Il germano, o tetraidruro di germanio, è il più semplice composto chimico binario del germanio tetravalente con l'idrogeno, avente formula molecolare GeH4. Questa è analoga a quella del metano (o tetraidruro di carbonio, CH4) e anche a quella del silano (o tetraidruro di silicio, SiH4), composti che sono tra loro isoelettronici di valenza e isostrutturali. Come già CH4 e SiH4, GeH4 è un gas incolore.

Nonostante tale somiglianza formale, dato che il germanio (χ = 2,01), come il silicio (1,90), è meno elettronegativo dell'idrogeno (2,20), in questo idruro l'atomo Ge è allo stato di ossidazione +4, mentre vale il rovescio per il carbonio (2,55), che nel metano è a −4.

Il tetraidruro di germanio è stato trovato nell'atmosfera di Giove.

Proprietà e struttura molecolare Il tetraidruro di germanio è un composto termodinamicamente instabile, la sua formazione dagli elementi è endotermica (ΔHƒ° = +91 kJ/mol) ed endoergonica (ΔGƒ° = +113 kJ/mol). In tal senso, la stabilità termodinamica ed anche la stabilità termica degli idruri degli elementi del gruppo del carbonio diminuisce nella serie: CH4 > SiH4 > GeH4 > SnH4 > PbH4; nella stessa sequenza aumenta il punto di ebollizione.

Il germano è un gas incolore, di odore pungente, decisamente sgradevole e tossico; è termicamente stabile fino a 285 °C. Pur essendo un gas piuttosto reattivo, lo è notevolmente meno del silano e in particolare è più resistente agli ossidanti, meno riducente e più stabile rispetto all'idrolisi. Infatti, a differenza di SiH4 e SnH4, in aria non si infiamma spontaneamente e non reagisce con soluzioni acquose di acidi o di idrossidi alcalini. In acqua è molto poco solubile (0,034 g/100 g) e poco più in solventi organici (0,084 g/100 g in tetraidrofurano a 10 °C).

Se innescato, brucia all'aria formando fumi bianchi di biossido di germanio (analogo alla silice) e vapor d'acqua.

Struttura molecolare e confronti La molecola è esattamente tetraedrica, simmetria molecolare Td, il che comporta che il suo momento dipolare sia nullo (molecola apolare). Tale struttura è in accordo sia con le indicazioni del modello VSEPR per una molecola del tipo AX4 come questa, che con un'ibridazione sp3 dell'atomo di germanio.

Il legame Ge−H è lungo 152,5 pm, apprezzabilmente più lungo di quello Si−H nel silano, pari a 148,06 pm, come atteso dal fatto che gli elettroni di valenza del germanio (4s2 4p2) sono su un guscio elettronico superiore a quelli del silicio (3s2 p2); in effetti, tale lunghezza è quasi uguale alla somma dei rispettivi raggi covalenti di Ge e H (120 + 31) pm = 151 pm.

Preparazione Il germano si può ottenere per riduzione con sodio tetraidroborato della germania (GeO2) in soluzione acquosa acetica; oppure per riduzione con litio tetraidroalluminato del tetracloruro di germanio:

GeCl4 + Li[AlH4]   →   GeH4 + Li[AlCl4]

oppure ancora per trattamento del germaniuro di magnesio con acido bromidrico:

Mg2Ge + 4 HBr   →   GeH4 + 2 MgBr2

Presenza in natura Del germano è stato individuato nell'atmosfera di Saturno e di Giove, per quest'ultimo grazie alle misurazioni della sonda Voyager 1, che ha anche individuato notevoli quantità di ammoniaca, metano, fosfina e acqua.

Uso industriale Il gas si decompone a ~600 °C in Ge elementare e idrogeno, questa caratteristica consente il suo uso per la crescita epitassiale del germanio purissimo, di grado semiconduttore.

Note

Voci correlate Fabbricazione dei dispositivi a semiconduttore Metano Silano Fosfina

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