鍺(zang)、錫和鉛在元(yuan)(yuan)素周期表中(zhong)是同屬一族(zu),后兩者早被古代人們發現并利用,而(er)鍺(zang)長時(shi)期以來沒有被工業規模的(de)開采。這并不是由于鍺(zang)在地(di)殼中(zhong)的(de)含(han)量少,而(er)是因為它是地(di)殼中(zhong)最分(fen)散的(de)元(yuan)(yuan)素之一,含(han)鍺(zang)的(de)礦石(shi)是很少的(de)。
門捷列夫于1871年(nian)預(yu)言其存在(zai),十四年(nian)后德國(guo)化學家文(wen)克勒于1885年(nian)在(zai)分析(xi)硫銀鍺(zang)(zang)(zang)礦時發現了(le)鍺(zang)(zang)(zang),后由硫化鍺(zang)(zang)(zang)與(yu)氫共熱,制出了(le)鍺(zang)(zang)(zang)。門捷列夫把(ba)它命(ming)名為類硅。1886年(nian),德國(guo)弗萊貝(bei)格(Freiberg)礦業學院(21世(shi)紀的(de)(de)(de)TU Bergakademie Freiberg)分析(xi)化學教授文(wen)克勒在(zai)分析(xi)夫賴堡附(fu)近(jin)發現的(de)(de)(de)一種新的(de)(de)(de)礦石——argyrodite(輝銀鍺(zang)(zang)(zang)礦4Ag2S·GeS2)的(de)(de)(de)時候(hou),發現有一未知的(de)(de)(de)新元素并通過實(shi)驗驗證了(le)自己(ji)的(de)(de)(de)推斷,鍺(zang)(zang)(zang)元素終(zhong)于被發現。
從(cong)德(de)國的(de)拉丁名germania命名新元(yuan)素為(wei)germanium(鍺(zang)),以紀念發現鍺(zang)的(de)文克勒的(de)祖國,元(yuan)素符(fu)號定為(wei)Ge。鍺(zang)繼鎵(jia)和鈧(kang)后(hou)被(bei)發現,鞏(gong)固了化(hua)學元(yuan)素周期系。
鍺(zang)(zang)在自然界分布很散(san)(san)很廣。銅(tong)礦、鐵(tie)礦、硫化礦以至巖石(shi),泥土和泉水中(zhong)(zhong)都含(han)(han)(han)有微量的鍺(zang)(zang)。鍺(zang)(zang)在地殼中(zhong)(zhong)的含(han)(han)(han)量為一百萬分之七(qi),比(bi)之于氧(yang)、硅等(deng)常見元(yuan)素當(dang)然是(shi)少,但(dan)是(shi),卻比(bi)砷、鈾、汞、碘(dian)、銀(yin)、金等(deng)元(yuan)素都多。然而,鍺(zang)(zang)卻非常分散(san)(san),幾乎沒有比(bi)較(jiao)集(ji)中(zhong)(zhong)的鍺(zang)(zang)礦,因此,被人們稱為“稀散(san)(san)金屬”。已發現的鍺(zang)(zang)礦有硫銀(yin)鍺(zang)(zang)礦(含(han)(han)(han)鍺(zang)(zang)5~7%)、鍺(zang)(zang)石(shi)(含(han)(han)(han)鍺(zang)(zang)10%),硫銅(tong)鐵(tie)鍺(zang)(zang)礦(含(han)(han)(han)鍺(zang)(zang)7%)。鍺(zang)(zang)礦石(shi)的鍺(zang)(zang)含(han)(han)(han)量量有200ppm和393ppm兩種,顏(yan)色為青(qing)灰(hui)色、紅花色兩種。
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
鍺還常夾雜(za)在許多鉛礦(kuang)、銅礦(kuang)、鐵(tie)礦(kuang)、銀礦(kuang)中(zhong),就連普(pu)通(tong)的煤中(zhong),一(yi)般也(ye)含有十萬分之(zhi)一(yi)左右(you)的鍺,也(ye)就是說(shuo),一(yi)噸煤中(zhong)平均就含有10克左右(you)的鍺。在普(pu)通(tong)的泥土、巖石(shi)、甚至(zhi)泉(quan)水中(zhong),也(ye)含有微量鍺。
基本信息
鍺粉末狀呈(cheng)暗藍(lan)色(se),結晶狀,為銀(yin)白色(se)脆金屬。化合(he)價+2和+4。第(di)一電離能7.899eV,是一種(zhong)稀有(you)金屬,重要的半導體材料(liao),不(bu)溶于水。
據X射線研究(jiu)證明,鍺晶體里的原子排(pai)列(lie)與(yu)金剛石(shi)差(cha)不多,結構決(jue)定性能,所(suo)以(yi)鍺與(yu)金剛石(shi)一樣硬(ying)而且脆。
導電性
鍺,就其導(dao)(dao)電的本領而言,優于(yu)一般(ban)非(fei)金屬,劣于(yu)一般(ban)金屬,這在物理(li)學上稱(cheng)為“半導(dao)(dao)體(ti)”,對(dui)固體(ti)物理(li)和固體(ti)電子學的發(fa)展(zhan)有重要作(zuo)用。鍺有著良好(hao)的半導(dao)(dao)體(ti)性質,如電子遷移(yi)率、空穴遷移(yi)率等(deng)等(deng)。鍺的發(fa)展(zhan)仍具有很大的潛(qian)力。
鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)化(hua)學性質穩定(ding),常溫下不(bu)與空氣或水蒸汽作(zuo)用,但在(zai)600~700℃時,很快生成二氧化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)。與鹽酸(suan)、稀硫酸(suan)不(bu)起作(zuo)用。濃硫酸(suan)在(zai)加(jia)熱時,鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)會緩(huan)慢溶(rong)解。在(zai)硝酸(suan)、王水中,鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)易溶(rong)解。堿溶(rong)液與鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)的(de)作(zuo)用很弱,但熔融的(de)堿在(zai)空氣中,能(neng)使鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)迅(xun)速溶(rong)解。鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)與碳(tan)不(bu)起作(zuo)用,所(suo)以在(zai)石墨(mo)坩堝中熔化(hua),不(bu)會被碳(tan)所(suo)污染。
鍺(zang)(zang)在(zai)(zai)元素(su)周(zhou)期表(biao)上的(de)(de)(de)位置正好夾(jia)在(zai)(zai)金(jin)屬(shu)與非金(jin)屬(shu)之間,因(yin)此具(ju)有(you)許多(duo)類似于(yu)(yu)非金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)質(zhi),這(zhe)在(zai)(zai)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)上稱為(wei)“亞(ya)金(jin)屬(shu)”,電子(zi)排布為(wei)[Ar]3d104s24p2。但(dan)它的(de)(de)(de)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)性(xing)(xing)質(zhi)類似于(yu)(yu)臨(lin)近族的(de)(de)(de)元素(su),尤其(qi)是(shi)砷和銻。化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)上或毒物(wu)學(xue)(xue)上重要的(de)(de)(de)鍺(zang)(zang)化(hua)(hua)(hua)合物(wu)很少。鍺(zang)(zang)的(de)(de)(de)二氧化(hua)(hua)(hua)物(wu),一(yi)種(zhong)(zhong)微(wei)溶(rong)于(yu)(yu)水的(de)(de)(de)白色粉末,形成鍺(zang)(zang)酸,這(zhe)類似于(yu)(yu)硅酸。四氯化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)是(shi)一(yi)種(zhong)(zhong)不穩定(ding)的(de)(de)(de)液體(ti),四氟(fu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)是(shi)一(yi)種(zhong)(zhong)氣體(ti),它們很容易在(zai)(zai)水中水解。氫化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(鍺(zang)(zang)烷(wan)(wan))是(shi)一(yi)種(zhong)(zhong)相對穩定(ding)的(de)(de)(de)氣體(ti)。有(you)機鍺(zang)(zang)化(hua)(hua)(hua)合物(wu),烷(wan)(wan)基可以替換個多(duo)個Ge原子(zi),和錫、汞、砷等(deng)類似,但(dan)毒性(xing)(xing)小的(de)(de)(de)多(duo)。鍺(zang)(zang)元素(su)及其(qi)二氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)毒性(xing)(xing)不強,四鹵化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)是(shi)刺激性(xing)(xing)的(de)(de)(de),氫化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)毒性(xing)(xing)最強。鍺(zang)(zang)不溶(rong)于(yu)(yu)稀(xi)酸及堿,但(dan)溶(rong)于(yu)(yu)濃硫酸。
鍺在(zai)室溫下是穩定的(de),但也會生(sheng)成GeO單(dan)(dan)層膜,時間長(chang)了會逐漸(jian)變成GeO2單(dan)(dan)層膜。而(er)(er)當鍺的(de)表面吸附了水蒸氣便破壞了氧化(hua)膜的(de)鈍化(hua)性質(zhi),而(er)(er)生(sheng)成厚的(de)氧化(hua)物。
鍺(zang)(zang)在較高溫(wen)度(du)(du)下便氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua),且(qie)伴隨有失重的(de)(de)現象(xiang),原因是生成(cheng)了GeO,因其有較強的(de)(de)揮發性(xing)。研(yan)究(jiu)者研(yan)究(jiu)了鍺(zang)(zang)表面(mian)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)過程(cheng),先在600℃時用CO還原鍺(zang)(zang),以(yi)排除鍺(zang)(zang)表面(mian)的(de)(de)結(jie)合氧(yang)或吸(xi)附(fu)氧(yang)。再在25~400℃,10kPa的(de)(de)氧(yang)壓下氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang),僅1min即形成(cheng)了第一氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)層。當(dang)溫(wen)度(du)(du)超過250℃很快形成(cheng)第二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)層。再升高溫(wen)度(du)(du),氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)速(su)度(du)(du)顯著變慢(man)。在400℃氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)3h,形成(cheng)厚度(du)(du)為(wei)1.75nm的(de)(de)GeO2膜。
鍺(zang)在不(bu)(bu)同溶(rong)(rong)劑中的(de)(de)腐蝕溶(rong)(rong)解(jie)行為(wei)不(bu)(bu)同。n型(xing)鍺(zang)的(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)電位比p型(xing)略正,所以(yi)在相同溶(rong)(rong)液中前(qian)者的(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)速(su)度較快。鍺(zang)易(yi)溶(rong)(rong)于(yu)加氧(yang)化劑的(de)(de)熱酸、熱堿和H2O2中。難溶(rong)(rong)于(yu)稀(xi)硫酸、鹽酸和冷堿液。鍺(zang)在100℃的(de)(de)水中是(shi)不(bu)(bu)溶(rong)(rong)的(de)(de),而在室溫下(xia)飽和氧(yang)的(de)(de)水中,溶(rong)(rong)解(jie)速(su)度接近1μg/(cm·h)。
H2O2對鍺(zang)的溶解(jie)
室溫下3%的(de)H2O2能緩慢地溶(rong)解(jie)塊狀的(de)鍺(zang),升溫到(dao)90~100℃時溶(rong)解(jie)速度加快。n型鍺(zang)在100℃的(de)H2O2中的(de)溶(rong)解(jie)速度受H2O2濃度的(de)影(ying)響。
(1)鍺(zang)被氧化為GeO,在表(biao)面(mian)形成(cheng)單(dan)層GeO:Ge+H?O?══GeO
(2)進一步氧(yang)化(hua)為GeO2:GeO+H2O2=GeO2+H2O
(3)GeO2+H2O=H2GeO3
當溶(rong)液中(zhong)有堿存在(zai)時(shi),鍺酸與堿作用生成鍺酸鈉,而(er)加(jia)速鍺的溶(rong)解。H2GeO3+NaOH=Na2GeO3+2H2O
鍺在(zai)硫酸(suan)中的溶(rong)解
90℃時濃(nong)硫(liu)酸與(yu)塊狀鍺(zang)有微量反應,歷時一周鍺(zang)的損失量為1%。
鍺在(zai)硝酸中的溶解
濃硝(xiao)酸(suan)能(neng)腐蝕塊狀鍺的表(biao)面(mian)。鍺在硝(xiao)酸(suan)中的溶解(jie)速度受硝(xiao)酸(suan)的濃度、攪拌速度、溫度等因素的影響。
鍺與堿液的作用
氫(qing)(qing)氧(yang)化(hua)鈉(na)和氫(qing)(qing)氧(yang)化(hua)鉀(jia)(jia)水溶液與鍺(zang)的(de)(de)作用(yong)很慢(man),但是(shi)熔(rong)融的(de)(de)氫(qing)(qing)氧(yang)化(hua)鈉(na)、氫(qing)(qing)氧(yang)化(hua)鉀(jia)(jia)、Na2CO3、Na2O2、NaB4O7能迅速(su)地溶解各(ge)種(zhong)形態的(de)(de)鍺(zang),生成(cheng)堿金屬的(de)(de)鍺(zang)酸鹽(yan)。
鍺在某些鹽溶液中的溶解
鍺可溶(rong)(rong)于(yu)某些(xie)電(dian)解質(zhi)溶(rong)(rong)液,如硫酸鈉、鉀的氯(lv)化(hua)物、硝酸鹽(yan)、氯(lv)化(hua)銫、氯(lv)化(hua)鑭等。
與其他物質的作(zuo)用
加熱時(shi)(shi)粉狀的鍺在氯和溴中能燃燒,生產四鹵化鍺,加熱時(shi)(shi)干燥的HCl氣體能腐(fu)蝕鍺。
鍺最常出現的(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)態是+4,但是已知它在不少化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)態為+2。其他的(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)態則(ze)很(hen)罕見,例如化(hua)(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)Ge2Cl6中(zhong)(zhong)(zhong)為+3,在氧化(hua)(hua)(hua)(hua)層表面測到(dao)的(de)(de)+3與+1氧化(hua)(hua)(hua)(hua)態。多種(zhong)含鍺的(de)(de)陰性簇離子(津特耳(er)離子)已經被制備出來,當中(zhong)(zhong)(zhong)包括Ge4、Ge9、Ge9及[(Ge9)2],其中(zhong)(zhong)(zhong)一種(zhong)方法是在乙(yi)二胺或穴(xue)醚的(de)(de)催化(hua)(hua)(hua)(hua)下,從置于液態氨的(de)(de)鍺與堿金(jin)屬合(he)金(jin)中(zhong)(zhong)(zhong)進行提(ti)取(qu),這些(xie)離子中(zhong)(zhong)(zhong)鍺的(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)態并非(fei)整數(shu)——這點跟臭氧根離子中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)氧一樣。在250℃時,鍺會(hui)緩慢地(di)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)成GeO2。
鍺(zang)共有兩種氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu):二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)和一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)。焙燒二(er)硫化(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(GeS2)后可得二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang),二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)是一(yi)種白(bai)色的(de)(de)(de)粉(fen)末,微溶(rong)(rong)于(yu)水,但與(yu)堿(jian)反應(ying)(ying)并生成(cheng)鍺(zang)酸鹽(yan)。當二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)與(yu)鍺(zang)金屬(shu)發生高(gao)溫反應(ying)(ying)時,會生成(cheng)一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang),熔點1115℃,密度4.25g/cm3,微溶(rong)(rong)于(yu)水。二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)GeO2,具(ju)有金剛石型(xing)的(de)(de)(de)四(si)方晶(jing)型(xing)和介穩的(de)(de)(de)α–石英(ying)型(xing)的(de)(de)(de)六方晶(jing)型(xing),熔點1086℃,密度6.24g/cm3,不溶(rong)(rong)于(yu)水,二(er)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)在常(chang)溫或在加熱條件下都比較穩定,難溶(rong)(rong)于(yu)酸,易溶(rong)(rong)于(yu)強堿(jian)溶(rong)(rong)液(ye),生成(cheng)鍺(zang)(IV)酸鹽(yan),它主要用于(yu)制造高(gao)折(zhe)射率的(de)(de)(de)光學(xue)玻璃,也(ye)是制備金屬(shu)鍺(zang)的(de)(de)(de)原料(liao)。
GeS2+2O2 = GeO2+SO2
GeO2+Ge = 2GeO
GeO2+2NaOH = Na2GeO3+H2O
一氧化(hua)鍺GeO,黑色(se)針狀晶(jing)體,700℃分解,不溶于水,易溶于酸和濃強堿溶液;在空(kong)氣(qi)中加(jia)熱(re)(re)易轉化(hua)成二(er)氧化(hua)鍺,隔絕(jue)空(kong)氣(qi)加(jia)熱(re)(re)易發生歧化(hua)反(fan)應。在加(jia)熱(re)(re)條件下,用氫(qing)氣(qi)或(huo)一氧化(hua)碳還原(yuan)二(er)氧化(hua)鍺可制備一氧化(hua)鍺。
GeO2+H2 = GeO+H2O
鍺(zang)(zang)(zang)還能(neng)與氧族元素(su)生(sheng)成(cheng)二元化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu),例如(ru)二硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、二硒(xi)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(GeSe2)、一(yi)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(GeS)、一(yi)硒(xi)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(GeSe)及(ji)碲(di)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(GeTe)。把(ba)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)氫(qing)氣體通過含Ge(IV)的(de)濃酸(suan)(suan)(suan)溶(rong)(rong)液(ye)時,會(hui)生(sheng)成(cheng)白色沉淀物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu),即二硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)。二硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)能(neng)很好(hao)地(di)溶(rong)(rong)于(yu)水、苛性(xing)(xing)(xing)鈉溶(rong)(rong)液(ye)及(ji)堿金(jin)屬(shu)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)溶(rong)(rong)液(ye)中。但是,它不溶(rong)(rong)于(yu)帶酸(suan)(suan)(suan)性(xing)(xing)(xing)的(de)水中,溫克勒就是因為這項性(xing)(xing)(xing)質才發現了(le)鍺(zang)(zang)(zang)。把(ba)二硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)置于(yu)氫(qing)氣流中加(jia)熱,會(hui)生(sheng)成(cheng)一(yi)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(GeS),它升華后(hou)會(hui)形(xing)成(cheng)一(yi)圈色暗但具金(jin)屬(shu)光澤的(de)薄層(ceng),它可溶(rong)(rong)于(yu)苛性(xing)(xing)(xing)鈉溶(rong)(rong)液(ye)中。把(ba)一(yi)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)、堿金(jin)屬(shu)碳酸(suan)(suan)(suan)鹽與硫(liu)(liu)一(yi)起(qi)加(jia)熱后(hou),會(hui)生(sheng)成(cheng)一(yi)種(zhong)鍺(zang)(zang)(zang)鹽化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu),叫硫(liu)(liu)代鍺(zang)(zang)(zang)酸(suan)(suan)(suan)鹽。
Na4GeO4+4H2SO4→Ge(SO4)2+2Na2SO4+4H2O
Ge(SO4)2+2H2S→GeS2+2H2SO4
鍺(zang)共有四(si)(si)(si)種(zhong)已知的四(si)(si)(si)鹵化物。在正常狀(zhuang)況下四(si)(si)(si)碘化鍺(zang)(GeI4)為(wei)(wei)固體,四(si)(si)(si)氟化鍺(zang)(GeF4)為(wei)(wei)氣(qi)體,其(qi)余兩種(zhong)為(wei)(wei)揮(hui)發性液(ye)體。把鍺(zang)與氯(lv)氣(qi)一(yi)塊加熱(re),會得到一(yi)種(zhong)沸(fei)點為(wei)(wei)83.1℃的無(wu)色(se)發煙液(ye)體,即(ji)四(si)(si)(si)氯(lv)化鍺(zang)(GeCl4):無(wu)色(se)液(ye)體,在濕空氣(qi)中因水解而產生(sheng)煙霧,易揮(hui)發,其(qi)熔點為(wei)(wei)-51.50℃,沸(fei)點為(wei)(wei)86.55℃,密度為(wei)(wei)1.88g/cm3,溶于乙醇和乙醚,遇水發生(sheng)水解。
GeCl4+4H2O→Ge(OH)4+4HCl
鍺(zang)的(de)所有(you)(you)四(si)鹵化(hua)(hua)(hua)物(wu)都能很容易地被(bei)水解(jie),生成(cheng)含水二(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)。四(si)氯(lv)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)用(yong)于(yu)制備有(you)(you)機鍺(zang)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)。跟四(si)鹵化(hua)(hua)(hua)物(wu)相反的(de)是,全(quan)部四(si)種已(yi)知(zhi)(zhi)的(de)二(er)鹵化(hua)(hua)(hua)物(wu),皆為聚合(he)固體(ti)。另外已(yi)知(zhi)(zhi)的(de)鹵化(hua)(hua)(hua)物(wu)還包括Ge2Cl6及GenCl2n+2。還有(you)(you)一種奇特(te)的(de)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu)Ge6Cl16,里面含有(you)(you)新戊(wu)烷結(jie)構的(de)Ge5Cl12。
溫克勒于1887年(nian)合成出第一種有(you)機(ji)鍺(zang)(zang)化合物(organogermanium compound),四(si)氯(lv)化鍺(zang)(zang)與二乙基鋅反應生(sheng)成四(si)乙基鍺(zang)(zang)(Ge(C2H5)4)。R4Ge型(xing)(其中R為烴基)的(de)有(you)機(ji)鍺(zang)(zang)烷,如(ru)四(si)甲基鍺(zang)(zang)(Ge(CH3)4)及(ji)四(si)乙基鍺(zang)(zang),是由最便宜的(de)鍺(zang)(zang)前驅物四(si)氯(lv)化鍺(zang)(zang)及(ji)甲基親核(he)劑(ji)反應而(er)成。有(you)機(ji)鍺(zang)(zang)氫化物,如(ru)異丁基鍺(zang)(zang)烷((CH3)2CHCH2GeH3)的(de)危險性比(bi)較低,因(yin)此(ci)半導(dao)體(ti)工業會(hui)用(yong)液體(ti)的(de)氫化物來取代氣體(ti)的(de)甲鍺(zang)(zang)烷。有(you)機(ji)鍺(zang)(zang)化合物2-羧乙基鍺(zang)(zang)倍(bei)半氧烷(2-carboxyethylgermasesquioxane),于1970年(nian)被(bei)發現,曾(ceng)經(jing)有(you)一段時(shi)間被(bei)用(yong)作膳食(shi)補充劑(ji),當時(shi)認為它可能對腫瘤(liu)有(you)療效。
甲鍺(zang)烷(wan)(wan)(GeH4)是一(yi)種結構與(yu)甲烷(wan)(wan)相近的(de)化(hua)合物。多鍺(zang)烷(wan)(wan)(即與(yu)烷(wan)(wan)相似的(de)鍺(zang)化(hua)合物)的(de)化(hua)學式為GenH2n+2,現時仍沒有(you)發現n大于五(wu)的(de)多鍺(zang)烷(wan)(wan)。相對于硅(gui)烷(wan)(wan),鍺(zang)烷(wan)(wan)的(de)揮發性(xing)和活(huo)性(xing)都較低(di)。GeH4在(zai)液態氨中與(yu)堿金屬(shu)反(fan)應后,會產(chan)生白色的(de)MGeH3晶體(ti)(ti),當(dang)中含(han)有(you)GeH3陰離子。含(han)一(yi)、二、三個鹵素(su)原(yuan)子的(de)氫鹵化(hua)鍺(zang),皆為無色的(de)活(huo)性(xing)液體(ti)(ti)。
鍺(zang)(zang)(zang)(zang)的提(ti)取方法是(shi)首先將鍺(zang)(zang)(zang)(zang)的富集物用(yong)濃鹽酸(suan)氯化,制取四(si)氯化鍺(zang)(zang)(zang)(zang),再用(yong)鹽酸(suan)溶劑萃取法除去主(zhu)要的雜質砷(shen),然后經(jing)石英塔兩次精餾提(ti)純,再經(jing)高純鹽酸(suan)洗滌,可得(de)(de)到高純四(si)氯化鍺(zang)(zang)(zang)(zang),用(yong)高純水(shui)(shui)使四(si)氯化鍺(zang)(zang)(zang)(zang)水(shui)(shui)解(jie),得(de)(de)到高純二氧化鍺(zang)(zang)(zang)(zang)。一些雜質會進入水(shui)(shui)解(jie)母液(ye),所以水(shui)(shui)解(jie)過程也(ye)是(shi)提(ti)純過程。純二氧化鍺(zang)(zang)(zang)(zang)經(jing)烘(hong)干(gan)煅燒,在(zai)還(huan)原(yuan)爐的石英管內用(yong)氫氣(qi)于(yu)650-680℃還(huan)原(yuan)得(de)(de)到金屬(shu)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)。半導體工業用(yong)的高純鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(雜質少于(yu)1/1010)可以用(yong)區域熔煉(lian)技術獲(huo)得(de)(de)。
4HCl+GeO2→GeCl4+2H2O
GeCl4+(n+2)H2O→GeO2·nH2O+4HCl
GeO2+2H2→Ge+2H2O
鍺(zang)具(ju)備多(duo)方面的特殊性質,在半導體、航(hang)(hang)空(kong)航(hang)(hang)天測(ce)控、核物(wu)理探測(ce)、光纖通訊、紅外光學、太(tai)陽能電池、化(hua)學催化(hua)劑、生物(wu)醫學等(deng)領域都有廣泛而重要(yao)的應用(yong),是(shi)一(yi)種(zhong)重要(yao)的戰(zhan)略資源。在電子工(gong)業(ye)中,在合(he)金預處理中,在光學工(gong)業(ye)上,還可以作為催化(hua)劑。
高純(chun)度的(de)鍺是半導(dao)體材料。從(cong)高純(chun)度的(de)氧化(hua)鍺還原,再經熔煉可提(ti)取而得。摻有微量特(te)定(ding)雜質的(de)鍺單晶,可用于(yu)制(zhi)各種晶體管、整流器(qi)及其他器(qi)件(jian)。鍺的(de)化(hua)合物用于(yu)制(zhi)造(zao)熒光板及各種高折(zhe)光率的(de)玻璃(li)。
鍺(zang)(zang)單(dan)(dan)晶(jing)可(ke)(ke)作(zuo)(zuo)晶(jing)體管(guan),是(shi)第(di)一(yi)代晶(jing)體管(guan)材料(liao)(liao)。鍺(zang)(zang)材用(yong)于輻射探測器及熱電(dian)材料(liao)(liao)。高純(chun)鍺(zang)(zang)單(dan)(dan)晶(jing)具有(you)高的(de)折(zhe)射系(xi)數,對紅(hong)外線(xian)透(tou)(tou)明,不透(tou)(tou)過可(ke)(ke)見光(guang)和(he)(he)紫外線(xian),可(ke)(ke)作(zuo)(zuo)專透(tou)(tou)紅(hong)外光(guang)的(de)鍺(zang)(zang)窗、棱鏡(jing)或(huo)透(tou)(tou)鏡(jing)。20世紀初(chu),鍺(zang)(zang)單(dan)(dan)質(zhi)曾用(yong)于治療貧血(xue),之(zhi)后成為最(zui)早應用(yong)的(de)半導體元素。單(dan)(dan)質(zhi)鍺(zang)(zang)的(de)折(zhe)射系(xi)數很高,只對紅(hong)外光(guang)透(tou)(tou)明,而對可(ke)(ke)見光(guang)和(he)(he)紫外光(guang)不透(tou)(tou)明,所以紅(hong)外夜視儀等軍用(yong)觀察(cha)儀采(cai)用(yong)純(chun)鍺(zang)(zang)制作(zuo)(zuo)透(tou)(tou)鏡(jing)。鍺(zang)(zang)和(he)(he)鈮(ni)的(de)化(hua)合(he)物(wu)是(shi)超導材料(liao)(liao)。二氧化(hua)鍺(zang)(zang)是(shi)聚(ju)合(he)反(fan)應的(de)催化(hua)劑(ji),含(han)二氧化(hua)鍺(zang)(zang)的(de)玻璃有(you)較(jiao)高的(de)折(zhe)射率和(he)(he)色散性能,可(ke)(ke)作(zuo)(zuo)廣角照相機和(he)(he)顯微鏡(jing)鏡(jing)頭,三氯化(hua)鍺(zang)(zang)還是(shi)新型光(guang)纖材料(liao)(liao)添加劑(ji)。
據數據顯(xian)示,2013年來(lai)光(guang)纖(xian)通信行業的發(fa)展、紅外光(guang)學在軍用(yong)、民用(yong)領域的應用(yong)不斷(duan)擴大,太陽(yang)(yang)能(neng)電池在空間的使(shi)用(yong),地面聚光(guang)高效率太陽(yang)(yang)能(neng)電站推廣,全球對鍺的需求量在持(chi)續(xu)穩(wen)定增長。
全(quan)(quan)球(qiu)光(guang)纖網絡市(shi)場(chang)尤其是北(bei)美(mei)和日本(ben)光(guang)纖市(shi)場(chang)的(de)復蘇拉動了光(guang)纖市(shi)場(chang)的(de)快(kuai)速增(zeng)(zeng)長。21世(shi)紀全(quan)(quan)球(qiu)光(guang)纖需求年增(zeng)(zeng)長率已(yi)經達(da)到了20%。未來中國光(guang)纖到戶、3G建設(she)及村通工程(cheng)將(jiang)拉動中國光(guang)纖用鍺需求快(kuai)速增(zeng)(zeng)長。
鍺在紅外(wai)(wai)光(guang)學(xue)領(ling)域的(de)(de)(de)年需(xu)求(qiu)量(liang)占鍺消費量(liang)的(de)(de)(de)20-30%,鍺紅外(wai)(wai)光(guang)學(xue)器件主要(yao)(yao)作(zuo)為紅外(wai)(wai)光(guang)學(xue)系統(tong)中的(de)(de)(de)透鏡、棱(leng)鏡、窗(chuang)口、濾(lv)光(guang)片(pian)等的(de)(de)(de)光(guang)學(xue)材(cai)料。紅外(wai)(wai)市(shi)場對(dui)(dui)鍺產(chan)品的(de)(de)(de)未來需(xu)求(qiu)增長(chang)主要(yao)(yao)體(ti)現于(yu)兩個方面(mian):軍事裝備的(de)(de)(de)日(ri)益(yi)現代化帶動了對(dui)(dui)紅外(wai)(wai)產(chan)品的(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)和民用市(shi)場對(dui)(dui)紅外(wai)(wai)產(chan)品的(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)。太(tai)陽能(neng)電池用鍺占據鍺總消耗量(liang)的(de)(de)(de)15%,太(tai)陽能(neng)電池領(ling)域對(dui)(dui)鍺系列產(chan)品的(de)(de)(de)未來需(xu)求(qiu)增長(chang)主要(yao)(yao)體(ti)現于(yu)兩個方面(mian):航(hang)空航(hang)天領(ling)域及衛星市(shi)場快(kuai)(kuai)速(su)發展和地(di)面(mian)光(guang)伏產(chan)業快(kuai)(kuai)速(su)增長(chang)。
從全球產(chan)(chan)(chan)(chan)量分布來看,中國供(gong)給了世界(jie)71%的鍺(zang)產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin),是(shi)全球最(zui)大(da)的鍺(zang)生產(chan)(chan)(chan)(chan)國和出口國,這(zhe)主要是(shi)由于中國高附加(jia)值(zhi)深(shen)加(jia)工(gong)產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)技術(shu)環節薄(bo)弱(ruo),導致(zhi)內(nei)需相對有(you)限(xian),產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)多以初加(jia)工(gong)產(chan)(chan)(chan)(chan)品(pin)出口為主。
但(dan)是(shi)在需(xu)求(qiu)(qiu)旺盛刺激(ji)下,中國(guo)鍺(zang)(zang)生(sheng)產(chan)(chan)技術能(neng)力(li)提升迅速,2010年(nian)(nian)以(yi)來(lai)中國(guo)企業已(yi)經能(neng)夠生(sheng)產(chan)(chan)光(guang)(guang)纖(xian)級、紅(hong)外級、太陽(yang)能(neng)級鍺(zang)(zang)系列(lie)產(chan)(chan)品。加之(zhi)來(lai)政策推動力(li)度大(da),中國(guo)光(guang)(guang)纖(xian)領(ling)域鍺(zang)(zang)需(xu)求(qiu)(qiu)明顯(xian)增長(chang)(chang)。2013年(nian)(nian)PET催化劑(ji)用鍺(zang)(zang)約(yue)占25%,電子太陽(yang)能(neng)用鍺(zang)(zang)約(yue)占15%,紅(hong)外光(guang)(guang)學(xue)用鍺(zang)(zang)比(bi)重從42%降至25%,而光(guang)(guang)纖(xian)通(tong)訊約(yue)占鍺(zang)(zang)消費30%左右的市(shi)場(chang)份額。2011年(nian)(nian)中國(guo)鍺(zang)(zang)消費量(liang)為45金屬噸,2012年(nian)(nian)鍺(zang)(zang)消費量(liang)為50金屬噸,同比(bi)增長(chang)(chang)11.11%;2013年(nian)(nian)鍺(zang)(zang)消費量(liang)為59金屬噸,同比(bi)增長(chang)(chang)18.00%。
活化生物電流,促(cu)進血液循(xun)環,改善及預防身體的不適感。
保護紅血球(qiu),抵抗外來射線的襲擊(ji),使(shi)之不(bu)受(shou)損害(hai)。
代謝、免疫力恢(hui)復并提高身體的自然(ran)治愈力。
抗(kang)腫瘤(liu),抗(kang)炎癥,抗(kang)病毒(du)。
早在1922年,美國(guo)的(de)醫生就懂得用(yong)(yong)無機鍺來治(zhi)(zhi)療(liao)貧血。無機鍺還被用(yong)(yong)于其(qi)他治(zhi)(zhi)療(liao),但療(liao)效(xiao)(xiao)存疑(yi)。它(ta)對癌癥的(de)療(liao)效(xiao)(xiao)已經被討論過。美國(guo)食(shi)(shi)品藥品監督管理(li)局的(de)研究結論為(wei),當(dang)鍺被用(yong)(yong)作膳食(shi)(shi)補充(chong)劑(ji)時“有可(ke)能危害人體健(jian)康”。
一般認為(wei)鍺(zang)(zang)對(dui)動(dong)植(zhi)物(wu)的健康并(bing)不重要。然而它的一些化合(he)物(wu)能危害人體(ti)健康。例如(ru),四氯化鍺(zang)(zang)及(ji)甲鍺(zang)(zang)烷(wan),分別為(wei)液體(ti)及(ji)氣(qi)體(ti),能對(dui)眼睛、皮膚、肺部及(ji)喉嚨造成很大的刺激。由(you)于鍺(zang)(zang)在礦石與碳質(carbonaceous)材(cai)料中是一種稀有元素(su),加上在商業應用(yong)中使用(yong)的量(liang)也不算多,所以它對(dui)自然并(bing)沒(mei)有什么(me)影響。
鍺(zang)(zang)(zang)中毒(du)屬低毒(du),動(dong)物吸入(ru)大量金屬鍺(zang)(zang)(zang)和(he)氧(yang)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)后可致肺部(bu)炎性(xing)損(sun)害(hai),吸入(ru)四氯(lv)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)和(he)四氟化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)對呼吸道黏(nian)膜有(you)強烈刺激作(zuo)用(yong),四氯(lv)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)還可引起肝腎損(sun)害(hai),鍺(zang)(zang)(zang)化(hua)氫,包括鍺(zang)(zang)(zang)甲烷(GeH4)、鍺(zang)(zang)(zang)乙(yi)烷(Ge2H6)和(he)鍺(zang)(zang)(zang)丙烷(Ge3H8)有(you)類似砷化(hua)氫、銻(ti)化(hua)氫的溶血作(zuo)用(yong)。
應貯存(cun)在陰(yin)涼、通風、干燥、清潔、無化學藥品(pin)腐蝕氣(qi)氛的庫房內(nei)。防(fang)(fang)潮(chao)。不可(ke)與酸、堿類產品(pin)共貯混運。在運輸過程中要防(fang)(fang)雨淋、防(fang)(fang)震。裝(zhuang)卸時要小(xiao)心輕放,防(fang)(fang)止碰(peng)撞和滾(gun)動(dong),防(fang)(fang)止機(ji)械損(sun)傷。