鍺、錫和鉛在元素周期(qi)表中(zhong)是同屬一族,后(hou)兩者早(zao)被古代(dai)人們發現并利用,而鍺長(chang)時期(qi)以來沒有被工(gong)業規(gui)模的(de)(de)(de)開(kai)采(cai)。這并不是由于(yu)鍺在地(di)殼(ke)中(zhong)的(de)(de)(de)含量少,而是因為它是地(di)殼(ke)中(zhong)最分散的(de)(de)(de)元素之一,含鍺的(de)(de)(de)礦(kuang)石(shi)是很(hen)少的(de)(de)(de)。
門捷列夫于1871年(nian)(nian)預言其存在,十四年(nian)(nian)后(hou)德(de)國化學(xue)家文克(ke)勒(le)于1885年(nian)(nian)在分(fen)(fen)析硫銀鍺(zang)(zang)礦(kuang)時發(fa)現了鍺(zang)(zang),后(hou)由(you)硫化鍺(zang)(zang)與氫共熱,制出了鍺(zang)(zang)。門捷列夫把它命名為類硅(gui)。1886年(nian)(nian),德(de)國弗萊貝格(Freiberg)礦(kuang)業學(xue)院(21世紀的(de)(de)TU Bergakademie Freiberg)分(fen)(fen)析化學(xue)教授文克(ke)勒(le)在分(fen)(fen)析夫賴(lai)堡附近發(fa)現的(de)(de)一種新的(de)(de)礦(kuang)石(shi)——argyrodite(輝銀鍺(zang)(zang)礦(kuang)4Ag2S·GeS2)的(de)(de)時候(hou),發(fa)現有一未(wei)知的(de)(de)新元(yuan)素并通過實驗驗證(zheng)了自己的(de)(de)推斷(duan),鍺(zang)(zang)元(yuan)素終于被(bei)發(fa)現。
從德國的拉丁名germania命(ming)名新元(yuan)素為germanium(鍺),以紀念發現(xian)鍺的文克勒的祖國,元(yuan)素符號定為Ge。鍺繼鎵和(he)鈧后被發現(xian),鞏固了(le)化學元(yuan)素周期系(xi)。
鍺(zang)(zang)在自然(ran)界分(fen)布(bu)很散很廣。銅礦(kuang)、鐵礦(kuang)、硫(liu)化礦(kuang)以至(zhi)巖石(shi),泥土和(he)泉(quan)水中(zhong)(zhong)(zhong)都含(han)(han)有(you)微量(liang)的鍺(zang)(zang)。鍺(zang)(zang)在地(di)殼中(zhong)(zhong)(zhong)的含(han)(han)量(liang)為(wei)一(yi)百萬(wan)分(fen)之七,比(bi)之于(yu)氧、硅等常見元(yuan)素(su)當(dang)然(ran)是少,但(dan)是,卻(que)比(bi)砷、鈾(you)、汞、碘、銀(yin)、金等元(yuan)素(su)都多。然(ran)而(er),鍺(zang)(zang)卻(que)非常分(fen)散,幾乎沒有(you)比(bi)較集中(zhong)(zhong)(zhong)的鍺(zang)(zang)礦(kuang),因此,被人們(men)稱為(wei)“稀散金屬”。已發現的鍺(zang)(zang)礦(kuang)有(you)硫(liu)銀(yin)鍺(zang)(zang)礦(kuang)(含(han)(han)鍺(zang)(zang)5~7%)、鍺(zang)(zang)石(shi)(含(han)(han)鍺(zang)(zang)10%),硫(liu)銅鐵鍺(zang)(zang)礦(kuang)(含(han)(han)鍺(zang)(zang)7%)。鍺(zang)(zang)礦(kuang)石(shi)的鍺(zang)(zang)含(han)(han)量(liang)量(liang)有(you)200ppm和(he)393ppm兩種(zhong),顏色為(wei)青灰色、紅花色兩種(zhong)。
鍺石塊規格
一般為(wei)1-3cm,2-4cm,3-5cm
鍺石顆粒
6-10目(mu)(mu),10-20目(mu)(mu),20-40目(mu)(mu),40-80目(mu)(mu)
鍺石粉規格
100目(mu)(mu),200目(mu)(mu),325目(mu)(mu),400目(mu)(mu),600目(mu)(mu),1250目(mu)(mu)
鍺石板材規格
10*10cm,15*15cm,20*20cm,30*30cm
鍺(zang)還常夾雜在許(xu)多鉛礦(kuang)、銅礦(kuang)、鐵(tie)礦(kuang)、銀礦(kuang)中,就連普(pu)通的(de)煤中,一(yi)般也(ye)(ye)含有(you)(you)十萬(wan)分(fen)之一(yi)左右的(de)鍺(zang),也(ye)(ye)就是(shi)說,一(yi)噸煤中平(ping)均就含有(you)(you)10克左右的(de)鍺(zang)。在普(pu)通的(de)泥土(tu)、巖石(shi)、甚至泉水中,也(ye)(ye)含有(you)(you)微量(liang)鍺(zang)。
基本信息
鍺(zang)粉末(mo)狀呈暗藍色,結晶(jing)狀,為銀(yin)白色脆(cui)金(jin)屬。化合價+2和+4。第一(yi)(yi)電離能7.899eV,是一(yi)(yi)種稀(xi)有(you)金(jin)屬,重要的半導(dao)體材(cai)料,不溶(rong)于水。
據X射線研(yan)究證明(ming),鍺(zang)晶體里的(de)原子排列(lie)與金剛(gang)(gang)石差不多,結(jie)構決定性能,所以鍺(zang)與金剛(gang)(gang)石一樣(yang)硬而且(qie)脆(cui)。
導電性
鍺(zang),就(jiu)其導電(dian)的(de)(de)(de)本領而(er)言,優于一般非金屬,劣于一般金屬,這在物理學上(shang)稱為“半導體(ti)”,對固(gu)體(ti)物理和固(gu)體(ti)電(dian)子(zi)學的(de)(de)(de)發展有(you)(you)重要作用。鍺(zang)有(you)(you)著良好的(de)(de)(de)半導體(ti)性質,如電(dian)子(zi)遷(qian)移率、空穴遷(qian)移率等(deng)等(deng)。鍺(zang)的(de)(de)(de)發展仍(reng)具有(you)(you)很(hen)大的(de)(de)(de)潛力。
鍺(zang)化(hua)學性質(zhi)穩定,常溫下不(bu)與空(kong)氣或水蒸(zheng)汽(qi)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong),但(dan)在600~700℃時,很快生成二氧化(hua)鍺(zang)。與鹽酸(suan)、稀(xi)硫酸(suan)不(bu)起(qi)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)。濃硫酸(suan)在加熱時,鍺(zang)會緩(huan)慢溶解(jie)。在硝酸(suan)、王(wang)水中,鍺(zang)易溶解(jie)。堿(jian)溶液與鍺(zang)的作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)很弱(ruo),但(dan)熔融的堿(jian)在空(kong)氣中,能使鍺(zang)迅速溶解(jie)。鍺(zang)與碳不(bu)起(qi)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong),所(suo)以在石墨(mo)坩堝中熔化(hua),不(bu)會被碳所(suo)污(wu)染。
鍺(zang)在(zai)元(yuan)素周期(qi)表上(shang)(shang)的(de)(de)位置正好(hao)夾(jia)在(zai)金屬(shu)與非金屬(shu)之(zhi)間,因(yin)此具有許多類(lei)似于(yu)非金屬(shu)的(de)(de)性(xing)(xing)質(zhi)(zhi),這在(zai)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)上(shang)(shang)稱為“亞金屬(shu)”,電子排布為[Ar]3d104s24p2。但它的(de)(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)性(xing)(xing)質(zhi)(zhi)類(lei)似于(yu)臨近族的(de)(de)元(yuan)素,尤其(qi)是(shi)(shi)砷(shen)和銻。化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)上(shang)(shang)或毒(du)物(wu)(wu)學(xue)(xue)上(shang)(shang)重要的(de)(de)鍺(zang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)(wu)很少(shao)。鍺(zang)的(de)(de)二氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu),一(yi)(yi)種(zhong)微溶于(yu)水的(de)(de)白色(se)粉末,形(xing)成鍺(zang)酸(suan),這類(lei)似于(yu)硅酸(suan)。四(si)氯化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)是(shi)(shi)一(yi)(yi)種(zhong)不(bu)穩定(ding)的(de)(de)液體,四(si)氟(fu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)是(shi)(shi)一(yi)(yi)種(zhong)氣體,它們很容易在(zai)水中(zhong)水解。氫化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(鍺(zang)烷)是(shi)(shi)一(yi)(yi)種(zhong)相對(dui)穩定(ding)的(de)(de)氣體。有機鍺(zang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)(wu),烷基可以替換個(ge)多個(ge)Ge原子,和錫(xi)、汞(gong)、砷(shen)等類(lei)似,但毒(du)性(xing)(xing)小的(de)(de)多。鍺(zang)元(yuan)素及(ji)其(qi)二氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)毒(du)性(xing)(xing)不(bu)強,四(si)鹵化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)是(shi)(shi)刺激性(xing)(xing)的(de)(de),氫化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)毒(du)性(xing)(xing)最強。鍺(zang)不(bu)溶于(yu)稀酸(suan)及(ji)堿(jian),但溶于(yu)濃硫酸(suan)。
鍺在(zai)室溫下是穩定的(de)(de),但也會生(sheng)成(cheng)GeO單層膜(mo)(mo),時間長了(le)會逐漸變成(cheng)GeO2單層膜(mo)(mo)。而當(dang)鍺的(de)(de)表面吸附了(le)水蒸(zheng)氣便破壞了(le)氧化(hua)膜(mo)(mo)的(de)(de)鈍化(hua)性質,而生(sheng)成(cheng)厚的(de)(de)氧化(hua)物。
鍺在較高溫(wen)度(du)下便氧(yang)(yang)化(hua)(hua),且伴隨有失重的(de)現象,原(yuan)因是生成(cheng)(cheng)了GeO,因其有較強的(de)揮(hui)發性(xing)。研(yan)究(jiu)者研(yan)究(jiu)了鍺表面氧(yang)(yang)化(hua)(hua)的(de)過程,先在600℃時用(yong)CO還原(yuan)鍺,以(yi)排除鍺表面的(de)結合氧(yang)(yang)或吸附氧(yang)(yang)。再在25~400℃,10kPa的(de)氧(yang)(yang)壓下氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鍺,僅1min即形成(cheng)(cheng)了第一氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層。當溫(wen)度(du)超過250℃很快(kuai)形成(cheng)(cheng)第二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層。再升高溫(wen)度(du),氧(yang)(yang)化(hua)(hua)速(su)度(du)顯著變(bian)慢(man)。在400℃氧(yang)(yang)化(hua)(hua)3h,形成(cheng)(cheng)厚度(du)為1.75nm的(de)GeO2膜(mo)。
鍺(zang)(zang)在不(bu)同(tong)溶(rong)(rong)劑(ji)中(zhong)(zhong)的腐蝕溶(rong)(rong)解(jie)(jie)行為不(bu)同(tong)。n型(xing)鍺(zang)(zang)的溶(rong)(rong)解(jie)(jie)電(dian)位(wei)比p型(xing)略正,所以在相同(tong)溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)前者的溶(rong)(rong)解(jie)(jie)速度較(jiao)快。鍺(zang)(zang)易溶(rong)(rong)于(yu)加氧化劑(ji)的熱(re)酸(suan)、熱(re)堿(jian)和H2O2中(zhong)(zhong)。難溶(rong)(rong)于(yu)稀硫酸(suan)、鹽酸(suan)和冷堿(jian)液(ye)。鍺(zang)(zang)在100℃的水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)是不(bu)溶(rong)(rong)的,而(er)在室溫下飽和氧的水(shui)(shui)中(zhong)(zhong),溶(rong)(rong)解(jie)(jie)速度接近1μg/(cm·h)。
H2O2對鍺的溶解
室溫(wen)下3%的(de)H2O2能緩(huan)慢地溶解(jie)(jie)塊(kuai)狀的(de)鍺,升(sheng)溫(wen)到(dao)90~100℃時(shi)溶解(jie)(jie)速(su)度(du)加快。n型鍺在100℃的(de)H2O2中的(de)溶解(jie)(jie)速(su)度(du)受(shou)H2O2濃度(du)的(de)影響。
(1)鍺(zang)被氧化為GeO,在表面形成單(dan)層GeO:Ge+H?O?══GeO
(2)進(jin)一步氧化為GeO2:GeO+H2O2=GeO2+H2O
(3)GeO2+H2O=H2GeO3
當溶(rong)液中有堿存在(zai)時,鍺酸與堿作用生(sheng)成(cheng)鍺酸鈉,而加(jia)速(su)鍺的溶(rong)解。H2GeO3+NaOH=Na2GeO3+2H2O
鍺(zang)在(zai)硫(liu)酸中的溶解
90℃時濃硫酸與(yu)塊(kuai)狀鍺有微量反(fan)應,歷(li)時一周鍺的損失(shi)量為1%。
鍺在硝(xiao)酸中(zhong)的溶解
濃硝酸能腐蝕塊狀鍺(zang)的(de)表面。鍺(zang)在硝酸中的(de)溶解速度受硝酸的(de)濃度、攪(jiao)拌速度、溫度等因素的(de)影響。
鍺與堿液的作用
氫氧(yang)化(hua)鈉和氫氧(yang)化(hua)鉀(jia)水溶液與鍺(zang)(zang)的作(zuo)用很慢,但(dan)是熔(rong)融的氫氧(yang)化(hua)鈉、氫氧(yang)化(hua)鉀(jia)、Na2CO3、Na2O2、NaB4O7能迅速地溶解各種形(xing)態的鍺(zang)(zang),生成堿(jian)金屬的鍺(zang)(zang)酸鹽。
鍺在某些(xie)鹽(yan)溶(rong)液(ye)中的溶(rong)解
鍺可溶(rong)于某些電解質(zhi)溶(rong)液,如硫酸鈉、鉀的(de)氯(lv)化物、硝酸鹽(yan)、氯(lv)化銫(se)、氯(lv)化鑭(lan)等(deng)。
與其他物(wu)質的(de)作(zuo)用(yong)
加熱時(shi)粉狀的鍺(zang)在(zai)氯和溴中能燃(ran)燒,生(sheng)產四(si)鹵(lu)化鍺(zang),加熱時(shi)干燥的HCl氣體能腐蝕鍺(zang)。
鍺(zang)(zang)最常出(chu)現(xian)的氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)態是+4,但是已(yi)知(zhi)它(ta)在不少化(hua)(hua)(hua)合(he)物中(zhong)的氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)態為+2。其他的氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)態則很罕見,例如化(hua)(hua)(hua)合(he)物Ge2Cl6中(zhong)為+3,在氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層表面測(ce)到(dao)的+3與+1氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)態。多種(zhong)含鍺(zang)(zang)的陰性簇離(li)子(zi)(zi)(津特耳離(li)子(zi)(zi))已(yi)經被制備出(chu)來,當(dang)中(zhong)包括(kuo)Ge4、Ge9、Ge9及[(Ge9)2],其中(zhong)一(yi)(yi)種(zhong)方法是在乙二胺(an)或穴醚的催化(hua)(hua)(hua)下,從置(zhi)于液(ye)態氨(an)的鍺(zang)(zang)與堿(jian)金屬合(he)金中(zhong)進(jin)行(xing)提取,這(zhe)些(xie)離(li)子(zi)(zi)中(zhong)鍺(zang)(zang)的氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)態并(bing)非整數——這(zhe)點(dian)跟(gen)臭(chou)氧(yang)(yang)根(gen)離(li)子(zi)(zi)中(zhong)的氧(yang)(yang)一(yi)(yi)樣。在250℃時,鍺(zang)(zang)會緩慢(man)地氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)成GeO2。
鍺(zang)(zang)(zang)共有兩(liang)種(zhong)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu):二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)和一(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)。焙燒(shao)二(er)硫化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(GeS2)后可得(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang),二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)是(shi)一(yi)種(zhong)白(bai)色的(de)粉末,微溶于(yu)水(shui),但與堿反(fan)應(ying)并生(sheng)(sheng)成鍺(zang)(zang)(zang)酸(suan)(suan)鹽(yan)。當二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)與鍺(zang)(zang)(zang)金屬發(fa)生(sheng)(sheng)高溫(wen)反(fan)應(ying)時,會生(sheng)(sheng)成一(yi)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang),熔點1115℃,密度4.25g/cm3,微溶于(yu)水(shui)。二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)GeO2,具有金剛(gang)石(shi)(shi)型(xing)的(de)四(si)方晶(jing)(jing)型(xing)和介穩的(de)α–石(shi)(shi)英型(xing)的(de)六(liu)方晶(jing)(jing)型(xing),熔點1086℃,密度6.24g/cm3,不(bu)溶于(yu)水(shui),二(er)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)在(zai)(zai)常(chang)溫(wen)或(huo)在(zai)(zai)加熱條件下都比較穩定(ding),難溶于(yu)酸(suan)(suan),易溶于(yu)強堿溶液(ye),生(sheng)(sheng)成鍺(zang)(zang)(zang)(IV)酸(suan)(suan)鹽(yan),它主要(yao)用于(yu)制造高折射率的(de)光學玻璃,也是(shi)制備金屬鍺(zang)(zang)(zang)的(de)原料(liao)。
GeS2+2O2 = GeO2+SO2
GeO2+Ge = 2GeO
GeO2+2NaOH = Na2GeO3+H2O
一氧(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)GeO,黑(hei)色針狀晶(jing)體(ti),700℃分(fen)解,不溶于(yu)水,易(yi)溶于(yu)酸和濃(nong)強堿溶液;在空氣(qi)中加熱(re)(re)易(yi)轉化(hua)(hua)成二氧(yang)化(hua)(hua)鍺(zang),隔絕(jue)空氣(qi)加熱(re)(re)易(yi)發生歧化(hua)(hua)反應(ying)。在加熱(re)(re)條件下,用氫氣(qi)或一氧(yang)化(hua)(hua)碳還(huan)原二氧(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)可(ke)制備一氧(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)。
GeO2+H2 = GeO+H2O
鍺(zang)(zang)(zang)還能(neng)與氧族元(yuan)素生成二(er)元(yuan)化(hua)(hua)(hua)合物(wu)(wu),例如二(er)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)、二(er)硒化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(GeSe2)、一(yi)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(GeS)、一(yi)硒化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(GeSe)及(ji)碲(di)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(GeTe)。把(ba)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)氫(qing)氣體通過含Ge(IV)的濃(nong)酸(suan)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)時,會(hui)生成白色沉淀物(wu)(wu),即二(er)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)。二(er)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)能(neng)很好地溶(rong)(rong)(rong)于水(shui)、苛性鈉(na)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)及(ji)堿(jian)金(jin)屬(shu)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中。但是,它不溶(rong)(rong)(rong)于帶酸(suan)性的水(shui)中,溫克(ke)勒就是因(yin)為這項性質(zhi)才發現了鍺(zang)(zang)(zang)。把(ba)二(er)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)置于氫(qing)氣流中加(jia)熱,會(hui)生成一(yi)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(GeS),它升(sheng)華(hua)后會(hui)形成一(yi)圈色暗(an)但具金(jin)屬(shu)光澤的薄層,它可溶(rong)(rong)(rong)于苛性鈉(na)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)(ye)中。把(ba)一(yi)硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)、堿(jian)金(jin)屬(shu)碳(tan)酸(suan)鹽與硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)一(yi)起加(jia)熱后,會(hui)生成一(yi)種鍺(zang)(zang)(zang)鹽化(hua)(hua)(hua)合物(wu)(wu),叫硫(liu)(liu)(liu)(liu)(liu)代鍺(zang)(zang)(zang)酸(suan)鹽。
Na4GeO4+4H2SO4→Ge(SO4)2+2Na2SO4+4H2O
Ge(SO4)2+2H2S→GeS2+2H2SO4
鍺共有四(si)(si)種已知的四(si)(si)鹵化(hua)物。在正常(chang)狀(zhuang)況下四(si)(si)碘化(hua)鍺(GeI4)為(wei)(wei)固體(ti)(ti)(ti),四(si)(si)氟(fu)化(hua)鍺(GeF4)為(wei)(wei)氣體(ti)(ti)(ti),其余兩(liang)種為(wei)(wei)揮(hui)發(fa)性(xing)液體(ti)(ti)(ti)。把鍺與氯氣一塊加熱,會得(de)到一種沸(fei)點(dian)為(wei)(wei)83.1℃的無(wu)色(se)發(fa)煙(yan)液體(ti)(ti)(ti),即四(si)(si)氯化(hua)鍺(GeCl4):無(wu)色(se)液體(ti)(ti)(ti),在濕(shi)空氣中因水(shui)解而產(chan)生(sheng)煙(yan)霧(wu),易揮(hui)發(fa),其熔點(dian)為(wei)(wei)-51.50℃,沸(fei)點(dian)為(wei)(wei)86.55℃,密度(du)為(wei)(wei)1.88g/cm3,溶于(yu)乙(yi)醇和乙(yi)醚,遇水(shui)發(fa)生(sheng)水(shui)解。
GeCl4+4H2O→Ge(OH)4+4HCl
鍺(zang)(zang)的(de)所有(you)四鹵(lu)(lu)化物(wu)都能(neng)很容易地被水解,生成含(han)水二氧化鍺(zang)(zang)。四氯化鍺(zang)(zang)用(yong)于制備(bei)有(you)機鍺(zang)(zang)化合物(wu)。跟四鹵(lu)(lu)化物(wu)相反的(de)是,全部四種(zhong)已知(zhi)的(de)二鹵(lu)(lu)化物(wu),皆為聚合固體。另外已知(zhi)的(de)鹵(lu)(lu)化物(wu)還(huan)包括(kuo)Ge2Cl6及(ji)GenCl2n+2。還(huan)有(you)一種(zhong)奇特(te)的(de)化合物(wu)Ge6Cl16,里面含(han)有(you)新(xin)戊烷結構(gou)的(de)Ge5Cl12。
溫克(ke)勒于(yu)1887年合(he)成出第一(yi)種有機(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)化(hua)合(he)物(organogermanium compound),四(si)氯化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)與二乙(yi)(yi)基(ji)鋅反(fan)應生成四(si)乙(yi)(yi)基(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(Ge(C2H5)4)。R4Ge型(xing)(其中R為(wei)烴基(ji))的(de)有機(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)烷,如四(si)甲(jia)(jia)基(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(Ge(CH3)4)及四(si)乙(yi)(yi)基(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang),是(shi)由最便宜(yi)的(de)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)前驅物四(si)氯化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)及甲(jia)(jia)基(ji)親核劑(ji)反(fan)應而成。有機(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)氫化(hua)物,如異丁基(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)烷((CH3)2CHCH2GeH3)的(de)危險性比較(jiao)低(di),因此半(ban)導體(ti)工業會用(yong)液體(ti)的(de)氫化(hua)物來取代氣(qi)體(ti)的(de)甲(jia)(jia)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)烷。有機(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)化(hua)合(he)物2-羧乙(yi)(yi)基(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)倍半(ban)氧烷(2-carboxyethylgermasesquioxane),于(yu)1970年被(bei)發現,曾經有一(yi)段時間被(bei)用(yong)作膳食補充(chong)劑(ji),當時認為(wei)它可能對腫瘤有療效。
甲鍺烷(wan)(wan)(GeH4)是一種結(jie)構(gou)與甲烷(wan)(wan)相近的(de)化合物(wu)。多(duo)(duo)鍺烷(wan)(wan)(即與烷(wan)(wan)相似的(de)鍺化合物(wu))的(de)化學(xue)式為(wei)GenH2n+2,現時仍沒有發(fa)現n大(da)于五的(de)多(duo)(duo)鍺烷(wan)(wan)。相對于硅烷(wan)(wan),鍺烷(wan)(wan)的(de)揮發(fa)性和(he)活性都較低。GeH4在液態氨中與堿金屬反應后(hou),會產(chan)生(sheng)白色的(de)MGeH3晶體(ti)(ti),當中含(han)有GeH3陰離子。含(han)一、二、三個鹵(lu)素原子的(de)氫鹵(lu)化鍺,皆為(wei)無色的(de)活性液體(ti)(ti)。
鍺(zang)的提取方法是首先將鍺(zang)的富(fu)集物用濃鹽(yan)(yan)酸(suan)氯(lv)化(hua)(hua),制(zhi)取四(si)氯(lv)化(hua)(hua)鍺(zang),再用鹽(yan)(yan)酸(suan)溶劑萃取法除(chu)去主(zhu)要的雜(za)質(zhi)砷,然后經石(shi)英塔兩次精(jing)餾提純(chun),再經高純(chun)鹽(yan)(yan)酸(suan)洗(xi)滌,可得到(dao)(dao)高純(chun)四(si)氯(lv)化(hua)(hua)鍺(zang),用高純(chun)水(shui)(shui)使(shi)四(si)氯(lv)化(hua)(hua)鍺(zang)水(shui)(shui)解,得到(dao)(dao)高純(chun)二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)。一些雜(za)質(zhi)會進入水(shui)(shui)解母(mu)液,所以(yi)水(shui)(shui)解過程也是提純(chun)過程。純(chun)二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)經烘干煅燒,在還(huan)原爐的石(shi)英管內用氫氣于650-680℃還(huan)原得到(dao)(dao)金(jin)屬鍺(zang)。半導體工業(ye)用的高純(chun)鍺(zang)(雜(za)質(zhi)少于1/1010)可以(yi)用區域熔煉(lian)技術獲得。
4HCl+GeO2→GeCl4+2H2O
GeCl4+(n+2)H2O→GeO2·nH2O+4HCl
GeO2+2H2→Ge+2H2O
鍺(zang)具備多(duo)方面的特(te)殊(shu)性質(zhi),在(zai)半導體(ti)、航空(kong)航天測控、核物理探測、光纖通訊(xun)、紅外(wai)光學(xue)、太(tai)陽能電池、化(hua)學(xue)催化(hua)劑、生物醫學(xue)等領域都有廣泛而(er)重要(yao)的應用(yong),是一種重要(yao)的戰(zhan)略資源。在(zai)電子工業中(zhong),在(zai)合金預處理中(zhong),在(zai)光學(xue)工業上(shang),還可以作為催化(hua)劑。
高(gao)純度(du)的鍺(zang)是半導體(ti)材料。從高(gao)純度(du)的氧(yang)化鍺(zang)還原,再經熔(rong)煉可提取而得。摻(chan)有微量特(te)定雜質的鍺(zang)單晶,可用于(yu)制各種晶體(ti)管、整流器及(ji)其他器件。鍺(zang)的化合物用于(yu)制造熒光板及(ji)各種高(gao)折光率(lv)的玻璃(li)。
鍺(zang)(zang)單晶可(ke)作晶體管(guan),是第一代晶體管(guan)材(cai)料(liao)(liao)。鍺(zang)(zang)材(cai)用(yong)于輻射(she)探測器及熱電材(cai)料(liao)(liao)。高純鍺(zang)(zang)單晶具有(you)高的折射(she)系(xi)數,對紅(hong)外線(xian)(xian)透明(ming),不(bu)透過可(ke)見光(guang)和紫(zi)(zi)外線(xian)(xian),可(ke)作專透紅(hong)外光(guang)的鍺(zang)(zang)窗、棱鏡(jing)(jing)或透鏡(jing)(jing)。20世(shi)紀初,鍺(zang)(zang)單質(zhi)曾(ceng)用(yong)于治療貧血,之后(hou)成(cheng)為(wei)最早(zao)應(ying)用(yong)的半導(dao)體元素。單質(zhi)鍺(zang)(zang)的折射(she)系(xi)數很高,只對紅(hong)外光(guang)透明(ming),而(er)對可(ke)見光(guang)和紫(zi)(zi)外光(guang)不(bu)透明(ming),所以紅(hong)外夜(ye)視儀等軍(jun)用(yong)觀(guan)察儀采用(yong)純鍺(zang)(zang)制作透鏡(jing)(jing)。鍺(zang)(zang)和鈮的化(hua)合物是超導(dao)材(cai)料(liao)(liao)。二氧(yang)化(hua)鍺(zang)(zang)是聚合反應(ying)的催化(hua)劑,含(han)二氧(yang)化(hua)鍺(zang)(zang)的玻璃有(you)較高的折射(she)率和色散性能(neng),可(ke)作廣角照相機和顯(xian)微(wei)鏡(jing)(jing)鏡(jing)(jing)頭,三氯化(hua)鍺(zang)(zang)還是新(xin)型光(guang)纖材(cai)料(liao)(liao)添加劑。
據(ju)數(shu)據(ju)顯(xian)示(shi),2013年來(lai)光纖通信行業的(de)發展(zhan)、紅(hong)外(wai)光學在(zai)軍用、民用領域的(de)應用不斷擴大,太(tai)陽能(neng)(neng)電池在(zai)空間的(de)使用,地(di)面(mian)聚光高效(xiao)率(lv)太(tai)陽能(neng)(neng)電站(zhan)推廣,全球對鍺的(de)需求量在(zai)持續穩(wen)定增長。
全球(qiu)光(guang)纖網絡市場尤其是(shi)北美和日本(ben)光(guang)纖市場的(de)復蘇拉動了(le)光(guang)纖市場的(de)快(kuai)速增(zeng)長(chang)。21世紀全球(qiu)光(guang)纖需求年增(zeng)長(chang)率已經(jing)達到(dao)了(le)20%。未來(lai)中國光(guang)纖到(dao)戶、3G建設及村(cun)通(tong)工程將拉動中國光(guang)纖用鍺(zang)需求快(kuai)速增(zeng)長(chang)。
鍺(zang)在紅(hong)(hong)外(wai)光(guang)學(xue)領域(yu)(yu)的(de)(de)(de)年需(xu)求量占鍺(zang)消(xiao)費量的(de)(de)(de)20-30%,鍺(zang)紅(hong)(hong)外(wai)光(guang)學(xue)器(qi)件主(zhu)要作(zuo)為(wei)紅(hong)(hong)外(wai)光(guang)學(xue)系統中(zhong)的(de)(de)(de)透鏡(jing)、棱(leng)鏡(jing)、窗口、濾光(guang)片等的(de)(de)(de)光(guang)學(xue)材料。紅(hong)(hong)外(wai)市場(chang)對(dui)(dui)鍺(zang)產(chan)品的(de)(de)(de)未來需(xu)求增長主(zhu)要體(ti)現于兩(liang)個方面:軍事裝備的(de)(de)(de)日益現代(dai)化帶動(dong)了對(dui)(dui)紅(hong)(hong)外(wai)產(chan)品的(de)(de)(de)需(xu)求和民用市場(chang)對(dui)(dui)紅(hong)(hong)外(wai)產(chan)品的(de)(de)(de)需(xu)求。太陽能電池用鍺(zang)占據鍺(zang)總消(xiao)耗量的(de)(de)(de)15%,太陽能電池領域(yu)(yu)對(dui)(dui)鍺(zang)系列產(chan)品的(de)(de)(de)未來需(xu)求增長主(zhu)要體(ti)現于兩(liang)個方面:航空(kong)航天領域(yu)(yu)及(ji)衛星市場(chang)快(kuai)速發展和地面光(guang)伏(fu)產(chan)業快(kuai)速增長。
從全球產(chan)量分布(bu)來看(kan),中國供給了世界71%的(de)鍺產(chan)品(pin),是(shi)全球最大(da)的(de)鍺生產(chan)國和出(chu)(chu)口國,這主要是(shi)由(you)于中國高附加(jia)值(zhi)深加(jia)工(gong)產(chan)品(pin)技術環(huan)節薄弱,導致內需相對有限,產(chan)品(pin)多以初(chu)加(jia)工(gong)產(chan)品(pin)出(chu)(chu)口為(wei)主。
但是在(zai)需求旺盛刺(ci)激下,中(zhong)(zhong)國鍺(zang)(zang)(zang)生(sheng)產技術(shu)能力提升(sheng)迅速(su),2010年以(yi)來中(zhong)(zhong)國企業已(yi)經能夠生(sheng)產光纖(xian)(xian)級、紅外(wai)級、太(tai)陽能級鍺(zang)(zang)(zang)系列產品。加之來政策推動力度(du)大,中(zhong)(zhong)國光纖(xian)(xian)領域鍺(zang)(zang)(zang)需求明顯增長。2013年PET催化(hua)劑用鍺(zang)(zang)(zang)約(yue)(yue)占25%,電子太(tai)陽能用鍺(zang)(zang)(zang)約(yue)(yue)占15%,紅外(wai)光學(xue)用鍺(zang)(zang)(zang)比重從(cong)42%降至25%,而光纖(xian)(xian)通(tong)訊(xun)約(yue)(yue)占鍺(zang)(zang)(zang)消費30%左右的市場份額(e)。2011年中(zhong)(zhong)國鍺(zang)(zang)(zang)消費量為45金屬(shu)噸(dun),2012年鍺(zang)(zang)(zang)消費量為50金屬(shu)噸(dun),同比增長11.11%;2013年鍺(zang)(zang)(zang)消費量為59金屬(shu)噸(dun),同比增長18.00%。
活化生(sheng)物電流,促(cu)進血(xue)液(ye)循環,改善及預防身(shen)體的不(bu)適感。
保護紅(hong)血(xue)球,抵抗外來射線的(de)襲(xi)擊,使之不受損害。
代(dai)謝、免疫力(li)恢復并(bing)提(ti)高(gao)身體的(de)自然治愈力(li)。
抗腫(zhong)瘤(liu),抗炎癥,抗病毒(du)。
早在1922年,美國(guo)的(de)醫(yi)生(sheng)就懂(dong)得用(yong)無機(ji)鍺來治(zhi)療(liao)(liao)貧(pin)血(xue)。無機(ji)鍺還被用(yong)于其他治(zhi)療(liao)(liao),但療(liao)(liao)效存疑。它(ta)對癌癥的(de)療(liao)(liao)效已經被討論過(guo)。美國(guo)食品藥品監督(du)管理局的(de)研究結論為,當鍺被用(yong)作膳食補(bu)充劑時“有(you)可能(neng)危害人體(ti)健康(kang)”。
一般認為鍺(zang)(zang)對動植物的健康并不重(zhong)要。然而它(ta)的一些化(hua)合物能危害人(ren)體健康。例如,四氯化(hua)鍺(zang)(zang)及(ji)甲鍺(zang)(zang)烷(wan),分別為液體及(ji)氣體,能對眼(yan)睛(jing)、皮膚、肺部及(ji)喉嚨造成很大的刺(ci)激。由于鍺(zang)(zang)在(zai)礦石與碳質(carbonaceous)材料(liao)中是一種稀有元素,加上在(zai)商業(ye)應用中使用的量也不算多(duo),所以它(ta)對自然并沒有什么影響(xiang)。
鍺(zang)(zang)(zang)(zang)中(zhong)毒屬低毒,動物吸入(ru)(ru)大量金屬鍺(zang)(zang)(zang)(zang)和氧化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)后可致(zhi)肺(fei)部(bu)炎性損害,吸入(ru)(ru)四氯(lv)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)和四氟化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)對呼吸道黏膜有強(qiang)烈刺激(ji)作用,四氯(lv)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)還可引起肝腎損害,鍺(zang)(zang)(zang)(zang)化(hua)氫(qing)(qing),包(bao)括鍺(zang)(zang)(zang)(zang)甲(jia)烷(GeH4)、鍺(zang)(zang)(zang)(zang)乙烷(Ge2H6)和鍺(zang)(zang)(zang)(zang)丙烷(Ge3H8)有類似砷化(hua)氫(qing)(qing)、銻化(hua)氫(qing)(qing)的(de)溶血作用。
應(ying)貯存(cun)在陰涼、通風、干燥、清(qing)潔(jie)、無化學藥品(pin)(pin)腐蝕氣氛的庫房內(nei)。防(fang)潮。不可與(yu)酸、堿類(lei)產(chan)品(pin)(pin)共貯混運。在運輸過程中(zhong)要防(fang)雨淋、防(fang)震(zhen)。裝卸時要小心輕放,防(fang)止碰撞和滾(gun)動,防(fang)止機械損(sun)傷。