鍺、錫(xi)和鉛在(zai)元(yuan)素周(zhou)期(qi)表中(zhong)是(shi)同(tong)屬一族,后兩者早被古(gu)代(dai)人們發現并(bing)利用,而(er)鍺長時期(qi)以來(lai)沒有被工業規模的(de)開采(cai)。這(zhe)并(bing)不是(shi)由于鍺在(zai)地殼(ke)中(zhong)的(de)含量(liang)少(shao)(shao),而(er)是(shi)因為它是(shi)地殼(ke)中(zhong)最分(fen)散(san)的(de)元(yuan)素之一,含鍺的(de)礦石(shi)是(shi)很少(shao)(shao)的(de)。
門捷列(lie)夫(fu)于(yu)1871年預言其(qi)存在(zai),十四(si)年后德國(guo)化(hua)學家文克勒(le)于(yu)1885年在(zai)分(fen)(fen)析(xi)硫銀(yin)鍺(zang)(zang)礦時(shi)發現(xian)(xian)了(le)鍺(zang)(zang),后由硫化(hua)鍺(zang)(zang)與氫(qing)共熱,制出(chu)了(le)鍺(zang)(zang)。門捷列(lie)夫(fu)把(ba)它命名為類(lei)硅。1886年,德國(guo)弗萊貝格(Freiberg)礦業學院(21世紀的TU Bergakademie Freiberg)分(fen)(fen)析(xi)化(hua)學教授文克勒(le)在(zai)分(fen)(fen)析(xi)夫(fu)賴堡附近發現(xian)(xian)的一種新(xin)的礦石(shi)——argyrodite(輝銀(yin)鍺(zang)(zang)礦4Ag2S·GeS2)的時(shi)候,發現(xian)(xian)有一未知的新(xin)元素(su)并通過(guo)實驗(yan)驗(yan)證了(le)自己(ji)的推斷,鍺(zang)(zang)元素(su)終于(yu)被發現(xian)(xian)。
從德(de)國的拉丁名germania命名新元(yuan)素(su)為germanium(鍺(zang)),以紀念發現(xian)鍺(zang)的文克(ke)勒的祖國,元(yuan)素(su)符號定為Ge。鍺(zang)繼鎵和鈧(kang)后被發現(xian),鞏固了(le)化學元(yuan)素(su)周期系(xi)。
鍺(zang)在自然界(jie)分(fen)布(bu)很散(san)很廣。銅礦(kuang)(kuang)(kuang)、鐵(tie)礦(kuang)(kuang)(kuang)、硫(liu)化礦(kuang)(kuang)(kuang)以至巖石,泥土和泉水中(zhong)(zhong)都含(han)(han)有微量的(de)鍺(zang)。鍺(zang)在地殼中(zhong)(zhong)的(de)含(han)(han)量為一(yi)百萬分(fen)之(zhi)七,比之(zhi)于氧、硅等常見元素(su)當然是少,但是,卻(que)(que)比砷(shen)、鈾、汞、碘、銀、金等元素(su)都多。然而,鍺(zang)卻(que)(que)非常分(fen)散(san),幾乎沒有比較集中(zhong)(zhong)的(de)鍺(zang)礦(kuang)(kuang)(kuang),因(yin)此,被人們稱(cheng)為“稀散(san)金屬(shu)”。已發現的(de)鍺(zang)礦(kuang)(kuang)(kuang)有硫(liu)銀鍺(zang)礦(kuang)(kuang)(kuang)(含(han)(han)鍺(zang)5~7%)、鍺(zang)石(含(han)(han)鍺(zang)10%),硫(liu)銅鐵(tie)鍺(zang)礦(kuang)(kuang)(kuang)(含(han)(han)鍺(zang)7%)。鍺(zang)礦(kuang)(kuang)(kuang)石的(de)鍺(zang)含(han)(han)量量有200ppm和393ppm兩(liang)種(zhong),顏色為青(qing)灰色、紅花色兩(liang)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),10-20目(mu),20-40目(mu),40-80目(mu)
鍺石粉規格
100目,200目,325目,400目,600目,1250目
鍺石板材規格
10*10cm,15*15cm,20*20cm,30*30cm
鍺還常(chang)夾雜在許多鉛礦(kuang)(kuang)、銅礦(kuang)(kuang)、鐵(tie)礦(kuang)(kuang)、銀礦(kuang)(kuang)中,就(jiu)連(lian)普(pu)通的煤中,一(yi)般也含(han)有十(shi)萬分之(zhi)一(yi)左右(you)的鍺,也就(jiu)是(shi)說,一(yi)噸(dun)煤中平(ping)均就(jiu)含(han)有10克左右(you)的鍺。在普(pu)通的泥土、巖石、甚(shen)至泉(quan)水(shui)中,也含(han)有微(wei)量鍺。
基本信息
鍺粉末狀呈暗藍色(se),結晶狀,為銀白(bai)色(se)脆金屬。化合價+2和+4。第一電離(li)能(neng)7.899eV,是一種稀有金屬,重(zhong)要的半導體(ti)材料,不溶于水(shui)。
據(ju)X射線研究證明(ming),鍺(zang)晶(jing)體(ti)里的原(yuan)子排列與金剛(gang)石(shi)差不多(duo),結構決(jue)定性能,所(suo)以鍺(zang)與金剛(gang)石(shi)一樣硬而且脆(cui)。
導電性
鍺,就(jiu)其導(dao)(dao)電的(de)本領(ling)而言,優于(yu)一般非金屬,劣于(yu)一般金屬,這(zhe)在物理學上(shang)稱為“半導(dao)(dao)體(ti)”,對(dui)固(gu)體(ti)物理和固(gu)體(ti)電子(zi)學的(de)發展有重要作用。鍺有著良好的(de)半導(dao)(dao)體(ti)性(xing)質(zhi),如電子(zi)遷移率(lv)、空穴遷移率(lv)等等。鍺的(de)發展仍具有很大的(de)潛力。
鍺(zang)化學性質穩定(ding),常溫下不(bu)與空氣或水(shui)蒸汽作用,但(dan)在(zai)600~700℃時,很快(kuai)生(sheng)成二氧(yang)化鍺(zang)。與鹽酸(suan)、稀硫酸(suan)不(bu)起作用。濃硫酸(suan)在(zai)加熱時,鍺(zang)會(hui)緩慢溶(rong)解。在(zai)硝酸(suan)、王水(shui)中(zhong),鍺(zang)易溶(rong)解。堿(jian)溶(rong)液與鍺(zang)的作用很弱,但(dan)熔(rong)融的堿(jian)在(zai)空氣中(zhong),能使(shi)鍺(zang)迅速溶(rong)解。鍺(zang)與碳不(bu)起作用,所(suo)以在(zai)石墨(mo)坩堝(guo)中(zhong)熔(rong)化,不(bu)會(hui)被碳所(suo)污染。
鍺(zang)(zang)(zang)在元(yuan)素(su)周期(qi)表上的(de)(de)(de)位(wei)置(zhi)正好夾在金(jin)屬(shu)與非金(jin)屬(shu)之間(jian),因此具有許(xu)多類似(si)于(yu)非金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)質,這在化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學上稱為(wei)“亞(ya)金(jin)屬(shu)”,電子排布為(wei)[Ar]3d104s24p2。但它(ta)的(de)(de)(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學性(xing)(xing)質類似(si)于(yu)臨近族的(de)(de)(de)元(yuan)素(su),尤(you)其(qi)是(shi)砷和(he)(he)銻。化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學上或毒(du)物(wu)(wu)學上重要的(de)(de)(de)鍺(zang)(zang)(zang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)很(hen)少(shao)。鍺(zang)(zang)(zang)的(de)(de)(de)二(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu),一(yi)種微溶(rong)于(yu)水的(de)(de)(de)白色(se)粉(fen)末,形(xing)成鍺(zang)(zang)(zang)酸,這類似(si)于(yu)硅酸。四氯化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)是(shi)一(yi)種不穩定的(de)(de)(de)液(ye)體(ti)(ti),四氟化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)是(shi)一(yi)種氣體(ti)(ti),它(ta)們很(hen)容易在水中水解。氫化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(鍺(zang)(zang)(zang)烷)是(shi)一(yi)種相對穩定的(de)(de)(de)氣體(ti)(ti)。有機(ji)鍺(zang)(zang)(zang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)(wu),烷基可(ke)以替換個多個Ge原子,和(he)(he)錫、汞、砷等(deng)類似(si),但毒(du)性(xing)(xing)小的(de)(de)(de)多。鍺(zang)(zang)(zang)元(yuan)素(su)及其(qi)二(er)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)毒(du)性(xing)(xing)不強,四鹵化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)是(shi)刺激性(xing)(xing)的(de)(de)(de),氫化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)毒(du)性(xing)(xing)最強。鍺(zang)(zang)(zang)不溶(rong)于(yu)稀(xi)酸及堿,但溶(rong)于(yu)濃(nong)硫酸。
鍺在室溫下是穩定(ding)的(de),但也會生成(cheng)GeO單層膜,時(shi)間長了會逐漸變成(cheng)GeO2單層膜。而當鍺的(de)表面吸附(fu)了水蒸氣便破(po)壞了氧(yang)化(hua)膜的(de)鈍化(hua)性質,而生成(cheng)厚的(de)氧(yang)化(hua)物。
鍺(zang)在較高(gao)溫(wen)(wen)度下便氧(yang)化(hua)(hua),且伴隨有(you)失(shi)重的(de)(de)現象(xiang),原因是生(sheng)成(cheng)了GeO,因其(qi)有(you)較強的(de)(de)揮發性。研究者研究了鍺(zang)表(biao)面氧(yang)化(hua)(hua)的(de)(de)過(guo)程,先在600℃時用(yong)CO還原鍺(zang),以排除鍺(zang)表(biao)面的(de)(de)結合氧(yang)或吸附氧(yang)。再在25~400℃,10kPa的(de)(de)氧(yang)壓下氧(yang)化(hua)(hua)鍺(zang),僅(jin)1min即形(xing)成(cheng)了第一氧(yang)化(hua)(hua)層。當溫(wen)(wen)度超過(guo)250℃很快形(xing)成(cheng)第二氧(yang)化(hua)(hua)層。再升高(gao)溫(wen)(wen)度,氧(yang)化(hua)(hua)速度顯(xian)著變慢(man)。在400℃氧(yang)化(hua)(hua)3h,形(xing)成(cheng)厚(hou)度為1.75nm的(de)(de)GeO2膜。
鍺在(zai)不同(tong)溶(rong)(rong)(rong)劑(ji)中的(de)腐蝕(shi)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)行為不同(tong)。n型(xing)鍺的(de)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)電(dian)位比p型(xing)略正,所以在(zai)相同(tong)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)中前者的(de)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)速度較快。鍺易溶(rong)(rong)(rong)于(yu)加氧化劑(ji)的(de)熱(re)酸(suan)、熱(re)堿(jian)和H2O2中。難(nan)溶(rong)(rong)(rong)于(yu)稀硫酸(suan)、鹽(yan)酸(suan)和冷堿(jian)液(ye)。鍺在(zai)100℃的(de)水中是不溶(rong)(rong)(rong)的(de),而(er)在(zai)室(shi)溫(wen)下飽和氧的(de)水中,溶(rong)(rong)(rong)解(jie)速度接近(jin)1μg/(cm·h)。
H2O2對鍺的溶解
室溫下3%的(de)(de)H2O2能緩慢(man)地溶解(jie)(jie)塊狀的(de)(de)鍺,升溫到(dao)90~100℃時(shi)溶解(jie)(jie)速度(du)加快。n型鍺在100℃的(de)(de)H2O2中的(de)(de)溶解(jie)(jie)速度(du)受H2O2濃度(du)的(de)(de)影(ying)響。
(1)鍺被氧(yang)化為GeO,在表面(mian)形成單層(ceng)GeO:Ge+H?O?══GeO
(2)進(jin)一步氧化(hua)為GeO2:GeO+H2O2=GeO2+H2O
(3)GeO2+H2O=H2GeO3
當溶(rong)液中(zhong)有堿存在時,鍺(zang)酸與堿作用(yong)生成鍺(zang)酸鈉,而加速鍺(zang)的溶(rong)解。H2GeO3+NaOH=Na2GeO3+2H2O
鍺在硫(liu)酸中的溶解(jie)
90℃時(shi)濃硫(liu)酸(suan)與塊狀鍺(zang)有(you)微量反應,歷(li)時(shi)一周鍺(zang)的損失量為(wei)1%。
鍺在硝酸中的(de)溶(rong)解
濃硝酸能(neng)腐蝕塊狀鍺的(de)表面。鍺在硝酸中的(de)溶解速度受硝酸的(de)濃度、攪拌速度、溫(wen)度等因素的(de)影(ying)響。
鍺與堿液的作用
氫(qing)氧(yang)(yang)化鈉和氫(qing)氧(yang)(yang)化鉀(jia)水溶(rong)液與鍺的(de)作用很慢,但是熔(rong)融的(de)氫(qing)氧(yang)(yang)化鈉、氫(qing)氧(yang)(yang)化鉀(jia)、Na2CO3、Na2O2、NaB4O7能迅速地溶(rong)解(jie)各種形(xing)態的(de)鍺,生成堿金屬(shu)的(de)鍺酸鹽。
鍺在(zai)某(mou)些鹽溶液中的溶解
鍺可溶于(yu)某(mou)些電解質溶液,如硫酸鈉、鉀(jia)的氯化物、硝酸鹽、氯化銫、氯化鑭等。
與其(qi)他物(wu)質的(de)作(zuo)用
加熱時(shi)粉狀的(de)鍺(zang)在氯和溴(xiu)中能燃燒,生產四鹵化(hua)鍺(zang),加熱時(shi)干燥的(de)HCl氣體能腐蝕鍺(zang)。
鍺(zang)最常出現的(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)態是+4,但是已知它在(zai)不少(shao)化(hua)(hua)合物中(zhong)(zhong)的(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)態為+2。其他的(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)態則(ze)很罕見,例如化(hua)(hua)合物Ge2Cl6中(zhong)(zhong)為+3,在(zai)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)層表面(mian)測到的(de)(de)+3與+1氧(yang)(yang)化(hua)(hua)態。多(duo)種含鍺(zang)的(de)(de)陰性簇離子(津特耳離子)已經(jing)被(bei)制備出來,當中(zhong)(zhong)包括Ge4、Ge9、Ge9及[(Ge9)2],其中(zhong)(zhong)一種方法(fa)是在(zai)乙二胺或(huo)穴醚的(de)(de)催化(hua)(hua)下,從置于液態氨(an)的(de)(de)鍺(zang)與堿金屬合金中(zhong)(zhong)進行(xing)提(ti)取(qu),這些離子中(zhong)(zhong)鍺(zang)的(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)態并(bing)非整數——這點跟臭氧(yang)(yang)根離子中(zhong)(zhong)的(de)(de)氧(yang)(yang)一樣(yang)。在(zai)250℃時(shi),鍺(zang)會緩慢地氧(yang)(yang)化(hua)(hua)成(cheng)GeO2。
鍺共有兩種氧(yang)化(hua)(hua)物:二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鍺和一氧(yang)化(hua)(hua)鍺。焙燒二(er)硫化(hua)(hua)鍺(GeS2)后可(ke)得(de)二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鍺,二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鍺是一種白色的粉末,微溶于(yu)(yu)水,但(dan)與堿反應(ying)并生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)鍺酸鹽。當二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鍺與鍺金屬發生(sheng)(sheng)高(gao)溫反應(ying)時,會生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)一氧(yang)化(hua)(hua)鍺,熔(rong)點(dian)1115℃,密(mi)度(du)4.25g/cm3,微溶于(yu)(yu)水。二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鍺GeO2,具(ju)有金剛(gang)石(shi)型的四(si)方(fang)晶型和介穩的α–石(shi)英型的六方(fang)晶型,熔(rong)點(dian)1086℃,密(mi)度(du)6.24g/cm3,不溶于(yu)(yu)水,二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鍺在(zai)常溫或在(zai)加熱條件下都比較穩定,難溶于(yu)(yu)酸,易溶于(yu)(yu)強堿溶液,生(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)鍺(IV)酸鹽,它主要用于(yu)(yu)制造高(gao)折射率的光學玻璃,也是制備金屬鍺的原(yuan)料(liao)。
GeS2+2O2 = GeO2+SO2
GeO2+Ge = 2GeO
GeO2+2NaOH = Na2GeO3+H2O
一(yi)氧(yang)(yang)化鍺GeO,黑色針狀晶體,700℃分(fen)解,不溶于水,易(yi)溶于酸和(he)濃強(qiang)堿溶液(ye);在空氣(qi)中加熱(re)易(yi)轉化成二氧(yang)(yang)化鍺,隔(ge)絕空氣(qi)加熱(re)易(yi)發生(sheng)歧化反應(ying)。在加熱(re)條件(jian)下,用(yong)氫氣(qi)或一(yi)氧(yang)(yang)化碳還原二氧(yang)(yang)化鍺可制備一(yi)氧(yang)(yang)化鍺。
GeO2+H2 = GeO+H2O
鍺(zang)(zang)還能與氧族元素生(sheng)成(cheng)(cheng)二(er)(er)元化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu),例如(ru)二(er)(er)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)、二(er)(er)硒化(hua)(hua)(hua)物(wu)(GeSe2)、一(yi)(yi)(yi)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(GeS)、一(yi)(yi)(yi)硒化(hua)(hua)(hua)物(wu)(GeSe)及(ji)碲化(hua)(hua)(hua)物(wu)(GeTe)。把(ba)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)氫氣(qi)體(ti)通過含Ge(IV)的濃酸(suan)(suan)溶(rong)液(ye)時,會(hui)(hui)生(sheng)成(cheng)(cheng)白色沉淀物(wu),即二(er)(er)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)。二(er)(er)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)能很好地溶(rong)于(yu)水(shui)、苛(ke)性(xing)鈉(na)溶(rong)液(ye)及(ji)堿金屬硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)溶(rong)液(ye)中(zhong)。但是,它(ta)不(bu)溶(rong)于(yu)帶(dai)酸(suan)(suan)性(xing)的水(shui)中(zhong),溫克勒就是因為這項性(xing)質才發現了(le)鍺(zang)(zang)。把(ba)二(er)(er)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)置(zhi)于(yu)氫氣(qi)流中(zhong)加熱,會(hui)(hui)生(sheng)成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)(yi)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(GeS),它(ta)升華后(hou)會(hui)(hui)形成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)(yi)圈色暗但具(ju)金屬光澤的薄層,它(ta)可溶(rong)于(yu)苛(ke)性(xing)鈉(na)溶(rong)液(ye)中(zhong)。把(ba)一(yi)(yi)(yi)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)、堿金屬碳酸(suan)(suan)鹽與硫(liu)(liu)一(yi)(yi)(yi)起加熱后(hou),會(hui)(hui)生(sheng)成(cheng)(cheng)一(yi)(yi)(yi)種鍺(zang)(zang)鹽化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu),叫硫(liu)(liu)代鍺(zang)(zang)酸(suan)(suan)鹽。
Na4GeO4+4H2SO4→Ge(SO4)2+2Na2SO4+4H2O
Ge(SO4)2+2H2S→GeS2+2H2SO4
鍺(zang)共有四(si)(si)種已(yi)知(zhi)的(de)四(si)(si)鹵化物。在正常狀況下(xia)四(si)(si)碘化鍺(zang)(GeI4)為(wei)固體(ti),四(si)(si)氟化鍺(zang)(GeF4)為(wei)氣(qi)體(ti),其余兩種為(wei)揮發性(xing)液(ye)(ye)體(ti)。把鍺(zang)與氯(lv)(lv)氣(qi)一塊(kuai)加熱,會得到一種沸點為(wei)83.1℃的(de)無色發煙(yan)液(ye)(ye)體(ti),即(ji)四(si)(si)氯(lv)(lv)化鍺(zang)(GeCl4):無色液(ye)(ye)體(ti),在濕空氣(qi)中因水(shui)解而(er)產生煙(yan)霧,易(yi)揮發,其熔點為(wei)-51.50℃,沸點為(wei)86.55℃,密(mi)度為(wei)1.88g/cm3,溶于乙醇和乙醚,遇水(shui)發生水(shui)解。
GeCl4+4H2O→Ge(OH)4+4HCl
鍺的(de)所有(you)四(si)(si)鹵(lu)化(hua)(hua)物都能很容易(yi)地被水解,生成含水二氧化(hua)(hua)鍺。四(si)(si)氯(lv)化(hua)(hua)鍺用于制(zhi)備有(you)機鍺化(hua)(hua)合物。跟(gen)四(si)(si)鹵(lu)化(hua)(hua)物相反(fan)的(de)是(shi),全部四(si)(si)種(zhong)已(yi)知的(de)二鹵(lu)化(hua)(hua)物,皆(jie)為(wei)聚合固體。另外已(yi)知的(de)鹵(lu)化(hua)(hua)物還(huan)包括Ge2Cl6及GenCl2n+2。還(huan)有(you)一種(zhong)奇特的(de)化(hua)(hua)合物Ge6Cl16,里面含有(you)新(xin)戊烷結構的(de)Ge5Cl12。
溫克勒于1887年合成(cheng)(cheng)出第一種有機(ji)(ji)鍺(zang)化(hua)合物(wu)(organogermanium compound),四(si)(si)氯化(hua)鍺(zang)與(yu)二乙基(ji)(ji)(ji)(ji)鋅反(fan)應生成(cheng)(cheng)四(si)(si)乙基(ji)(ji)(ji)(ji)鍺(zang)(Ge(C2H5)4)。R4Ge型(其中R為烴基(ji)(ji)(ji)(ji))的有機(ji)(ji)鍺(zang)烷(wan),如(ru)四(si)(si)甲(jia)基(ji)(ji)(ji)(ji)鍺(zang)(Ge(CH3)4)及四(si)(si)乙基(ji)(ji)(ji)(ji)鍺(zang),是(shi)由最便宜(yi)的鍺(zang)前(qian)驅物(wu)四(si)(si)氯化(hua)鍺(zang)及甲(jia)基(ji)(ji)(ji)(ji)親核(he)劑反(fan)應而成(cheng)(cheng)。有機(ji)(ji)鍺(zang)氫化(hua)物(wu),如(ru)異丁(ding)基(ji)(ji)(ji)(ji)鍺(zang)烷(wan)((CH3)2CHCH2GeH3)的危(wei)險(xian)性比較低(di),因此半導體工業會用液體的氫化(hua)物(wu)來取(qu)代(dai)氣體的甲(jia)鍺(zang)烷(wan)。有機(ji)(ji)鍺(zang)化(hua)合物(wu)2-羧乙基(ji)(ji)(ji)(ji)鍺(zang)倍半氧烷(wan)(2-carboxyethylgermasesquioxane),于1970年被(bei)發現,曾經有一段時間被(bei)用作膳食補(bu)充(chong)劑,當時認為它可能對腫瘤(liu)有療效。
甲鍺(zang)烷(wan)(GeH4)是一(yi)(yi)種結構與甲烷(wan)相近的(de)(de)化合物。多(duo)鍺(zang)烷(wan)(即與烷(wan)相似的(de)(de)鍺(zang)化合物)的(de)(de)化學式為GenH2n+2,現時仍沒(mei)有發(fa)現n大于(yu)五(wu)的(de)(de)多(duo)鍺(zang)烷(wan)。相對于(yu)硅(gui)烷(wan),鍺(zang)烷(wan)的(de)(de)揮發(fa)性和活性都較低。GeH4在液態氨中(zhong)與堿金屬(shu)反(fan)應后,會產生白色的(de)(de)MGeH3晶體,當中(zhong)含有GeH3陰離子。含一(yi)(yi)、二、三(san)個鹵素原子的(de)(de)氫鹵化鍺(zang),皆為無色的(de)(de)活性液體。
鍺(zang)的提(ti)(ti)取方(fang)法是首先(xian)將鍺(zang)的富集物(wu)用(yong)(yong)濃鹽(yan)酸(suan)氯(lv)化(hua)(hua)(hua),制取四氯(lv)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang),再用(yong)(yong)鹽(yan)酸(suan)溶(rong)劑(ji)萃取法除去主要的雜質(zhi)砷,然(ran)后經(jing)石(shi)英(ying)塔兩次精餾提(ti)(ti)純,再經(jing)高純鹽(yan)酸(suan)洗滌,可得(de)到(dao)高純四氯(lv)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang),用(yong)(yong)高純水(shui)使四氯(lv)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)水(shui)解(jie),得(de)到(dao)高純二(er)氧化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)。一些雜質(zhi)會進入(ru)水(shui)解(jie)母液,所以水(shui)解(jie)過(guo)(guo)程也是提(ti)(ti)純過(guo)(guo)程。純二(er)氧化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)經(jing)烘干(gan)煅燒,在還原爐的石(shi)英(ying)管內用(yong)(yong)氫氣(qi)于650-680℃還原得(de)到(dao)金(jin)屬鍺(zang)。半導體工業用(yong)(yong)的高純鍺(zang)(雜質(zhi)少(shao)于1/1010)可以用(yong)(yong)區域熔(rong)煉技(ji)術獲得(de)。
4HCl+GeO2→GeCl4+2H2O
GeCl4+(n+2)H2O→GeO2·nH2O+4HCl
GeO2+2H2→Ge+2H2O
鍺具備多方面的特殊性(xing)質,在半導(dao)體、航空航天測控、核(he)物理(li)探測、光纖通訊、紅外光學、太陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)、化(hua)學催(cui)化(hua)劑、生物醫學等(deng)領(ling)域都有廣泛而重(zhong)要的應用,是(shi)一種(zhong)重(zhong)要的戰略資源。在電(dian)(dian)子工業中,在合金預處(chu)理(li)中,在光學工業上,還(huan)可以作(zuo)為催(cui)化(hua)劑。
高(gao)純(chun)(chun)度(du)的(de)鍺是半導體材(cai)料。從高(gao)純(chun)(chun)度(du)的(de)氧化(hua)鍺還原(yuan),再(zai)經熔煉可(ke)提取而得(de)。摻有(you)微(wei)量(liang)特定雜質的(de)鍺單(dan)晶,可(ke)用(yong)于制各種晶體管、整流(liu)器(qi)及其(qi)他(ta)器(qi)件。鍺的(de)化(hua)合物用(yong)于制造熒光(guang)板及各種高(gao)折光(guang)率的(de)玻璃。
鍺(zang)單(dan)晶(jing)可(ke)作晶(jing)體(ti)管,是第一代晶(jing)體(ti)管材(cai)(cai)(cai)料(liao)。鍺(zang)材(cai)(cai)(cai)用(yong)于輻射探(tan)測(ce)器(qi)及熱電材(cai)(cai)(cai)料(liao)。高純鍺(zang)單(dan)晶(jing)具有高的(de)折射系數,對紅(hong)外(wai)線透(tou)明,不透(tou)過可(ke)見(jian)光(guang)(guang)和(he)紫(zi)外(wai)線,可(ke)作專(zhuan)透(tou)紅(hong)外(wai)光(guang)(guang)的(de)鍺(zang)窗、棱鏡(jing)(jing)(jing)或透(tou)鏡(jing)(jing)(jing)。20世紀初,鍺(zang)單(dan)質曾(ceng)用(yong)于治療貧血,之后(hou)成(cheng)為最(zui)早應用(yong)的(de)半(ban)導體(ti)元素。單(dan)質鍺(zang)的(de)折射系數很高,只對紅(hong)外(wai)光(guang)(guang)透(tou)明,而對可(ke)見(jian)光(guang)(guang)和(he)紫(zi)外(wai)光(guang)(guang)不透(tou)明,所以紅(hong)外(wai)夜視(shi)儀等軍用(yong)觀察儀采用(yong)純鍺(zang)制作透(tou)鏡(jing)(jing)(jing)。鍺(zang)和(he)鈮的(de)化(hua)合物(wu)是超導材(cai)(cai)(cai)料(liao)。二(er)氧(yang)化(hua)鍺(zang)是聚(ju)合反應的(de)催化(hua)劑(ji),含二(er)氧(yang)化(hua)鍺(zang)的(de)玻璃(li)有較高的(de)折射率和(he)色散性(xing)能,可(ke)作廣角照(zhao)相機和(he)顯微鏡(jing)(jing)(jing)鏡(jing)(jing)(jing)頭,三氯化(hua)鍺(zang)還是新型光(guang)(guang)纖材(cai)(cai)(cai)料(liao)添加劑(ji)。
據數據顯(xian)示,2013年來光纖通信行(xing)業的(de)(de)發展(zhan)、紅外(wai)光學(xue)在(zai)軍用(yong)、民用(yong)領域(yu)的(de)(de)應(ying)用(yong)不斷擴大,太陽(yang)能電(dian)(dian)池在(zai)空間的(de)(de)使用(yong),地(di)面聚光高效率太陽(yang)能電(dian)(dian)站推廣,全球對鍺的(de)(de)需(xu)求量在(zai)持(chi)續穩定增長。
全(quan)球光(guang)纖網絡(luo)市(shi)(shi)場(chang)尤(you)其是北美和日本光(guang)纖市(shi)(shi)場(chang)的(de)復蘇拉動(dong)了光(guang)纖市(shi)(shi)場(chang)的(de)快速增(zeng)長(chang)(chang)。21世紀全(quan)球光(guang)纖需求年(nian)增(zeng)長(chang)(chang)率已經(jing)達到了20%。未(wei)來中國(guo)光(guang)纖到戶(hu)、3G建設(she)及村(cun)通工程將拉動(dong)中國(guo)光(guang)纖用(yong)鍺需求快速增(zeng)長(chang)(chang)。
鍺(zang)(zang)在紅外(wai)光(guang)(guang)學(xue)(xue)領(ling)(ling)域(yu)(yu)的(de)(de)年需求量(liang)占鍺(zang)(zang)消(xiao)費量(liang)的(de)(de)20-30%,鍺(zang)(zang)紅外(wai)光(guang)(guang)學(xue)(xue)器件(jian)主要作為紅外(wai)光(guang)(guang)學(xue)(xue)系(xi)統(tong)中的(de)(de)透鏡、棱鏡、窗(chuang)口(kou)、濾(lv)光(guang)(guang)片等的(de)(de)光(guang)(guang)學(xue)(xue)材料。紅外(wai)市場(chang)對(dui)鍺(zang)(zang)產(chan)品(pin)的(de)(de)未(wei)來(lai)需求增長(chang)主要體(ti)(ti)現于(yu)兩個方面(mian)(mian):軍事裝備(bei)的(de)(de)日(ri)益現代化帶(dai)動了對(dui)紅外(wai)產(chan)品(pin)的(de)(de)需求和民(min)用(yong)市場(chang)對(dui)紅外(wai)產(chan)品(pin)的(de)(de)需求。太(tai)陽能電池用(yong)鍺(zang)(zang)占據鍺(zang)(zang)總消(xiao)耗(hao)量(liang)的(de)(de)15%,太(tai)陽能電池領(ling)(ling)域(yu)(yu)對(dui)鍺(zang)(zang)系(xi)列產(chan)品(pin)的(de)(de)未(wei)來(lai)需求增長(chang)主要體(ti)(ti)現于(yu)兩個方面(mian)(mian):航(hang)空航(hang)天領(ling)(ling)域(yu)(yu)及衛星市場(chang)快速發(fa)展和地面(mian)(mian)光(guang)(guang)伏(fu)產(chan)業快速增長(chang)。
從全球產量分布來看,中國(guo)供給了世界71%的鍺產品,是(shi)全球最(zui)大的鍺生(sheng)產國(guo)和(he)出(chu)口(kou)國(guo),這主要是(shi)由于中國(guo)高附加值深加工(gong)產品技術環節薄弱,導致內(nei)需相對有限,產品多以初(chu)加工(gong)產品出(chu)口(kou)為主。
但(dan)是在(zai)需求旺盛刺(ci)激下,中(zhong)國(guo)(guo)(guo)鍺(zang)(zang)(zang)生(sheng)產(chan)技術能力(li)提升迅速,2010年(nian)(nian)以來中(zhong)國(guo)(guo)(guo)企業已經能夠(gou)生(sheng)產(chan)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)級、紅外(wai)級、太陽(yang)能級鍺(zang)(zang)(zang)系列產(chan)品。加之來政策推動力(li)度大,中(zhong)國(guo)(guo)(guo)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)領域鍺(zang)(zang)(zang)需求明顯(xian)增(zeng)長。2013年(nian)(nian)PET催化劑用(yong)鍺(zang)(zang)(zang)約占25%,電子太陽(yang)能用(yong)鍺(zang)(zang)(zang)約占15%,紅外(wai)光(guang)(guang)學用(yong)鍺(zang)(zang)(zang)比(bi)重(zhong)從42%降至25%,而(er)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)通(tong)訊約占鍺(zang)(zang)(zang)消費(fei)30%左右(you)的市場份額。2011年(nian)(nian)中(zhong)國(guo)(guo)(guo)鍺(zang)(zang)(zang)消費(fei)量(liang)為(wei)45金(jin)屬(shu)噸,2012年(nian)(nian)鍺(zang)(zang)(zang)消費(fei)量(liang)為(wei)50金(jin)屬(shu)噸,同比(bi)增(zeng)長11.11%;2013年(nian)(nian)鍺(zang)(zang)(zang)消費(fei)量(liang)為(wei)59金(jin)屬(shu)噸,同比(bi)增(zeng)長18.00%。
活化生(sheng)物電(dian)流,促進血液(ye)循(xun)環(huan),改善及預防身體的不適感。
保護紅血(xue)球(qiu),抵抗外來射線的襲擊(ji),使之不受損害。
代謝(xie)、免疫力(li)恢復并提(ti)高身體的自(zi)然治(zhi)愈(yu)力(li)。
抗(kang)(kang)腫瘤,抗(kang)(kang)炎癥,抗(kang)(kang)病毒。
早在1922年,美(mei)國的醫生就懂(dong)得用無機鍺來治療貧(pin)血。無機鍺還被用于其他治療,但療效存(cun)疑。它對(dui)癌癥的療效已經被討論過。美(mei)國食品(pin)藥品(pin)監督(du)管理局的研究結論為,當鍺被用作膳食補充劑時“有可能危害人體健(jian)康”。
一(yi)般認(ren)為鍺對(dui)(dui)動植(zhi)物(wu)的健康(kang)并(bing)不重要。然(ran)而它(ta)的一(yi)些化合(he)物(wu)能(neng)危害(hai)人體健康(kang)。例(li)如,四氯化鍺及(ji)甲鍺烷,分(fen)別為液(ye)體及(ji)氣體,能(neng)對(dui)(dui)眼睛、皮(pi)膚、肺(fei)部(bu)及(ji)喉嚨(long)造成很大的刺(ci)激。由于鍺在礦(kuang)石(shi)與(yu)碳質(carbonaceous)材料中(zhong)是(shi)一(yi)種稀有(you)(you)元素,加上在商業應用中(zhong)使用的量也不算多,所以它(ta)對(dui)(dui)自(zi)然(ran)并(bing)沒有(you)(you)什么影響。
鍺(zang)(zang)(zang)中(zhong)毒屬(shu)低毒,動物(wu)吸(xi)入(ru)大量金屬(shu)鍺(zang)(zang)(zang)和(he)氧(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)后可致肺部(bu)炎(yan)性損害,吸(xi)入(ru)四(si)氯(lv)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)和(he)四(si)氟化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)對呼(hu)吸(xi)道黏膜有強烈刺激作(zuo)用,四(si)氯(lv)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)還可引起肝腎損害,鍺(zang)(zang)(zang)化(hua)(hua)氫,包括鍺(zang)(zang)(zang)甲烷(wan)(GeH4)、鍺(zang)(zang)(zang)乙烷(wan)(Ge2H6)和(he)鍺(zang)(zang)(zang)丙(bing)烷(wan)(Ge3H8)有類似砷(shen)化(hua)(hua)氫、銻化(hua)(hua)氫的(de)溶血作(zuo)用。
應貯存在陰涼、通風、干燥、清潔、無化(hua)學藥(yao)品腐蝕氣氛的庫(ku)房內(nei)。防(fang)(fang)(fang)(fang)潮。不(bu)可與酸(suan)、堿類(lei)產品共貯混(hun)運。在運輸過(guo)程中要(yao)防(fang)(fang)(fang)(fang)雨淋、防(fang)(fang)(fang)(fang)震。裝卸時要(yao)小心輕放,防(fang)(fang)(fang)(fang)止碰撞(zhuang)和滾(gun)動,防(fang)(fang)(fang)(fang)止機械損傷。