鍺(zang)(zang)、錫和鉛在元(yuan)素(su)周期(qi)表中是(shi)(shi)同(tong)屬一族(zu),后兩者早被古代人(ren)們(men)發(fa)現(xian)并(bing)利用,而鍺(zang)(zang)長(chang)時期(qi)以來沒(mei)有被工(gong)業規模的(de)(de)(de)開(kai)采。這并(bing)不是(shi)(shi)由于鍺(zang)(zang)在地殼中的(de)(de)(de)含量(liang)少(shao),而是(shi)(shi)因為它是(shi)(shi)地殼中最分散(san)的(de)(de)(de)元(yuan)素(su)之一,含鍺(zang)(zang)的(de)(de)(de)礦石是(shi)(shi)很少(shao)的(de)(de)(de)。
門捷列(lie)(lie)夫(fu)(fu)于1871年(nian)預言其存在(zai),十四年(nian)后(hou)德(de)國化學(xue)家文克勒于1885年(nian)在(zai)分析硫(liu)銀(yin)鍺(zang)礦(kuang)時發(fa)現(xian)了鍺(zang),后(hou)由硫(liu)化鍺(zang)與氫共熱,制出了鍺(zang)。門捷列(lie)(lie)夫(fu)(fu)把它命名為(wei)類硅。1886年(nian),德(de)國弗萊貝格(Freiberg)礦(kuang)業學(xue)院(21世紀(ji)的(de)TU Bergakademie Freiberg)分析化學(xue)教授文克勒在(zai)分析夫(fu)(fu)賴堡附近發(fa)現(xian)的(de)一種(zhong)新的(de)礦(kuang)石——argyrodite(輝(hui)銀(yin)鍺(zang)礦(kuang)4Ag2S·GeS2)的(de)時候,發(fa)現(xian)有一未(wei)知的(de)新元素并通(tong)過(guo)實驗驗證(zheng)了自己的(de)推斷(duan),鍺(zang)元素終于被發(fa)現(xian)。
從(cong)德國的拉丁(ding)名germania命名新(xin)元素(su)為germanium(鍺),以紀念(nian)發(fa)現(xian)鍺的文克勒(le)的祖國,元素(su)符號定為Ge。鍺繼鎵和鈧后被發(fa)現(xian),鞏固了化學元素(su)周期(qi)系(xi)。
鍺(zang)(zang)(zang)(zang)在(zai)自然界分布很散(san)(san)很廣(guang)。銅礦、鐵礦、硫化礦以至巖石(shi)(shi)(shi),泥土和(he)泉(quan)水中(zhong)(zhong)都含(han)有(you)(you)微量(liang)的(de)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)。鍺(zang)(zang)(zang)(zang)在(zai)地殼(ke)中(zhong)(zhong)的(de)含(han)量(liang)為一(yi)百萬分之七,比(bi)之于氧、硅等常見(jian)元(yuan)素當(dang)然是(shi)少,但是(shi),卻(que)(que)比(bi)砷、鈾(you)、汞(gong)、碘、銀、金(jin)等元(yuan)素都多(duo)。然而(er),鍺(zang)(zang)(zang)(zang)卻(que)(que)非常分散(san)(san),幾乎沒有(you)(you)比(bi)較(jiao)集中(zhong)(zhong)的(de)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)礦,因此,被人(ren)們稱為“稀散(san)(san)金(jin)屬”。已(yi)發(fa)現的(de)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)礦有(you)(you)硫銀鍺(zang)(zang)(zang)(zang)礦(含(han)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)5~7%)、鍺(zang)(zang)(zang)(zang)石(shi)(shi)(shi)(含(han)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)10%),硫銅鐵鍺(zang)(zang)(zang)(zang)礦(含(han)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)7%)。鍺(zang)(zang)(zang)(zang)礦石(shi)(shi)(shi)的(de)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)含(han)量(liang)量(liang)有(you)(you)200ppm和(he)393ppm兩(liang)種,顏色為青灰色、紅花色兩(liang)種。
鍺石塊規格
一般為1-3cm,2-4cm,3-5cm
鍺石顆粒
6-10目(mu),10-20目(mu),20-40目(mu),40-80目(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)(zang)還常夾雜在(zai)許(xu)多鉛礦(kuang)、銅礦(kuang)、鐵礦(kuang)、銀礦(kuang)中,就(jiu)連普通(tong)(tong)的煤中,一般也含(han)有(you)十萬分之一左右(you)的鍺(zang)(zang),也就(jiu)是說(shuo),一噸煤中平均就(jiu)含(han)有(you)10克左右(you)的鍺(zang)(zang)。在(zai)普通(tong)(tong)的泥土、巖石、甚至泉水中,也含(han)有(you)微量鍺(zang)(zang)。
基本信息
鍺(zang)粉末(mo)狀呈暗(an)藍色,結晶(jing)狀,為銀(yin)白色脆金屬(shu)。化合(he)價+2和+4。第一(yi)電離(li)能(neng)7.899eV,是一(yi)種稀有金屬(shu),重要的半(ban)導體(ti)材料,不溶(rong)于水。
據(ju)X射線研究證明,鍺晶(jing)體里的原子排列與(yu)金剛(gang)石差(cha)不(bu)多,結構決定性(xing)能,所以鍺與(yu)金剛(gang)石一樣硬而且(qie)脆。
導電性
鍺,就其導電的(de)本領而言,優(you)于(yu)一般非金(jin)屬,劣于(yu)一般金(jin)屬,這(zhe)在物理(li)學上稱為(wei)“半導體(ti)(ti)”,對固體(ti)(ti)物理(li)和(he)固體(ti)(ti)電子學的(de)發(fa)展有(you)(you)重(zhong)要作用。鍺有(you)(you)著良好的(de)半導體(ti)(ti)性質,如電子遷移(yi)率、空(kong)穴遷移(yi)率等等。鍺的(de)發(fa)展仍具有(you)(you)很大(da)的(de)潛(qian)力。
鍺(zang)化(hua)學性質穩定(ding),常溫下不與(yu)空氣或水(shui)(shui)蒸汽作用,但(dan)在600~700℃時,很快生成二(er)氧化(hua)鍺(zang)。與(yu)鹽酸、稀硫(liu)酸不起(qi)作用。濃硫(liu)酸在加熱時,鍺(zang)會(hui)緩(huan)慢溶(rong)解(jie)。在硝(xiao)酸、王水(shui)(shui)中(zhong)(zhong),鍺(zang)易溶(rong)解(jie)。堿(jian)溶(rong)液與(yu)鍺(zang)的作用很弱,但(dan)熔融的堿(jian)在空氣中(zhong)(zhong),能使(shi)鍺(zang)迅速溶(rong)解(jie)。鍺(zang)與(yu)碳(tan)(tan)不起(qi)作用,所(suo)以在石墨坩(gan)堝中(zhong)(zhong)熔化(hua),不會(hui)被(bei)碳(tan)(tan)所(suo)污染。
鍺(zang)(zang)(zang)在元素(su)周期表上(shang)的(de)(de)位置正好(hao)夾(jia)在金屬(shu)(shu)與非金屬(shu)(shu)之(zhi)間,因此具(ju)有許多(duo)類(lei)似(si)(si)于非金屬(shu)(shu)的(de)(de)性(xing)質,這(zhe)在化(hua)學上(shang)稱為“亞金屬(shu)(shu)”,電子排布為[Ar]3d104s24p2。但(dan)(dan)它(ta)的(de)(de)化(hua)學性(xing)質類(lei)似(si)(si)于臨近(jin)族(zu)的(de)(de)元素(su),尤其是砷和銻(ti)。化(hua)學上(shang)或(huo)毒(du)物(wu)(wu)學上(shang)重要的(de)(de)鍺(zang)(zang)(zang)化(hua)合物(wu)(wu)很少(shao)。鍺(zang)(zang)(zang)的(de)(de)二氧(yang)化(hua)物(wu)(wu),一(yi)種(zhong)(zhong)微溶于水的(de)(de)白色粉末,形成鍺(zang)(zang)(zang)酸(suan)(suan),這(zhe)類(lei)似(si)(si)于硅酸(suan)(suan)。四(si)氯化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)是一(yi)種(zhong)(zhong)不(bu)穩定(ding)的(de)(de)液體(ti),四(si)氟化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)是一(yi)種(zhong)(zhong)氣體(ti),它(ta)們很容易在水中水解。氫化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(鍺(zang)(zang)(zang)烷(wan))是一(yi)種(zhong)(zhong)相對(dui)穩定(ding)的(de)(de)氣體(ti)。有機鍺(zang)(zang)(zang)化(hua)合物(wu)(wu),烷(wan)基可以(yi)替換個(ge)多(duo)個(ge)Ge原子,和錫、汞、砷等類(lei)似(si)(si),但(dan)(dan)毒(du)性(xing)小的(de)(de)多(duo)。鍺(zang)(zang)(zang)元素(su)及(ji)其二氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)毒(du)性(xing)不(bu)強(qiang),四(si)鹵化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)是刺激(ji)性(xing)的(de)(de),氫化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)毒(du)性(xing)最強(qiang)。鍺(zang)(zang)(zang)不(bu)溶于稀酸(suan)(suan)及(ji)堿,但(dan)(dan)溶于濃硫酸(suan)(suan)。
鍺在室溫下是穩定的,但也(ye)會生成GeO單(dan)層膜(mo),時間長了會逐漸變成GeO2單(dan)層膜(mo)。而當(dang)鍺的表面(mian)吸附(fu)了水蒸氣(qi)便(bian)破壞了氧(yang)化膜(mo)的鈍(dun)化性(xing)質,而生成厚(hou)的氧(yang)化物。
鍺(zang)在較(jiao)高溫度下便氧(yang)(yang)(yang)化,且伴(ban)隨有(you)(you)失重(zhong)的(de)(de)現(xian)象,原因是生成(cheng)了(le)GeO,因其(qi)有(you)(you)較(jiao)強的(de)(de)揮發性。研(yan)究者研(yan)究了(le)鍺(zang)表面氧(yang)(yang)(yang)化的(de)(de)過(guo)程,先在600℃時用CO還原鍺(zang),以排除(chu)鍺(zang)表面的(de)(de)結(jie)合氧(yang)(yang)(yang)或吸附氧(yang)(yang)(yang)。再(zai)在25~400℃,10kPa的(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)壓(ya)下氧(yang)(yang)(yang)化鍺(zang),僅1min即形成(cheng)了(le)第一氧(yang)(yang)(yang)化層。當溫度超(chao)過(guo)250℃很快(kuai)形成(cheng)第二氧(yang)(yang)(yang)化層。再(zai)升高溫度,氧(yang)(yang)(yang)化速度顯著變慢(man)。在400℃氧(yang)(yang)(yang)化3h,形成(cheng)厚度為1.75nm的(de)(de)GeO2膜。
鍺(zang)(zang)在不同(tong)(tong)溶(rong)(rong)劑(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)腐蝕溶(rong)(rong)解行為不同(tong)(tong)。n型鍺(zang)(zang)的(de)溶(rong)(rong)解電位比p型略正,所以(yi)在相同(tong)(tong)溶(rong)(rong)液中(zhong)(zhong)(zhong)前(qian)者的(de)溶(rong)(rong)解速度較快。鍺(zang)(zang)易溶(rong)(rong)于(yu)加氧化劑(ji)的(de)熱(re)酸、熱(re)堿和H2O2中(zhong)(zhong)(zhong)。難溶(rong)(rong)于(yu)稀硫酸、鹽酸和冷堿液。鍺(zang)(zang)在100℃的(de)水(shui)中(zhong)(zhong)(zhong)是不溶(rong)(rong)的(de),而在室溫下飽(bao)和氧的(de)水(shui)中(zhong)(zhong)(zhong),溶(rong)(rong)解速度接近(jin)1μg/(cm·h)。
H2O2對鍺的(de)溶解(jie)
室溫(wen)下3%的(de)H2O2能緩慢地(di)溶解塊狀(zhuang)的(de)鍺,升溫(wen)到90~100℃時溶解速度加快。n型鍺在(zai)100℃的(de)H2O2中的(de)溶解速度受(shou)H2O2濃度的(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)進一(yi)步(bu)氧(yang)化為GeO2:GeO+H2O2=GeO2+H2O
(3)GeO2+H2O=H2GeO3
當(dang)溶液中有(you)堿(jian)存在時(shi),鍺(zang)酸(suan)與堿(jian)作用生(sheng)成鍺(zang)酸(suan)鈉(na),而(er)加速鍺(zang)的溶解。H2GeO3+NaOH=Na2GeO3+2H2O
鍺在(zai)硫酸(suan)中的溶(rong)解
90℃時濃硫酸與(yu)塊狀鍺(zang)有微(wei)量反應,歷時一周鍺(zang)的損失量為1%。
鍺在硝酸中的溶解
濃硝酸能腐(fu)蝕(shi)塊(kuai)狀(zhuang)鍺的表面。鍺在硝酸中的溶解速度(du)受硝酸的濃度(du)、攪拌速度(du)、溫度(du)等(deng)因素的影響。
鍺與堿液的作用
氫(qing)氧(yang)(yang)化鈉和(he)氫(qing)氧(yang)(yang)化鉀水溶液(ye)與鍺的(de)(de)作用很(hen)慢,但是(shi)熔融的(de)(de)氫(qing)氧(yang)(yang)化鈉、氫(qing)氧(yang)(yang)化鉀、Na2CO3、Na2O2、NaB4O7能迅速地溶解各種形態的(de)(de)鍺,生成堿金屬的(de)(de)鍺酸鹽(yan)。
鍺(zang)在某些鹽溶(rong)液中(zhong)的溶(rong)解
鍺(zang)可溶于(yu)某些(xie)電(dian)解(jie)質溶液(ye),如硫酸(suan)鈉、鉀的氯化物(wu)、硝酸(suan)鹽、氯化銫、氯化鑭等。
與其他物質的作用
加(jia)熱(re)時粉狀(zhuang)的鍺(zang)在氯和(he)溴中能燃燒,生產(chan)四(si)鹵(lu)化鍺(zang),加(jia)熱(re)時干燥的HCl氣體能腐蝕(shi)鍺(zang)。
鍺最常出現的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)態(tai)是+4,但是已知(zhi)它在不少化(hua)(hua)合物中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)態(tai)為+2。其他的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)態(tai)則很罕見,例如(ru)化(hua)(hua)合物Ge2Cl6中(zhong)(zhong)為+3,在氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)層(ceng)表面測到(dao)的(de)(de)(de)+3與(yu)+1氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)態(tai)。多種含鍺的(de)(de)(de)陰性(xing)簇離(li)子(zi)(津特耳離(li)子(zi))已經被制備出來,當(dang)中(zhong)(zhong)包括Ge4、Ge9、Ge9及(ji)[(Ge9)2],其中(zhong)(zhong)一種方法是在乙(yi)二胺或穴醚的(de)(de)(de)催(cui)化(hua)(hua)下(xia),從置于(yu)液態(tai)氨(an)的(de)(de)(de)鍺與(yu)堿金(jin)屬合金(jin)中(zhong)(zhong)進行提取,這些離(li)子(zi)中(zhong)(zhong)鍺的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)態(tai)并非整(zheng)數——這點(dian)跟臭氧(yang)(yang)(yang)根離(li)子(zi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)一樣。在250℃時,鍺會緩慢地氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)成GeO2。
鍺(zang)(zang)共有兩種氧(yang)(yang)(yang)化物:二(er)氧(yang)(yang)(yang)化鍺(zang)(zang)和(he)(he)一(yi)氧(yang)(yang)(yang)化鍺(zang)(zang)。焙(bei)燒二(er)硫化鍺(zang)(zang)(GeS2)后可(ke)得(de)二(er)氧(yang)(yang)(yang)化鍺(zang)(zang),二(er)氧(yang)(yang)(yang)化鍺(zang)(zang)是一(yi)種白色的(de)(de)(de)粉末,微(wei)溶(rong)(rong)(rong)(rong)于水,但與堿反應并生成鍺(zang)(zang)酸鹽。當二(er)氧(yang)(yang)(yang)化鍺(zang)(zang)與鍺(zang)(zang)金屬(shu)(shu)發生高溫反應時,會生成一(yi)氧(yang)(yang)(yang)化鍺(zang)(zang),熔點1115℃,密度4.25g/cm3,微(wei)溶(rong)(rong)(rong)(rong)于水。二(er)氧(yang)(yang)(yang)化鍺(zang)(zang)GeO2,具有金剛(gang)石型(xing)的(de)(de)(de)四方(fang)晶型(xing)和(he)(he)介穩的(de)(de)(de)α–石英型(xing)的(de)(de)(de)六(liu)方(fang)晶型(xing),熔點1086℃,密度6.24g/cm3,不溶(rong)(rong)(rong)(rong)于水,二(er)氧(yang)(yang)(yang)化鍺(zang)(zang)在(zai)常溫或在(zai)加熱條件下都比較穩定,難溶(rong)(rong)(rong)(rong)于酸,易溶(rong)(rong)(rong)(rong)于強堿溶(rong)(rong)(rong)(rong)液,生成鍺(zang)(zang)(IV)酸鹽,它(ta)主(zhu)要(yao)用于制造高折射率的(de)(de)(de)光學玻(bo)璃,也是制備金屬(shu)(shu)鍺(zang)(zang)的(de)(de)(de)原料。
GeS2+2O2 = GeO2+SO2
GeO2+Ge = 2GeO
GeO2+2NaOH = Na2GeO3+H2O
一氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鍺GeO,黑(hei)色(se)針(zhen)狀晶體,700℃分解,不溶于水,易溶于酸和濃強堿(jian)溶液;在(zai)空氣(qi)中加(jia)熱易轉化(hua)成二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鍺,隔(ge)絕空氣(qi)加(jia)熱易發生歧化(hua)反應。在(zai)加(jia)熱條(tiao)件下,用氫(qing)氣(qi)或一氧(yang)(yang)(yang)化(hua)碳還原(yuan)二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鍺可制備一氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鍺。
GeO2+H2 = GeO+H2O
鍺(zang)還能(neng)與氧族元素生成(cheng)二元化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物,例如(ru)二硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物、二硒化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(GeSe2)、一(yi)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(GeS)、一(yi)硒化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(GeSe)及(ji)碲化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(GeTe)。把硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)氫氣(qi)體(ti)通過含Ge(IV)的(de)(de)濃酸(suan)(suan)(suan)溶液(ye)時(shi),會(hui)生成(cheng)白(bai)色沉淀物,即二硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)。二硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)能(neng)很(hen)好(hao)地溶于水、苛性(xing)鈉溶液(ye)及(ji)堿金屬(shu)(shu)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物溶液(ye)中(zhong)(zhong)。但(dan)(dan)是,它(ta)不溶于帶酸(suan)(suan)(suan)性(xing)的(de)(de)水中(zhong)(zhong),溫(wen)克勒就是因為這項性(xing)質(zhi)才發現了鍺(zang)。把二硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)置(zhi)于氫氣(qi)流中(zhong)(zhong)加熱,會(hui)生成(cheng)一(yi)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(GeS),它(ta)升華后會(hui)形成(cheng)一(yi)圈色暗但(dan)(dan)具金屬(shu)(shu)光(guang)澤的(de)(de)薄層(ceng),它(ta)可溶于苛性(xing)鈉溶液(ye)中(zhong)(zhong)。把一(yi)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)、堿金屬(shu)(shu)碳酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)與硫(liu)一(yi)起(qi)加熱后,會(hui)生成(cheng)一(yi)種鍺(zang)鹽(yan)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物,叫(jiao)硫(liu)代(dai)鍺(zang)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)。
Na4GeO4+4H2SO4→Ge(SO4)2+2Na2SO4+4H2O
Ge(SO4)2+2H2S→GeS2+2H2SO4
鍺(zang)共有(you)四(si)(si)種已知的(de)四(si)(si)鹵化(hua)物。在(zai)正(zheng)常狀況下四(si)(si)碘化(hua)鍺(zang)(GeI4)為(wei)固(gu)體(ti),四(si)(si)氟化(hua)鍺(zang)(GeF4)為(wei)氣(qi)體(ti),其(qi)余兩種為(wei)揮發(fa)性液體(ti)。把鍺(zang)與(yu)氯氣(qi)一塊(kuai)加熱,會得到一種沸點為(wei)83.1℃的(de)無色(se)發(fa)煙(yan)液體(ti),即四(si)(si)氯化(hua)鍺(zang)(GeCl4):無色(se)液體(ti),在(zai)濕空氣(qi)中因水解(jie)而產生(sheng)煙(yan)霧,易揮發(fa),其(qi)熔(rong)點為(wei)-51.50℃,沸點為(wei)86.55℃,密度為(wei)1.88g/cm3,溶于乙(yi)醇和乙(yi)醚,遇(yu)水發(fa)生(sheng)水解(jie)。
GeCl4+4H2O→Ge(OH)4+4HCl
鍺(zang)(zang)的所有四(si)(si)鹵(lu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)都(dou)能很容易地被水解,生(sheng)成(cheng)含水二氧(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)。四(si)(si)氯化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)用于制備有機鍺(zang)(zang)化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)。跟四(si)(si)鹵(lu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)相反的是(shi),全部四(si)(si)種已知的二鹵(lu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu),皆(jie)為聚合(he)固體(ti)。另外已知的鹵(lu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)還包括Ge2Cl6及(ji)GenCl2n+2。還有一(yi)種奇特的化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)Ge6Cl16,里面含有新戊(wu)烷結構的Ge5Cl12。
溫克勒于1887年(nian)合(he)成出第一種有機鍺(zang)(zang)化(hua)合(he)物(wu)(wu)(organogermanium compound),四(si)(si)氯(lv)化(hua)鍺(zang)(zang)與二乙(yi)基(ji)(ji)鋅反應生成四(si)(si)乙(yi)基(ji)(ji)鍺(zang)(zang)(Ge(C2H5)4)。R4Ge型(其中R為烴基(ji)(ji))的(de)(de)有機鍺(zang)(zang)烷(wan),如(ru)四(si)(si)甲基(ji)(ji)鍺(zang)(zang)(Ge(CH3)4)及(ji)四(si)(si)乙(yi)基(ji)(ji)鍺(zang)(zang),是(shi)由最(zui)便宜的(de)(de)鍺(zang)(zang)前驅物(wu)(wu)四(si)(si)氯(lv)化(hua)鍺(zang)(zang)及(ji)甲基(ji)(ji)親核劑(ji)反應而(er)成。有機鍺(zang)(zang)氫化(hua)物(wu)(wu),如(ru)異丁基(ji)(ji)鍺(zang)(zang)烷(wan)((CH3)2CHCH2GeH3)的(de)(de)危險性比較低,因此半導體(ti)工業會用液體(ti)的(de)(de)氫化(hua)物(wu)(wu)來取(qu)代氣(qi)體(ti)的(de)(de)甲鍺(zang)(zang)烷(wan)。有機鍺(zang)(zang)化(hua)合(he)物(wu)(wu)2-羧乙(yi)基(ji)(ji)鍺(zang)(zang)倍半氧(yang)烷(wan)(2-carboxyethylgermasesquioxane),于1970年(nian)被發(fa)現,曾(ceng)經有一段(duan)時間被用作膳食補充劑(ji),當時認為它可能對腫瘤有療效。
甲鍺(zang)烷(wan)(wan)(GeH4)是(shi)一(yi)種結構與(yu)甲烷(wan)(wan)相(xiang)近的(de)(de)化(hua)合物(wu)。多鍺(zang)烷(wan)(wan)(即與(yu)烷(wan)(wan)相(xiang)似的(de)(de)鍺(zang)化(hua)合物(wu))的(de)(de)化(hua)學式為GenH2n+2,現時(shi)仍沒有(you)發(fa)現n大于(yu)五的(de)(de)多鍺(zang)烷(wan)(wan)。相(xiang)對于(yu)硅烷(wan)(wan),鍺(zang)烷(wan)(wan)的(de)(de)揮發(fa)性和活性都較低(di)。GeH4在(zai)液(ye)態氨中與(yu)堿金屬反應后,會(hui)產(chan)生白色的(de)(de)MGeH3晶體,當中含有(you)GeH3陰離(li)子。含一(yi)、二、三個(ge)鹵素原子的(de)(de)氫鹵化(hua)鍺(zang),皆為無色的(de)(de)活性液(ye)體。
鍺(zang)(zang)的提(ti)取方法是(shi)首先將鍺(zang)(zang)的富集物(wu)用濃鹽酸(suan)氯(lv)化(hua),制取四(si)氯(lv)化(hua)鍺(zang)(zang),再用鹽酸(suan)溶(rong)劑(ji)萃取法除(chu)去(qu)主要的雜(za)質砷,然后經石英塔(ta)兩次精餾提(ti)純,再經高(gao)(gao)純鹽酸(suan)洗滌,可得到(dao)高(gao)(gao)純四(si)氯(lv)化(hua)鍺(zang)(zang),用高(gao)(gao)純水(shui)使四(si)氯(lv)化(hua)鍺(zang)(zang)水(shui)解,得到(dao)高(gao)(gao)純二氧化(hua)鍺(zang)(zang)。一(yi)些(xie)雜(za)質會進入水(shui)解母液,所以水(shui)解過程也是(shi)提(ti)純過程。純二氧化(hua)鍺(zang)(zang)經烘干(gan)煅燒,在還(huan)原爐的石英管內用氫氣于(yu)650-680℃還(huan)原得到(dao)金屬鍺(zang)(zang)。半導體工業用的高(gao)(gao)純鍺(zang)(zang)(雜(za)質少于(yu)1/1010)可以用區域(yu)熔煉技術獲得。
4HCl+GeO2→GeCl4+2H2O
GeCl4+(n+2)H2O→GeO2·nH2O+4HCl
GeO2+2H2→Ge+2H2O
鍺(zang)具備多方面的特殊性質,在(zai)(zai)半導(dao)體、航空航天測控(kong)、核物理探測、光纖(xian)通訊、紅外光學、太(tai)陽能電池、化學催化劑、生物醫學等領域都(dou)有廣泛而重要(yao)的應用,是一種(zhong)重要(yao)的戰略資源。在(zai)(zai)電子工業(ye)中(zhong),在(zai)(zai)合金預(yu)處理中(zhong),在(zai)(zai)光學工業(ye)上,還可以(yi)作為催化劑。
高(gao)純(chun)度的(de)鍺是(shi)半導體材料。從高(gao)純(chun)度的(de)氧化鍺還原,再(zai)經熔(rong)煉可(ke)提(ti)取(qu)而得。摻(chan)有微量特定雜質的(de)鍺單晶,可(ke)用于制各種(zhong)晶體管(guan)、整(zheng)流器及其他器件。鍺的(de)化合物(wu)用于制造熒光板及各種(zhong)高(gao)折光率(lv)的(de)玻(bo)璃。
鍺(zang)(zang)(zang)單晶可(ke)作晶體(ti)管(guan),是第(di)一代(dai)晶體(ti)管(guan)材(cai)料(liao)。鍺(zang)(zang)(zang)材(cai)用(yong)(yong)于輻射(she)(she)探測器及熱電材(cai)料(liao)。高(gao)純鍺(zang)(zang)(zang)單晶具(ju)有高(gao)的(de)(de)(de)折射(she)(she)系(xi)(xi)數(shu),對紅(hong)外線(xian)透(tou)(tou)(tou)明(ming)(ming),不透(tou)(tou)(tou)過可(ke)見(jian)光和(he)紫外線(xian),可(ke)作專透(tou)(tou)(tou)紅(hong)外光的(de)(de)(de)鍺(zang)(zang)(zang)窗、棱鏡(jing)(jing)或透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)。20世紀初,鍺(zang)(zang)(zang)單質(zhi)曾用(yong)(yong)于治療貧血,之(zhi)后(hou)成為最早應用(yong)(yong)的(de)(de)(de)半導(dao)體(ti)元素。單質(zhi)鍺(zang)(zang)(zang)的(de)(de)(de)折射(she)(she)系(xi)(xi)數(shu)很高(gao),只對紅(hong)外光透(tou)(tou)(tou)明(ming)(ming),而(er)對可(ke)見(jian)光和(he)紫外光不透(tou)(tou)(tou)明(ming)(ming),所以紅(hong)外夜視儀(yi)等(deng)軍用(yong)(yong)觀(guan)察儀(yi)采用(yong)(yong)純鍺(zang)(zang)(zang)制(zhi)作透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)。鍺(zang)(zang)(zang)和(he)鈮的(de)(de)(de)化(hua)(hua)合物是超導(dao)材(cai)料(liao)。二(er)氧化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)是聚合反應的(de)(de)(de)催化(hua)(hua)劑(ji),含(han)二(er)氧化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)的(de)(de)(de)玻璃有較高(gao)的(de)(de)(de)折射(she)(she)率和(he)色散性(xing)能,可(ke)作廣角照相機和(he)顯(xian)微鏡(jing)(jing)鏡(jing)(jing)頭,三(san)氯化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)還是新型(xing)光纖材(cai)料(liao)添加劑(ji)。
據(ju)數據(ju)顯示,2013年(nian)來(lai)光(guang)(guang)纖通(tong)信行業的(de)(de)發展、紅外光(guang)(guang)學在軍用(yong)(yong)、民用(yong)(yong)領域的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)不(bu)斷擴大,太陽(yang)能電池(chi)在空間(jian)的(de)(de)使(shi)用(yong)(yong),地(di)面聚(ju)光(guang)(guang)高效率太陽(yang)能電站推廣(guang),全球對鍺的(de)(de)需(xu)求量在持續穩定增(zeng)長。
全(quan)球光(guang)纖(xian)(xian)網絡(luo)市場尤其(qi)是北美和日本光(guang)纖(xian)(xian)市場的(de)復(fu)蘇拉(la)動(dong)了光(guang)纖(xian)(xian)市場的(de)快(kuai)速(su)增長(chang)。21世(shi)紀全(quan)球光(guang)纖(xian)(xian)需求年(nian)增長(chang)率已經達到(dao)了20%。未(wei)來中國光(guang)纖(xian)(xian)到(dao)戶、3G建設及村通(tong)工程將拉(la)動(dong)中國光(guang)纖(xian)(xian)用(yong)鍺需求快(kuai)速(su)增長(chang)。
鍺(zang)在(zai)紅(hong)外光(guang)(guang)學領域(yu)的(de)(de)年(nian)需(xu)求(qiu)量(liang)占鍺(zang)消費量(liang)的(de)(de)20-30%,鍺(zang)紅(hong)外光(guang)(guang)學器件主要作為(wei)紅(hong)外光(guang)(guang)學系(xi)統中的(de)(de)透鏡(jing)、棱鏡(jing)、窗口、濾光(guang)(guang)片等的(de)(de)光(guang)(guang)學材料。紅(hong)外市(shi)場(chang)(chang)對鍺(zang)產(chan)(chan)(chan)品的(de)(de)未來(lai)需(xu)求(qiu)增長(chang)主要體(ti)現(xian)于(yu)兩個(ge)方面(mian):軍事(shi)裝備的(de)(de)日益現(xian)代化(hua)帶動了對紅(hong)外產(chan)(chan)(chan)品的(de)(de)需(xu)求(qiu)和民用(yong)市(shi)場(chang)(chang)對紅(hong)外產(chan)(chan)(chan)品的(de)(de)需(xu)求(qiu)。太陽能(neng)電池(chi)用(yong)鍺(zang)占據鍺(zang)總(zong)消耗量(liang)的(de)(de)15%,太陽能(neng)電池(chi)領域(yu)對鍺(zang)系(xi)列產(chan)(chan)(chan)品的(de)(de)未來(lai)需(xu)求(qiu)增長(chang)主要體(ti)現(xian)于(yu)兩個(ge)方面(mian):航空航天領域(yu)及衛(wei)星(xing)市(shi)場(chang)(chang)快速(su)發展和地(di)面(mian)光(guang)(guang)伏產(chan)(chan)(chan)業快速(su)增長(chang)。
從全球產量分布(bu)來看,中國(guo)(guo)供給了世(shi)界71%的鍺產品(pin),是全球最大的鍺生產國(guo)(guo)和出口(kou)國(guo)(guo),這主要是由于中國(guo)(guo)高附加(jia)值深加(jia)工產品(pin)技(ji)術環(huan)節薄弱,導致內需(xu)相對有(you)限(xian),產品(pin)多以初加(jia)工產品(pin)出口(kou)為主。
但是在需求旺盛(sheng)刺激下(xia),中(zhong)(zhong)國(guo)鍺(zang)生產技術能力提升迅速,2010年(nian)以來(lai)中(zhong)(zhong)國(guo)企業(ye)已經能夠生產光纖級、紅外級、太陽(yang)能級鍺(zang)系列(lie)產品(pin)。加之來(lai)政策推(tui)動力度大,中(zhong)(zhong)國(guo)光纖領(ling)域鍺(zang)需求明(ming)顯增長(chang)(chang)(chang)。2013年(nian)PET催化劑用鍺(zang)約占(zhan)25%,電子(zi)太陽(yang)能用鍺(zang)約占(zhan)15%,紅外光學(xue)用鍺(zang)比重(zhong)從42%降至25%,而光纖通(tong)訊約占(zhan)鍺(zang)消(xiao)(xiao)(xiao)費(fei)(fei)30%左右的(de)市(shi)場(chang)份額。2011年(nian)中(zhong)(zhong)國(guo)鍺(zang)消(xiao)(xiao)(xiao)費(fei)(fei)量(liang)(liang)為(wei)(wei)45金屬(shu)噸,2012年(nian)鍺(zang)消(xiao)(xiao)(xiao)費(fei)(fei)量(liang)(liang)為(wei)(wei)50金屬(shu)噸,同比增長(chang)(chang)(chang)11.11%;2013年(nian)鍺(zang)消(xiao)(xiao)(xiao)費(fei)(fei)量(liang)(liang)為(wei)(wei)59金屬(shu)噸,同比增長(chang)(chang)(chang)18.00%。
活化(hua)生(sheng)物電流,促進血液(ye)循環,改善及(ji)預防(fang)身體的不適感(gan)。
保(bao)護紅血球(qiu),抵抗外來(lai)射線(xian)的襲擊,使之不受(shou)損害。
代謝、免(mian)疫(yi)力(li)恢復并提高身體的自(zi)然(ran)治愈力(li)。
抗腫瘤(liu),抗炎癥,抗病毒。
早(zao)在(zai)1922年,美(mei)國的(de)醫生就懂得用(yong)無(wu)機鍺(zang)(zang)來(lai)治療(liao)貧血。無(wu)機鍺(zang)(zang)還(huan)被用(yong)于其他治療(liao),但療(liao)效存疑(yi)。它對癌(ai)癥的(de)療(liao)效已經被討論過。美(mei)國食(shi)品藥(yao)品監督(du)管理局的(de)研究結論為,當鍺(zang)(zang)被用(yong)作膳食(shi)補充劑(ji)時“有可能危害人(ren)體(ti)健康”。
一般認為鍺(zang)(zang)對(dui)動植物(wu)的(de)健康并不重要。然(ran)而它的(de)一些化合物(wu)能(neng)危害人體(ti)健康。例如,四氯(lv)化鍺(zang)(zang)及甲鍺(zang)(zang)烷,分別為液體(ti)及氣體(ti),能(neng)對(dui)眼睛、皮膚(fu)、肺部及喉嚨造成很大的(de)刺激(ji)。由(you)于(yu)鍺(zang)(zang)在(zai)礦石與碳質(zhi)(carbonaceous)材(cai)料(liao)中是一種稀有(you)元素,加上在(zai)商業應用中使用的(de)量也不算多,所以它對(dui)自然(ran)并沒(mei)有(you)什么影(ying)響。
鍺(zang)中毒屬低毒,動(dong)物吸(xi)入(ru)大量金屬鍺(zang)和(he)氧化(hua)鍺(zang)后可致肺部炎性損害,吸(xi)入(ru)四(si)氯(lv)化(hua)鍺(zang)和(he)四(si)氟化(hua)鍺(zang)對呼吸(xi)道黏(nian)膜有強烈刺激作用(yong),四(si)氯(lv)化(hua)鍺(zang)還可引起肝腎損害,鍺(zang)化(hua)氫(qing),包括鍺(zang)甲烷(wan)(wan)(GeH4)、鍺(zang)乙烷(wan)(wan)(Ge2H6)和(he)鍺(zang)丙烷(wan)(wan)(Ge3H8)有類似(si)砷化(hua)氫(qing)、銻化(hua)氫(qing)的溶血(xue)作用(yong)。
應貯(zhu)存(cun)在(zai)陰涼、通風、干燥、清潔、無(wu)化學藥品腐蝕氣氛(fen)的(de)庫(ku)房(fang)內(nei)。防(fang)(fang)(fang)潮。不(bu)可與酸、堿(jian)類產品共貯(zhu)混運。在(zai)運輸(shu)過程中要防(fang)(fang)(fang)雨(yu)淋、防(fang)(fang)(fang)震。裝卸時(shi)要小心(xin)輕放(fang),防(fang)(fang)(fang)止碰撞和滾動,防(fang)(fang)(fang)止機械損傷。