ゲルマン (化合物)

ゲルマン：特性、製造、用途、および毒性

ゲルマン、別名[水]]素化ゲルマニウム]は、[メタン]の[ゲルマニウムアナログであり、最も単純なゲルマニウムの水素化物です。その構造はメタンと同様に四面体形をとる無色の気体で、特有の刺激臭を持ちます。空気中では2.645倍の密度を持ち、280℃から徐々に、375℃で急速にゲルマニウムと水素に分解する熱不安定性を示します。発火点は約150℃と比較的高いですが、可燃性であるため取り扱いには注意が必要です。燃焼時には有毒な二酸化[[ゲルマニウム]を生成します。

ゲルマンの発見と合成

ゲルマンは、木星の大気中から発見されました。工業的な合成法はいくつか存在し、大きく分けて化学還元法、電気化学的還元法、プラズマ法の3つに分類されます。

化学還元法では、還元剤を用いて金属ゲルマニウム、四塩化ゲルマニウム、二酸化ゲルマニウムなどのゲルマニウム化合物を還元します。水溶液または有機溶媒中で反応が行われ、実験室規模では4価のゲルマニウム化合物を水素化物試薬で還元することで合成されます。代表的な例として、メタゲルマニウム酸ナトリウムと水素化ホウ素ナトリウムの反応があります。この反応は、水溶液中で以下のように進行します。


Na₂GeO₃ + NaBH₄ + 2H₂O → GeH₄ + 2NaOH + NaBO₂


電気化学的還元法は、電解質水溶液中で金属ゲルマニウム陰極と、モリブデンやカドミウムなどの金属陽極を用いて電気分解を行う方法です。この方法では、陰極でゲルマンと水素ガスが生成します。プラズマ法は、高周波プラズマを用いて金属ゲルマニウムに水素原子を衝突させ、ゲルマンやジゲルマンを生成する方法です。

米国特許第4668502号では、二酸化ゲルマニウムと水素化ホウ素ナトリウムの反応によるゲルマン製造プロセスが報告されています。

ゲルマンの反応と性質

液体アンモニア中では、ゲルマンはNH₄⁺とGeH₃⁻に電離します。アルカリ金属とゲルマンの液体アンモニア溶液を反応させると、白色の結晶性固体MGeH₃が得られます(Mはアルカリ金属)。カリウム塩とルビジウム塩は塩化ナトリウム型構造、セシウム塩は歪んだ塩化ナトリウム型構造をとることが知られています。

半導体産業における利用

ゲルマンは約600Kで[ゲルマニウム]]と水素に分解するという特性から、半導体産業において有機金属気相成長法]や化学ビームエピタキシー法(CBE)による[[ゲルマニウムのエピタキシャル成長に利用されます。近年では、毒性の観点から、イソブチルゲルマンなどの有機ゲルマニウム前駆体が、より安全な代替物質として検討されています。

ゲルマンの毒性

ゲルマンはアルシンやスチビンと同様に溶血毒性を持ち、動物実験ではヘモグロビン尿を引き起こすことが確認されています。そのため、日本では毒物及び劇物取締法により医薬用外劇物に指定されています。取り扱いには細心の注意が必要です。

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