Chlorine-free germanium processing
ক্লোরিন-মুক্ত জার্মেনিয়াম প্রক্রিয়াকরণ হল জার্মেনিয়াম সক্রিয়করণের পদ্ধতি যা প্রচলিত কৃত্রিম পথের তুলনায় আরও বেশি শক্তি দক্ষ এবং পরিবেশ বান্ধব উপায়ে দরকারী জার্মেনিয়াম অগ্রদূত গঠন করে। জার্মেনিয়াম টেট্রাক্লোরাইড অনেক জার্মেনিয়াম কমপ্লেক্সের সংশ্লেষণের জন্য একটি মূল্যবান মধ্যবর্তী। এর স্বাভাবিক সংশ্লেষণে হাইড্রোজেন ক্লোরাইডের সাথে জার্মেনিয়াম অক্সাইড, জি. ও. 2-এর শক্তি-নিবিড় নির্জলীকরণ জড়িত, এইচ. সি. এল-এর সাথে অ-পুনর্ব্যবহারযোগ্য, উচ্চ শক্তির প্রতিক্রিয়াগুলির পরিবেশগত এবং সুরক্ষার প্রভাবের কারণে, ক্লোরিন ছাড়া একটি বালুচর-স্থিতিশীল জার্মেনিয়াম মধ্যবর্তী অগ্রদূতের বিকল্প সংশ্লেষণ আগ্রহের বিষয়। 2017 সালে, ক্লোরাইড প্রজাতি ব্যবহার না করে অর্গানোজার্মেনস, জিইআর4-এর একটি সংশ্লেষণ রিপোর্ট করা হয়েছিল, যা জিইও2, জিই (0) ব্যবহার করে অনেক বেশি পরিবেশ বান্ধব এবং কম শক্তি সংশ্লেষণের অনুমতি দেয় এবং এমনকি জিঙ্ক অক্সাইডের (জেডএনও) উপস্থিতিতে জার্মেনিয়ামকে নির্বাচিতভাবে সক্রিয় করে, যার ফলে বেঞ্চ স্থিতিশীল এবং কঠিন পণ্য তৈরি হয়। অর্গানোজার্মেন্সের সংশ্লেষণ জার্মেনিয়াম ধাতুর গ্ল্যাভিনোভিচ এট আল-এর জারণ। অর্থো-কুইনন ব্যবহার করে অর্গানোজার্মেন সংশ্লেষিত হয়েছে, যা উভয়ই রেডক্স "নন-ইনোসেন্ট" এবং একটি সিউডো-হ্যালাইড হিসাবে কাজ করে, যার ফলে একটি বায়ু এবং আর্দ্রতা স্থিতিশীল বেইজ কঠিন হয়। নীচের পরিকল্পনার কথা উল্লেখ করে, যখন জিই (0), অর্থো-কুইনন এবং পাইরিডিন (সহায়ক লিগ্যান্ড হিসাবে কাজ করে) টলুইন এবং জলের 1:1 মিশ্রণে তরল সহায়তায় গ্রাইন্ডিংয়ের মাধ্যমে মিশ্রিত করা হয়েছিল, ফলস্বরূপ অর্গানোজার্মেন টলুইনে পুনরায় স্ফটিকায়িত হয়েছিল যার ফলে 88 শতাংশ ফলন হয়েছিল। এই বিক্রিয়ায়, কুইনন লিগ্যান্ডগুলির প্রতিটি দুই-ইলেকট্রন জারণের মধ্য দিয়ে যায়, যার ফলে জিই (0) জারণ হয়ে জিই (IV) হয়। এই বিক্রিয়াটি মিলিগ্রাম এবং গ্রাম উভয় স্কেলেই কাজ করে বলে দেখানো হয়েছিল, যা বাল্ক স্কেলে এর কার্যকারিতা প্রমাণ করে। জি. ই. ও. 2-এর নির্জলীকরণ অর্থো-কুইনোনের সাথে জার্মেনিয়াম ধাতুর জারণের মতো প্রায় অভিন্ন প্রতিক্রিয়া অনুসরণ করে, ক্যাটেকোল লিগ্যান্ডগুলির সাথে জি. ই. ও. 2-এর নির্জলীকরণের ফলে জারণ পণ্যের মতো একই পণ্য পাওয়া যায়, মিলিগ্রাম স্কেলে 74 শতাংশ এবং গ্রাম স্কেলে 84 শতাংশ। এই বিক্রিয়ার একমাত্র উপজাত হল জল, তাই এই বিশেষ পদ্ধতিটি বেশ লক্ষণীয়। এই প্রতিক্রিয়াগুলি অন্যান্য ধাতুগুলির জন্য স্বাভাবিক অক্সাইড পৃথকীকরণের বিকল্প প্রদান করতে পারে যা শক্তি নিবিড় এবং অন্যথায় অপচয়যোগ্য। ZnO থেকে শিল্পগতভাবে, জার্মেনিয়াম ZnO থেকে বের করা যেতে পারে, এতে প্রচুর পরিমাণে জি. ও. 2 থাকে। এইচসিএল ব্যবহার করে জিইসিএল4 এবং জেডএনসিএল2 উপজাতের মূল পণ্য উৎপাদন করা যেতে পারে। দস্তা উপজাত উচ্চ তাপমাত্রায় পাতন করা যেতে পারে, শুধুমাত্র জার্মেনিয়াম টেট্রাক্লোরাইড অবশিষ্ট থাকে। ক্লোরিন-মুক্ত জার্মেনিয়াম প্রক্রিয়াকরণের একটি নতুন পদ্ধতি জিঙ্ক অক্সাইড থেকে জার্মেনিয়াম উত্তোলনে কার্যকর প্রমাণিত হয়েছে, যা বর্তমানে শিল্পে নিযুক্ত এইচসিএল লিচিং এবং পাতন প্রক্রিয়াকে প্রতিস্থাপনের আশা দেয়। জি. ই. ও. 2 এবং জেড. এন. ও-এর 1ঃ1 এবং 1ঃ5 উভয় ভর অনুপাতে, জার্মেনিয়াম অক্সাইড ক্যাটেকলের সহজ সংযোজন দ্বারা নির্বাচিতভাবে সক্রিয় করা হয়েছিল এবং প্রতিক্রিয়াকে নির্জলীকরণ প্রতিক্রিয়ার মতো একই পরিস্থিতিতে চলতে দেওয়া হয়েছিল। প্রতিক্রিয়াহীন দস্তা অক্সাইড ডাইক্লোরোমিথেন দিয়ে ধুয়ে ফেলা যেতে পারে এবং বাইস (ক্যাটেকোলেট) জার্মেনিয়াম পণ্যটি সাইক্লোহেক্সেনে পুনরায় স্ফটিকায়িত করা যেতে পারে। প্রতিক্রিয়া পাত্রে দস্তা অক্সাইড উপস্থিত থাকা সত্ত্বেও, মধ্যবর্তী জার্মেনিয়াম পণ্যের ফলন উচ্চ থাকে, যা 64 এবং 66 শতাংশ। এই পদ্ধতির পাশাপাশি অন্যান্য হ্যালোজেন-মুক্ত জার্মেনিয়াম নিষ্কাশন পদ্ধতিগুলি হ্যালোজেন-মুক্ত জার্মেনিয়াম প্রক্রিয়াকরণের সম্ভাবনাকে ভবিষ্যতের সম্ভাবনা করে তোলে। অন্যান্য সহায়ক লিগ্যান্ড উপরে বর্ণিত জার্মেনিয়ামের যান্ত্রিক রাসায়নিক সক্রিয়করণ বিভিন্ন সহায়ক অ্যামাইন-ভিত্তিক লিগ্যান্ডের সাথে ব্যবহার করা যেতে পারে এবং উপরের সংশ্লেষণে ব্যবহৃত পাইরিডিন নয়। এন-মিথাইল ইমিডাজোলের মতো ইউনি-ডেন্টেট লিগ্যান্ডগুলি একটি ট্রান্স-ডিসপোজড অক্টা-হেড্রাল জার্মেনিয়াম পণ্য তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে, যা ক্যাটেকোল এবং অর্থো-কুইনোনের উভয় কমপ্লেক্সের আইসোস্ট্রাকচারাল যা পাইরিডিন ধারণ করে। যাইহোক, চিলেটিং লিগ্যান্ডগুলি একে অপরের সাথে নাইট্রোজেন সিস দিয়ে পণ্য তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, একটি বিক্রিয়ায় টেট্রামেথাইলথাইলেনডায়ামিনকে চিলেটিং বাই-ডেন্টেট ডায়ামাইন হিসাবে ব্যবহার করে অন্যান্য অষ্টতলকীয় বন্ধনস্থলে ক্যাটেকোল লিগ্যান্ডগুলির সাথে সিস-প্রোডাক্ট সরবরাহ করে। নাইট্রোজেনযুক্ত লিগ্যান্ডগুলি জৈবিকভাবে সক্রিয় হতে পারে যা খুব কম হ্রাস সম্ভাবনায় কাজ করে তা দেখানোর জন্য আরও গবেষণা করা হয়েছে। এটি সেই লিগ্যান্ডগুলির সাথে জার্মেনিয়াম কমপ্লেক্সগুলিকে সহজেই হ্রাসযোগ্য এবং অত্যন্ত নিউক্লিওফিলিক করে তোলে, যা প্রতিস্থাপন এবং সক্রিয়করণকে আরও সহজ করে তোলে। প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়া টেট্রাঅর্গানোজার্মেনস অভিকর্মক এবং পণ্য গঠনের বিকল্প উপরোক্ত পদ্ধতি দ্বারা প্রস্তুত মধ্যস্থতাকারীরা সহজেই নিউক্লিওফাইলের সাথে প্রতিস্থাপন বিক্রিয়ার মধ্য দিয়ে টেট্রাঅর্গানোজার্মেনস, জিইআর4 গঠন করতে সক্ষম, যার মধ্যে রয়েছে জিইএইচ4, জার্মেন। অপটিক্যাল এবং বৈদ্যুতিন যন্ত্র তৈরির ক্ষেত্রে জার্মান একটি মূল উপাদান। এই প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়াগুলি মূল ক্যাটেকোল লিগ্যান্ডকে ফিরিয়ে দেয়, যা এই জার্মেনিয়াম সক্রিয়করণ প্রক্রিয়াটিকে সহজেই পুনর্ব্যবহারযোগ্য করে তোলে। টেট্রাহাইড্রোফুরানে 20টি সমতুল্য অ্যালকাইল বা অ্যারিল গ্রিগনার্ড বিকারক, বিস (ক্যাটেকোলেট) কমপ্লেক্সের সাথে মিলিত হলে টি. এইচ. এফ-এ বিকারকগুলির একটি সমজাতীয় দ্রবণ তৈরি হয়। 24 ঘন্টার জন্য এই দ্রবণটি রিফ্লাক্স করলে একাধিক বিকারক জুড়ে তুলনামূলকভাবে উচ্চ ফলন পাওয়া যায় গ্রিগনার্ড পণ্য অর্গানোজার্মেন। নীচের চিত্রটি গ্লাভিনোভিচ এবং অন্যান্যদের দ্বারা ব্যবহৃত বিভিন্ন বিকারক দেখায়, যা প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়ার কার্যকারিতা দেখায়। প্রস্তাবিত প্রক্রিয়া উপরে বর্ণিত প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়াটি এমন একটি পদ্ধতির মাধ্যমে প্রক্রিয়া করা হয় বলে মনে করা হয় যেখানে প্রতিক্রিয়া চলাকালীন জটিলের স্টেরিক স্ট্রেন ধীরে ধীরে হ্রাস পায়। প্রথম গ্রিগনার্ড বিকারকটি সবচেয়ে স্টেরিক্যালি বাধাপ্রাপ্ত অক্সিজেন অবস্থানকে প্রতিস্থাপন করে, যেখানে ক্যাটেকোল লিগ্যান্ডের টি-বিউটাইল গ্রুপটি অক্সিজেনের আলফা হয়। দ্বিতীয় গ্রিগনার্ড বিকারকটি এখন ইউনি-ডেন্টেট ক্যাটেকোল-গ্রিগনার্ড অ্যাডাকটকে প্রতিস্থাপন করে, লিগ্যান্ডটি সরিয়ে দেয় এবং ফলস্বরূপ দুটি সম্পূর্ণ প্রতিস্থাপন করে। নীচের পরিকল্পনার কথা উল্লেখ করে, গ্রিগনার্ড বিকারক-এর অতিরিক্ত সমতুল্য দিয়ে মধ্যবর্তী 2-কে ব্যবহার করলে 2-এর হারের তুলনায় দ্রুত হারে 3 এবং বিকারক-এর সমতুল্য দুটি দিয়ে 3-কে ব্যবহার করলে আরও দ্রুত 4-এর ফলন পাওয়া যায়। এটি জিইসিএল4-এর প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়াগুলির থেকে একেবারেই আলাদা, যেখানে কার্বন এবং ক্লোরাইডের লিগ্যান্ড বিনিময়ের অগ্রগতির সাথে সাথে বিক্রিয়া চলাকালীন জার্মেনিয়াম কেন্দ্রটি আরও স্টেরিকভাবে বাধাগ্রস্ত হয়, যা প্রতিস্থাপনকে আরও কঠিন করে তোলে। প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়ার স্টেরিওকেমিক্যাল সিলেক্টিভিটি সহায়ক অ্যামাইন লিগ্যান্ডের পরিচয় দ্বারা আরও প্রয়োগ করা হয়। ট্রাইইথাইলামাইনের মতো আরও স্টেরিক্যালি এনকাম্বার্ড অ্যামাইন লিগ্যান্ড ব্যবহার করে, ডাইবুটাইল-জার্মেন-η2-ক্যাটেকোলেট এবং ট্রাইব্যুটাইলজার্মাইল-η1-ক্যাটেকোলেটের একটি 1.67:1 মিশ্রণ বি. ইউ. এম. জি. সি. এল-এর দুটি সমতুল্য প্রতিস্থাপনের পরে উত্পাদিত হয়। এটি প্রতিস্থাপন প্রতিক্রিয়ার পণ্যের উপর স্টেরিক এনকম্ব্রেন্সের প্রভাব প্রমাণ করে কারণ ফলস্বরূপ ট্রাই-প্রতিস্থাপিত পণ্যটিতে ক্যাটেকোলেটের সাথে আবদ্ধ থাকা সবচেয়ে কম স্টেরিকভাবে আবদ্ধ অক্সিজেন থাকে। এই প্রতিক্রিয়া পথটি আরও স্টেরিও জটিল এবং কার্যকরী জার্মেনিয়াম কমপ্লেক্সের জন্য নতুন সিন্থেটিক পথের অনুমতি দিতে পারে। অত্যন্ত উদ্বায়ী এবং বিষাক্ত হওয়া সত্ত্বেও, জার্মেন, জিইএইচ4, অপটোইলেক্ট্রনিক্সের ক্ষেত্রে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ এবং জার্মেনিয়ামের পাতলা ফিল্ম গঠনের জন্য বাষ্প নিক্ষেপণের জন্য একটি ভাল প্রার্থী। যাইহোক, জার্মানকে এইভাবে ব্যবহার করার জন্য অবশ্যই অত্যন্ত বিশুদ্ধ হতে হবে এবং জার্মানকে প্রস্তুত ও শুদ্ধ করার জন্য পদ্ধতিগুলি বিকাশের জন্য অনেক গবেষণা করা হয়েছে। ডাইবুটাইল ইথারের বাইস (ক্যাটেকোলেট) জার্মেনিয়াম এবং লিথিয়াম অ্যালুমিনিয়াম হাইড্রাইড (এলআইএইচ4) ব্যবহার করে আর্গনকে বাহক গ্যাস হিসাবে ব্যবহার করে, প্রতিস্থাপন বিক্রিয়াটি আর্ বাহক গ্যাসে উচ্চ বিশুদ্ধতা জার্মেন উৎপন্ন করে যা উদ্বায়ী জিই উপজাতগুলির কোনও বিবর্তন নেই। জার্মান উৎপাদনের জন্য এই প্রতিক্রিয়া পথের জন্য কোনও পোস্টসিন্থেটিক প্রক্রিয়াকরণ বা পরিশোধন প্রয়োজন হয় না, যা এটিকে বর্তমান পদ্ধতির চেয়ে বেশি সুবিধাজনক বলে প্রমাণ করে। তথ্যসূত্র রাসায়নিক প্রক্রিয়া