàtils i inflamables que els silans i són una mica menys reactius amb els àlcalis.

Història El primer hidrur de germani fou obtingut el 1902 per E. Voegelen en fer reaccionar zinc amb tetraclorur de germani GeCl4 en presència d'àcid sulfúric. Voegelen treballà amb petites quantitats i no obtingué l'hidrur en estat pur, sinó que es limità a determinar la composició de l'hidrur existent en una barreja diluïda amb hidrogen a partir del qual pogué separar l'hidrur. Feu reaccionar l'hidrur de germani amb una sal d'argent, precipitant així germanur d'argent Ag4Ge, i la mescla també es passà sobre sofre finament dividit, convertint així l'hidrur en sulfur. L'anàlisi d'aquests dos productes suggerí la fórmula GeH4, el germà.

El 1909 John H. Müller i Nicol H. Smith, de la Universitat de Pennsilvània, informaren sobre l'ús del test de Marsh per detectar germani; en el curs del seu estudi també investigaren mètodes per preparar l'hidrur. No aïllaren l'hidrur pur sinó que feren feina amb mescles d'hidrur en hidrogen. El 1922 l'austríac Friedrich Paneth (1887–1958) i Schenk, independentment, prepararen petites quantitats de germà tractant un aliatge de germani i zinc o de germani i magnesi amb un àcid. Ambdós investigadors comprovaren experimentalment que la composició del gas era GeH4 i Schenk també determinà valors de –165 °C per al punt de congelació i –126 °C pel punt d'ebullició.

A la Universitat de Cornell, Louis Munroe Dennis (1863–1936), Robert B. Corey (1897–1971) i Roy W. Moore estudiaren mètodes per preparar hidrurs de germani i finalment adoptaren un mètode semblant al que utilitza l'alemany Alfred Stock (1876–1946) per a la preparació dels hidrurs de silici. Aquest procediment consisteix en el tractament del germanur de magnesi amb un àcid. L'aplicació d'aquesta tècnica permet sintetitzar germà GeH4, digermà Ge2H6 i trigermà Ge3H8 que es van aïllar i identificar per primera vegada el 1924. El 1959 E. Amberger sintetitzà el tetragermà Ge4H10 i el pentagermà Ge5H12.

Nomenclatura Existeix una nomenclatura sistemàtica per als germans. Cada nom dels germans consisteix en el nom «germà» precedida per un prefix numèric (di-, tri-, tetra-, etc.) corresponent al nombre d'àtoms de germani en la molècula. Així Ge2H6 s'anomena digermà, Ge3H8 és el trigermà, etc. No existeix prefix per a un, GeH4 és simplement germà. Els germans també poden ser anomenats com qualsevol altre compost inorgànic, així el germà es pot anomenar també tetrahidrur de germani.

S'han caracteritzat germans fins al nonagermà Ge9H20 amb isòmers de cadena.

Estructura Els àtoms de germani presenten hibridació sp3, per la qual cosa poden formar quatre enllaços covalents simples (enllaços sigma) dirigits segons els vèrtexs d'un tetraedre, separats 109,5°, igual que els àtoms de carboni perquè són elements del mateix grup 14 de la taula periòdica. Les longituds dels enllaços amb els àtoms d'hidrogen creix amb el volum atòmic dels elements, que és proporcional al nombre màssic. L'enllaç Ge-H té una longitud de 152,5 pm, la de l'enllaç Si-H és de 148,0 pm i la del C-H només és de 108,7 pm. S'observa que a mesura que augmenta el volum atòmic s'incrementa la distància d'enllaç.

Els enllaços Ge-Ge són més febles que els Si-Si, i aquests més febles que els C-C. Les energies d'enllaç en kJ/mol són 263,6; 326,8 i 607,2, respectivament. Així la força de l'enllaç Ge-Ge és un poc inferior a la meitat de la força C-C. Pel que fa als enllaços amb els hidrògens, són un poc més febles els Ge-H que els Si-H i que els C-H, però la diferència és poc significativa. En kJ/mol són respectivament: 321,7; 299,2; 338,4.

Propietats miniatura|Model de bolles de la molècula de digermà. Els germans a temperatura ambient són gasos incolors o líquids volàtils i les seves propietats físiques i químiques són molt semblants a les dels silans. Els germans són tots menys volàtils que els silans corresponents i, potser sorprenentment, notablement menys reactius. Així, a diferència del silà SiH4 i l'estannà SnH4, hidrurs d'elements que pertanyen al mateix grup 14 de la taula periòdica, el germà GeH4 no s'encén en contacte amb l'aire i no es veu afectat per les dissolucions d'àcids o d'hidròxid de sodi aquós al 30%. Actua com un àcid front a l'amoníac NH3 líquid formant cations amoni NH4+ i anions germanat GeH3- i reacciona amb metalls alcalins en aquest dissolvent per donar sals MGeH_3.

Les sals MGeH_3, com el MSiH_3 corresponent, són de composts blancs i cristal·lins d'una utilitat sintètica considerable. L'anàlisi de difracció de raigs X mostra que KGeH3 i RbGeH3 tenen l'estructura de tipus NaCl, la qual cosa implica la rotació lliure de GeH3-, i CsGeH3 té l'estructura rara TlI. El radi iònic derivat de 229 pm emfatitza la similitud amb SiH3- (226 pm) i això es veu reforçat pels angles d'enllaç deduïts dels experiments de RMN de línia ampla: SiH3- 94 ± 4° semblant al del PH3 que és isoelectrònic, 93,5°; GeH3- 92,5 ± 4° comparat amb AsH3 isoelectrònic, 91,8°. +GermàPunt de fusió (°C)Punt d'ebullició (°C)Densitat (g/cm³ al punt de fusió)GeH4–164,8–88,11,52Ge2H6–109291,98Ge3H8–105,6110,52,20Ge4H10—176,9—Ge5H12—234— Els germans de major massa molecular presenten isomeria de cadena. Així el tetragermà Ge4H10 presenta dos isòmers GeH3GeH2GeH2GeH3 i (GeH3)2GeHGeH3; i el pentagermà Ge5H12 en té tres: (GeH3)2GeHGeH2GeH3, GeH3GeH2GeH2GeH2GeH3 i Ge(GeH3)4.

Preparació Abans el germà GeH4 se sintetitzava per la hidròlisi ineficient d'aliatges de Mg/Ge amb àcids aquosos, però ara es produeix generalment per la reacció de GeCl4 amb l'hidrur d'alumini i liti LiAlH4 en èter:

GeCl4 + LiAlH4 -> GeH4 + LiCl + AlCl3

o encara més convenientment per la reacció de diòxid de germani GeO2 amb solucions aquoses de NaBH4.

GeO2 + NaBH4 -> GeH4 + NaBO2

Els germans superiors es preparen per l'acció d'una descàrrega elèctrica sobre el germà GeH4. Els hidrurs barrejats com el SiH3GeH3 es poden preparar de manera similar fent circular una barreja de SiH4 i GeH4, però encara no s'han preparat hidrurs cíclics o insaturats.

Referències

Categoria:Germani Categoria:Hidrurs