Germanate

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.

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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.

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].

Bismutgermanat

Bismutgermanat (BGO) wird seit Anfang der 1970er Jahre in Szintillatoren hauptsächlich zur Messung von Gammastrahlung verwendet. Die kommerziell erhältlichen Kristalle werden mit Hilfe des Czochralski-Verfahrens gezogen.

Das Szintillationslicht von Bismutgermanat hat eine Wellenlänge im Bereich von 375-650 nm mit einem Maximum bei 480 nm. Pro MeV Energie des einfallenden Gammaquants entstehen etwa 8.500 Szintillations-Photonen, die Szintillationseffizienz ist also hoch. BGO ist sehr strahlenfest, so dass die Konversion von Gammaquanten bis zu einer Dosis von 5,10⁴ Gy recht linear verläuft. Es hat im Bereich zwischen 5-20 MeV eine gute Auflösung. Es ist mechanisch recht stabil und nicht hygroskopisch. Der lineare Schwächungskoeffizient µ bei der für die PET wichtigen Photonenenergie von 511 keV beträgt 0,96 cm^-1. Die Zeitkonstante für das Abklingen einer Szintillation beträgt 300 ns. BGO hat die höchste Sensitivität und mit 43% die höchste Photofraktion aller für die PET eingesetzten Szintillatoren ^[4]. Es ist der am häufigsten benutzte Szintillator auf Oxidbasis.

Es wird außer für die PET auch in Detektoren der Teilchenphysik, der Weltraumphysik, 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^[5].

Einzelnachweise

1. ↑ Andrea Pfeifer, Dissertation: Chemischer Transport von Germanaten, 2001, S. 11
2. ↑ B. Xu, J. Evans, V. Petricevic, S. P. Guo, O. Maksimov, M. C. Tamargo, R. R. Alfano, Appl. Opt., 2000, 39(27), 4975-8
3. ↑ 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.
4. ↑ Nuclear Medical Imaging Techniques and Challenges, William W. Moses Lawrence Berkeley National Laboratory Department of Functional Imaging February 9, 2005
5. ↑ D. Bravo, F. J. Lopez, Opt. Mater., 1999, 13(1), 141-5.