鍺(zang)(zang)、錫和鉛在(zai)元(yuan)素(su)(su)周期(qi)表中(zhong)是(shi)(shi)(shi)同屬(shu)一族,后(hou)兩者(zhe)早被古(gu)代(dai)人們發現并利(li)用,而鍺(zang)(zang)長(chang)時期(qi)以來沒有被工(gong)業規(gui)模的(de)開采(cai)。這(zhe)并不是(shi)(shi)(shi)由于鍺(zang)(zang)在(zai)地殼(ke)中(zhong)的(de)含量少,而是(shi)(shi)(shi)因為它是(shi)(shi)(shi)地殼(ke)中(zhong)最分(fen)散的(de)元(yuan)素(su)(su)之一,含鍺(zang)(zang)的(de)礦(kuang)石是(shi)(shi)(shi)很少的(de)。
門(men)捷(jie)列(lie)夫(fu)于1871年(nian)(nian)預言其(qi)存在,十四年(nian)(nian)后德國化(hua)學家文克勒于1885年(nian)(nian)在分析硫(liu)銀鍺(zang)礦(kuang)時(shi)發現(xian)了鍺(zang),后由(you)硫(liu)化(hua)鍺(zang)與氫(qing)共熱,制(zhi)出了鍺(zang)。門(men)捷(jie)列(lie)夫(fu)把(ba)它命名為類(lei)硅(gui)。1886年(nian)(nian),德國弗萊貝(bei)格(Freiberg)礦(kuang)業學院(21世紀的(de)TU Bergakademie Freiberg)分析化(hua)學教授文克勒在分析夫(fu)賴堡(bao)附(fu)近發現(xian)的(de)一種新的(de)礦(kuang)石——argyrodite(輝銀鍺(zang)礦(kuang)4Ag2S·GeS2)的(de)時(shi)候,發現(xian)有一未知的(de)新元素(su)并(bing)通(tong)過實驗驗證了自己的(de)推斷(duan),鍺(zang)元素(su)終于被發現(xian)。
從(cong)德國(guo)(guo)的拉(la)丁名germania命名新元(yuan)素(su)為germanium(鍺(zang)),以紀念發現鍺(zang)的文克勒的祖國(guo)(guo),元(yuan)素(su)符號定(ding)為Ge。鍺(zang)繼鎵和鈧(kang)后被發現,鞏固了化學元(yuan)素(su)周期(qi)系。
鍺(zang)(zang)(zang)在自(zi)然(ran)界分(fen)布很散(san)(san)很廣。銅礦(kuang)(kuang)、鐵礦(kuang)(kuang)、硫化礦(kuang)(kuang)以(yi)至(zhi)巖石,泥土和泉水中都(dou)含(han)有微量(liang)的鍺(zang)(zang)(zang)。鍺(zang)(zang)(zang)在地殼中的含(han)量(liang)為(wei)一百萬分(fen)之七,比之于氧、硅等(deng)常見元(yuan)素(su)當然(ran)是少,但是,卻(que)比砷、鈾、汞、碘、銀(yin)、金(jin)等(deng)元(yuan)素(su)都(dou)多。然(ran)而,鍺(zang)(zang)(zang)卻(que)非常分(fen)散(san)(san),幾(ji)乎沒有比較集中的鍺(zang)(zang)(zang)礦(kuang)(kuang),因此(ci),被人們稱(cheng)為(wei)“稀散(san)(san)金(jin)屬”。已發現的鍺(zang)(zang)(zang)礦(kuang)(kuang)有硫銀(yin)鍺(zang)(zang)(zang)礦(kuang)(kuang)(含(han)鍺(zang)(zang)(zang)5~7%)、鍺(zang)(zang)(zang)石(含(han)鍺(zang)(zang)(zang)10%),硫銅鐵鍺(zang)(zang)(zang)礦(kuang)(kuang)(含(han)鍺(zang)(zang)(zang)7%)。鍺(zang)(zang)(zang)礦(kuang)(kuang)石的鍺(zang)(zang)(zang)含(han)量(liang)量(liang)有200ppm和393ppm兩種(zhong),顏(yan)色為(wei)青灰色、紅(hong)花色兩種(zhong)。
鍺石塊規格
一(yi)般為(wei)1-3cm,2-4cm,3-5cm
鍺石顆粒
6-10目,10-20目,20-40目,40-80目
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)許多鉛(qian)礦(kuang)(kuang)、銅礦(kuang)(kuang)、鐵礦(kuang)(kuang)、銀礦(kuang)(kuang)中(zhong),就連普通的(de)(de)煤(mei)中(zhong),一(yi)般也(ye)含(han)(han)有(you)十萬分之一(yi)左右的(de)(de)鍺(zang)(zang),也(ye)就是說(shuo),一(yi)噸(dun)煤(mei)中(zhong)平均就含(han)(han)有(you)10克左右的(de)(de)鍺(zang)(zang)。在(zai)普通的(de)(de)泥(ni)土、巖石、甚至泉水中(zhong),也(ye)含(han)(han)有(you)微量(liang)鍺(zang)(zang)。
基本信息
鍺(zang)粉(fen)末狀呈暗(an)藍(lan)色,結晶狀,為銀白色脆金屬。化(hua)合價+2和+4。第(di)一電離能(neng)7.899eV,是(shi)一種稀有金屬,重要(yao)的(de)半導體材(cai)料,不溶(rong)于水。
據X射線研(yan)究證明,鍺晶(jing)體里的原子排(pai)列與金剛(gang)石差不(bu)多,結構決定性能,所以(yi)鍺與金剛(gang)石一樣硬而且脆。
導電性
鍺,就其導電的(de)(de)本領(ling)而言(yan),優于(yu)一般(ban)非金(jin)(jin)屬,劣(lie)于(yu)一般(ban)金(jin)(jin)屬,這在物(wu)理學上稱(cheng)為“半導體(ti)”,對固(gu)體(ti)物(wu)理和固(gu)體(ti)電子(zi)學的(de)(de)發展(zhan)有(you)重要作用。鍺有(you)著(zhu)良(liang)好的(de)(de)半導體(ti)性質,如電子(zi)遷移(yi)(yi)率、空穴遷移(yi)(yi)率等等。鍺的(de)(de)發展(zhan)仍(reng)具有(you)很大(da)的(de)(de)潛力。
鍺(zang)化學(xue)性質(zhi)穩定,常溫下不(bu)與空氣(qi)或水蒸汽作(zuo)用,但在(zai)600~700℃時(shi),很快生成(cheng)二氧化鍺(zang)。與鹽(yan)酸、稀硫酸不(bu)起作(zuo)用。濃硫酸在(zai)加熱時(shi),鍺(zang)會緩慢溶(rong)解(jie)(jie)。在(zai)硝酸、王水中(zhong),鍺(zang)易溶(rong)解(jie)(jie)。堿(jian)溶(rong)液與鍺(zang)的作(zuo)用很弱,但熔融的堿(jian)在(zai)空氣(qi)中(zhong),能使鍺(zang)迅(xun)速溶(rong)解(jie)(jie)。鍺(zang)與碳(tan)不(bu)起作(zuo)用,所以在(zai)石墨(mo)坩堝中(zhong)熔化,不(bu)會被碳(tan)所污(wu)染。
鍺(zang)在元(yuan)素(su)(su)周期表上(shang)(shang)的(de)位置(zhi)正好夾(jia)在金(jin)屬與非(fei)金(jin)屬之間,因此具有許多(duo)類(lei)似于(yu)非(fei)金(jin)屬的(de)性(xing)質,這在化(hua)(hua)(hua)學上(shang)(shang)稱為“亞金(jin)屬”,電(dian)子排布為[Ar]3d104s24p2。但(dan)它(ta)的(de)化(hua)(hua)(hua)學性(xing)質類(lei)似于(yu)臨近(jin)族的(de)元(yuan)素(su)(su),尤其(qi)是砷和銻。化(hua)(hua)(hua)學上(shang)(shang)或毒(du)物(wu)(wu)學上(shang)(shang)重要的(de)鍺(zang)化(hua)(hua)(hua)合物(wu)(wu)很(hen)少(shao)。鍺(zang)的(de)二氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu),一種(zhong)(zhong)微溶(rong)于(yu)水的(de)白色(se)粉末,形成鍺(zang)酸,這類(lei)似于(yu)硅(gui)酸。四氯化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)是一種(zhong)(zhong)不(bu)穩(wen)定(ding)的(de)液體(ti),四氟化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)是一種(zhong)(zhong)氣體(ti),它(ta)們很(hen)容易在水中水解(jie)。氫化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(鍺(zang)烷(wan))是一種(zhong)(zhong)相對穩(wen)定(ding)的(de)氣體(ti)。有機(ji)鍺(zang)化(hua)(hua)(hua)合物(wu)(wu),烷(wan)基可以替換個多(duo)個Ge原子,和錫(xi)、汞、砷等類(lei)似,但(dan)毒(du)性(xing)小的(de)多(duo)。鍺(zang)元(yuan)素(su)(su)及其(qi)二氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)毒(du)性(xing)不(bu)強(qiang),四鹵化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)是刺(ci)激性(xing)的(de),氫化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)毒(du)性(xing)最強(qiang)。鍺(zang)不(bu)溶(rong)于(yu)稀酸及堿,但(dan)溶(rong)于(yu)濃硫酸。
鍺(zang)在室溫下是穩(wen)定的(de),但(dan)也會(hui)生(sheng)(sheng)成GeO單(dan)(dan)層(ceng)(ceng)膜,時間長了會(hui)逐漸變成GeO2單(dan)(dan)層(ceng)(ceng)膜。而當鍺(zang)的(de)表面吸附了水蒸氣便破(po)壞了氧(yang)(yang)化膜的(de)鈍化性質,而生(sheng)(sheng)成厚(hou)的(de)氧(yang)(yang)化物。
鍺(zang)在(zai)(zai)較高溫(wen)度(du)下(xia)便氧(yang)(yang)化(hua),且(qie)伴隨有失重的(de)現(xian)象,原因(yin)是生(sheng)成(cheng)(cheng)了GeO,因(yin)其(qi)有較強的(de)揮發性。研究者研究了鍺(zang)表面(mian)氧(yang)(yang)化(hua)的(de)過程(cheng),先(xian)在(zai)(zai)600℃時用(yong)CO還原鍺(zang),以排(pai)除鍺(zang)表面(mian)的(de)結合氧(yang)(yang)或吸附氧(yang)(yang)。再(zai)在(zai)(zai)25~400℃,10kPa的(de)氧(yang)(yang)壓下(xia)氧(yang)(yang)化(hua)鍺(zang),僅1min即形成(cheng)(cheng)了第一氧(yang)(yang)化(hua)層(ceng)。當(dang)溫(wen)度(du)超過250℃很(hen)快形成(cheng)(cheng)第二氧(yang)(yang)化(hua)層(ceng)。再(zai)升高溫(wen)度(du),氧(yang)(yang)化(hua)速度(du)顯著變慢。在(zai)(zai)400℃氧(yang)(yang)化(hua)3h,形成(cheng)(cheng)厚度(du)為1.75nm的(de)GeO2膜。
鍺在(zai)不同(tong)(tong)溶劑中的(de)(de)腐蝕溶解(jie)行為不同(tong)(tong)。n型鍺的(de)(de)溶解(jie)電位比p型略正,所以在(zai)相同(tong)(tong)溶液(ye)(ye)中前(qian)者的(de)(de)溶解(jie)速度較快。鍺易(yi)溶于加氧化劑的(de)(de)熱(re)酸(suan)(suan)、熱(re)堿和H2O2中。難(nan)溶于稀硫酸(suan)(suan)、鹽酸(suan)(suan)和冷堿液(ye)(ye)。鍺在(zai)100℃的(de)(de)水中是不溶的(de)(de),而在(zai)室(shi)溫下(xia)飽和氧的(de)(de)水中,溶解(jie)速度接近(jin)1μg/(cm·h)。
H2O2對鍺的溶(rong)解
室溫下3%的(de)(de)H2O2能緩慢地(di)溶(rong)解(jie)塊狀的(de)(de)鍺,升溫到90~100℃時(shi)溶(rong)解(jie)速度加快。n型鍺在(zai)100℃的(de)(de)H2O2中的(de)(de)溶(rong)解(jie)速度受(shou)H2O2濃度的(de)(de)影響。
(1)鍺被氧化為GeO,在表面形成(cheng)單層GeO:Ge+H?O?══GeO
(2)進一步氧化為GeO2:GeO+H2O2=GeO2+H2O
(3)GeO2+H2O=H2GeO3
當(dang)溶(rong)液(ye)中有堿存在時,鍺酸(suan)(suan)與堿作(zuo)用生成(cheng)鍺酸(suan)(suan)鈉,而加速鍺的溶(rong)解。H2GeO3+NaOH=Na2GeO3+2H2O
鍺在(zai)硫酸中的溶解(jie)
90℃時濃硫酸與(yu)塊狀(zhuang)鍺(zang)有微量(liang)反應(ying),歷時一周鍺(zang)的損失量(liang)為1%。
鍺在硝酸中的(de)溶解(jie)
濃(nong)硝(xiao)酸(suan)能腐蝕塊狀鍺的(de)(de)表面。鍺在硝(xiao)酸(suan)中的(de)(de)溶(rong)解速度(du)受(shou)硝(xiao)酸(suan)的(de)(de)濃(nong)度(du)、攪拌(ban)速度(du)、溫度(du)等因素的(de)(de)影響(xiang)。
鍺與堿液的作用
氫氧(yang)(yang)化鈉和(he)氫氧(yang)(yang)化鉀水溶液與鍺的作(zuo)用很慢(man),但是熔(rong)融的氫氧(yang)(yang)化鈉、氫氧(yang)(yang)化鉀、Na2CO3、Na2O2、NaB4O7能迅速地溶解各種形態的鍺,生成堿金屬的鍺酸(suan)鹽。
鍺在某些鹽溶液中(zhong)的溶解
鍺(zang)可(ke)溶于某些電解質溶液,如硫(liu)酸鈉、鉀的氯化(hua)物(wu)、硝酸鹽、氯化(hua)銫、氯化(hua)鑭等。
與其(qi)他物質的作用
加(jia)熱時(shi)粉(fen)狀的鍺(zang)(zang)在氯和溴中能燃燒(shao),生產四鹵化鍺(zang)(zang),加(jia)熱時(shi)干燥(zao)的HCl氣體能腐蝕(shi)鍺(zang)(zang)。
鍺最常出(chu)現的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)態是(shi)+4,但(dan)是(shi)已(yi)知(zhi)它在(zai)不少化(hua)合物中(zhong)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)態為+2。其(qi)(qi)他的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)態則很罕見,例如(ru)化(hua)合物Ge2Cl6中(zhong)為+3,在(zai)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)層(ceng)表面測到的(de)(de)(de)+3與(yu)+1氧(yang)(yang)(yang)化(hua)態。多種(zhong)含鍺的(de)(de)(de)陰性簇離(li)(li)子(津特耳(er)離(li)(li)子)已(yi)經被制備出(chu)來,當中(zhong)包括Ge4、Ge9、Ge9及[(Ge9)2],其(qi)(qi)中(zhong)一種(zhong)方法是(shi)在(zai)乙二胺或穴醚的(de)(de)(de)催化(hua)下,從置于液態氨的(de)(de)(de)鍺與(yu)堿金屬合金中(zhong)進(jin)行提取,這些離(li)(li)子中(zhong)鍺的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)態并非整數——這點跟臭氧(yang)(yang)(yang)根離(li)(li)子中(zhong)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)一樣(yang)。在(zai)250℃時,鍺會緩慢(man)地氧(yang)(yang)(yang)化(hua)成GeO2。
鍺(zang)(zang)(zang)共有(you)兩種(zhong)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物:二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)和一氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)。焙燒二硫化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(GeS2)后可得二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang),二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)是一種(zhong)白色的(de)(de)粉末,微溶(rong)(rong)于(yu)水,但與堿反應并生(sheng)成(cheng)(cheng)鍺(zang)(zang)(zang)酸鹽。當二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)與鍺(zang)(zang)(zang)金屬(shu)發(fa)生(sheng)高溫(wen)反應時,會(hui)生(sheng)成(cheng)(cheng)一氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang),熔點(dian)1115℃,密(mi)(mi)度(du)4.25g/cm3,微溶(rong)(rong)于(yu)水。二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)GeO2,具有(you)金剛石(shi)型的(de)(de)四方(fang)晶(jing)型和介穩的(de)(de)α–石(shi)英型的(de)(de)六方(fang)晶(jing)型,熔點(dian)1086℃,密(mi)(mi)度(du)6.24g/cm3,不(bu)溶(rong)(rong)于(yu)水,二氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)在常溫(wen)或(huo)在加熱條件(jian)下(xia)都比較穩定,難(nan)溶(rong)(rong)于(yu)酸,易(yi)溶(rong)(rong)于(yu)強(qiang)堿溶(rong)(rong)液,生(sheng)成(cheng)(cheng)鍺(zang)(zang)(zang)(IV)酸鹽,它主要用于(yu)制(zhi)造高折射率的(de)(de)光學(xue)玻(bo)璃,也是制(zhi)備金屬(shu)鍺(zang)(zang)(zang)的(de)(de)原料。
GeS2+2O2 = GeO2+SO2
GeO2+Ge = 2GeO
GeO2+2NaOH = Na2GeO3+H2O
一(yi)氧(yang)化鍺(zang)GeO,黑色針狀晶體,700℃分解,不溶于(yu)水,易溶于(yu)酸和濃強堿溶液;在空氣中加熱(re)易轉(zhuan)化成二氧(yang)化鍺(zang),隔(ge)絕空氣加熱(re)易發生(sheng)歧化反應。在加熱(re)條件下,用(yong)氫氣或一(yi)氧(yang)化碳還原二氧(yang)化鍺(zang)可制備(bei)一(yi)氧(yang)化鍺(zang)。
GeO2+H2 = GeO+H2O
鍺(zang)還能(neng)與氧族元素生(sheng)成二(er)元化(hua)(hua)合物(wu)(wu)(wu),例如二(er)硫化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)、二(er)硒化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(GeSe2)、一(yi)(yi)硫化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(GeS)、一(yi)(yi)硒化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(GeSe)及碲化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(GeTe)。把(ba)(ba)硫化(hua)(hua)氫(qing)氣(qi)體通過含Ge(IV)的(de)濃(nong)酸(suan)溶(rong)液時,會生(sheng)成白(bai)色(se)沉淀(dian)物(wu)(wu)(wu),即二(er)硫化(hua)(hua)鍺(zang)。二(er)硫化(hua)(hua)鍺(zang)能(neng)很好地(di)溶(rong)于水、苛性鈉溶(rong)液及堿金(jin)屬(shu)硫化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)溶(rong)液中(zhong)。但(dan)是,它不溶(rong)于帶酸(suan)性的(de)水中(zhong),溫克勒(le)就是因為這項性質才發現了鍺(zang)。把(ba)(ba)二(er)硫化(hua)(hua)鍺(zang)置于氫(qing)氣(qi)流中(zhong)加(jia)熱,會生(sheng)成一(yi)(yi)硫化(hua)(hua)鍺(zang)(GeS),它升華后會形成一(yi)(yi)圈色(se)暗但(dan)具金(jin)屬(shu)光澤的(de)薄層,它可溶(rong)于苛性鈉溶(rong)液中(zhong)。把(ba)(ba)一(yi)(yi)硫化(hua)(hua)鍺(zang)、堿金(jin)屬(shu)碳酸(suan)鹽(yan)與硫一(yi)(yi)起加(jia)熱后,會生(sheng)成一(yi)(yi)種(zhong)鍺(zang)鹽(yan)化(hua)(hua)合物(wu)(wu)(wu),叫硫代鍺(zang)酸(suan)鹽(yan)。
Na4GeO4+4H2SO4→Ge(SO4)2+2Na2SO4+4H2O
Ge(SO4)2+2H2S→GeS2+2H2SO4
鍺共有四(si)種已知的四(si)鹵化(hua)(hua)物。在正常狀況下(xia)四(si)碘化(hua)(hua)鍺(GeI4)為(wei)固體(ti),四(si)氟化(hua)(hua)鍺(GeF4)為(wei)氣(qi)體(ti),其余兩種為(wei)揮發(fa)性液(ye)體(ti)。把鍺與氯(lv)氣(qi)一塊加熱,會(hui)得(de)到一種沸點為(wei)83.1℃的無(wu)色(se)發(fa)煙液(ye)體(ti),即(ji)四(si)氯(lv)化(hua)(hua)鍺(GeCl4):無(wu)色(se)液(ye)體(ti),在濕空(kong)氣(qi)中因(yin)水(shui)解而產生煙霧,易揮發(fa),其熔點為(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,遇水(shui)發(fa)生水(shui)解。
GeCl4+4H2O→Ge(OH)4+4HCl
鍺(zang)的(de)(de)所有四(si)(si)鹵化(hua)(hua)物(wu)(wu)都能很容易地被水(shui)解,生成含水(shui)二氧化(hua)(hua)鍺(zang)。四(si)(si)氯化(hua)(hua)鍺(zang)用于(yu)制(zhi)備有機鍺(zang)化(hua)(hua)合物(wu)(wu)。跟四(si)(si)鹵化(hua)(hua)物(wu)(wu)相反的(de)(de)是,全部四(si)(si)種已知的(de)(de)二鹵化(hua)(hua)物(wu)(wu),皆為聚合固體。另外已知的(de)(de)鹵化(hua)(hua)物(wu)(wu)還包括Ge2Cl6及GenCl2n+2。還有一種奇特的(de)(de)化(hua)(hua)合物(wu)(wu)Ge6Cl16,里面含有新(xin)戊烷結構的(de)(de)Ge5Cl12。
溫克勒于(yu)1887年(nian)合成出第一(yi)種有(you)(you)機鍺(zang)化(hua)(hua)合物(wu)(organogermanium compound),四(si)氯(lv)化(hua)(hua)鍺(zang)與二乙基(ji)(ji)(ji)鋅反(fan)應生成四(si)乙基(ji)(ji)(ji)鍺(zang)(Ge(C2H5)4)。R4Ge型(其中R為烴基(ji)(ji)(ji))的(de)有(you)(you)機鍺(zang)烷(wan)(wan),如四(si)甲(jia)基(ji)(ji)(ji)鍺(zang)(Ge(CH3)4)及四(si)乙基(ji)(ji)(ji)鍺(zang),是由最(zui)便宜的(de)鍺(zang)前驅物(wu)四(si)氯(lv)化(hua)(hua)鍺(zang)及甲(jia)基(ji)(ji)(ji)親核劑反(fan)應而成。有(you)(you)機鍺(zang)氫(qing)化(hua)(hua)物(wu),如異丁基(ji)(ji)(ji)鍺(zang)烷(wan)(wan)((CH3)2CHCH2GeH3)的(de)危險性比較低,因此半導(dao)體(ti)工業會(hui)用(yong)(yong)液體(ti)的(de)氫(qing)化(hua)(hua)物(wu)來(lai)取代氣體(ti)的(de)甲(jia)鍺(zang)烷(wan)(wan)。有(you)(you)機鍺(zang)化(hua)(hua)合物(wu)2-羧乙基(ji)(ji)(ji)鍺(zang)倍半氧(yang)烷(wan)(wan)(2-carboxyethylgermasesquioxane),于(yu)1970年(nian)被(bei)發現(xian),曾經有(you)(you)一(yi)段時間被(bei)用(yong)(yong)作膳食補(bu)充劑,當時認為它可(ke)能對腫(zhong)瘤有(you)(you)療效。
甲鍺(zang)(zang)烷(wan)(GeH4)是一種結構與甲烷(wan)相(xiang)(xiang)近的(de)(de)化合(he)物。多鍺(zang)(zang)烷(wan)(即與烷(wan)相(xiang)(xiang)似的(de)(de)鍺(zang)(zang)化合(he)物)的(de)(de)化學式為GenH2n+2,現(xian)時仍沒有發(fa)(fa)現(xian)n大于五的(de)(de)多鍺(zang)(zang)烷(wan)。相(xiang)(xiang)對于硅(gui)烷(wan),鍺(zang)(zang)烷(wan)的(de)(de)揮發(fa)(fa)性(xing)和活(huo)性(xing)都較低。GeH4在液(ye)態氨中(zhong)與堿金屬反應后,會產生白色的(de)(de)MGeH3晶(jing)體(ti),當中(zhong)含(han)(han)有GeH3陰離子。含(han)(han)一、二、三個鹵素原子的(de)(de)氫鹵化鍺(zang)(zang),皆為無色的(de)(de)活(huo)性(xing)液(ye)體(ti)。
鍺(zang)的(de)提取(qu)方法是首先將鍺(zang)的(de)富(fu)集(ji)物用(yong)濃鹽(yan)酸氯(lv)(lv)化(hua)(hua),制取(qu)四(si)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)鍺(zang),再用(yong)鹽(yan)酸溶(rong)劑萃(cui)取(qu)法除去主要的(de)雜質砷,然后(hou)經石英塔兩次精餾(liu)提純(chun),再經高(gao)純(chun)鹽(yan)酸洗滌,可得到(dao)(dao)高(gao)純(chun)四(si)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)鍺(zang),用(yong)高(gao)純(chun)水使(shi)四(si)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)鍺(zang)水解(jie)(jie),得到(dao)(dao)高(gao)純(chun)二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)。一(yi)些雜質會進入(ru)水解(jie)(jie)母液,所以水解(jie)(jie)過程也是提純(chun)過程。純(chun)二(er)氧(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)經烘干煅燒,在(zai)還原爐的(de)石英管(guan)內用(yong)氫氣(qi)于650-680℃還原得到(dao)(dao)金屬(shu)鍺(zang)。半導(dao)體工(gong)業用(yong)的(de)高(gao)純(chun)鍺(zang)(雜質少于1/1010)可以用(yong)區域熔(rong)煉技術(shu)獲得。
4HCl+GeO2→GeCl4+2H2O
GeCl4+(n+2)H2O→GeO2·nH2O+4HCl
GeO2+2H2→Ge+2H2O
鍺具備(bei)多(duo)方面的(de)(de)特殊性(xing)質(zhi),在(zai)半導體、航空航天測控(kong)、核物理(li)探測、光(guang)纖通訊、紅(hong)外(wai)光(guang)學、太陽能(neng)電池、化(hua)學催化(hua)劑(ji)(ji)、生物醫學等領(ling)域都有廣泛而重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)應用,是(shi)一種(zhong)重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)戰(zhan)略資源。在(zai)電子工(gong)業中,在(zai)合金預處理(li)中,在(zai)光(guang)學工(gong)業上,還可以作為催化(hua)劑(ji)(ji)。
高(gao)(gao)純度(du)的鍺是半導體材料。從高(gao)(gao)純度(du)的氧化(hua)鍺還原,再經熔煉可提(ti)取而得(de)。摻(chan)有(you)微量特定雜(za)質的鍺單晶(jing),可用(yong)于制(zhi)各(ge)種(zhong)晶(jing)體管(guan)、整流(liu)器及(ji)其他器件。鍺的化(hua)合物用(yong)于制(zhi)造(zao)熒光板及(ji)各(ge)種(zhong)高(gao)(gao)折光率的玻璃。
鍺(zang)(zang)(zang)(zang)單晶(jing)可(ke)作(zuo)晶(jing)體管(guan),是第一代晶(jing)體管(guan)材(cai)料。鍺(zang)(zang)(zang)(zang)材(cai)用(yong)于輻射(she)(she)探測器及(ji)熱(re)電材(cai)料。高純鍺(zang)(zang)(zang)(zang)單晶(jing)具(ju)有高的折射(she)(she)系(xi)數(shu),對紅(hong)外(wai)(wai)(wai)線(xian)透(tou)明,不透(tou)過可(ke)見(jian)光(guang)和(he)紫外(wai)(wai)(wai)線(xian),可(ke)作(zuo)專(zhuan)透(tou)紅(hong)外(wai)(wai)(wai)光(guang)的鍺(zang)(zang)(zang)(zang)窗(chuang)、棱鏡(jing)或(huo)透(tou)鏡(jing)。20世紀初,鍺(zang)(zang)(zang)(zang)單質曾用(yong)于治療貧血,之后(hou)成為(wei)最早(zao)應用(yong)的半導(dao)體元(yuan)素。單質鍺(zang)(zang)(zang)(zang)的折射(she)(she)系(xi)數(shu)很高,只對紅(hong)外(wai)(wai)(wai)光(guang)透(tou)明,而對可(ke)見(jian)光(guang)和(he)紫外(wai)(wai)(wai)光(guang)不透(tou)明,所以(yi)紅(hong)外(wai)(wai)(wai)夜視儀(yi)等軍(jun)用(yong)觀察儀(yi)采用(yong)純鍺(zang)(zang)(zang)(zang)制作(zuo)透(tou)鏡(jing)。鍺(zang)(zang)(zang)(zang)和(he)鈮的化(hua)(hua)合物是超(chao)導(dao)材(cai)料。二氧(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)是聚(ju)合反應的催化(hua)(hua)劑,含二氧(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)的玻璃有較高的折射(she)(she)率(lv)和(he)色散性(xing)能,可(ke)作(zuo)廣角照相機和(he)顯微鏡(jing)鏡(jing)頭,三氯化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)還是新型光(guang)纖(xian)材(cai)料添(tian)加劑。
據數(shu)據顯示,2013年(nian)來光纖通信(xin)行業的發展、紅外光學在軍用(yong)(yong)、民用(yong)(yong)領域的應用(yong)(yong)不斷(duan)擴大,太(tai)陽(yang)能電池在空間的使用(yong)(yong),地(di)面聚(ju)光高效率太(tai)陽(yang)能電站推廣,全球對(dui)鍺的需求量在持(chi)續穩定增長(chang)。
全(quan)球光纖(xian)網(wang)絡市(shi)場尤其是北(bei)美(mei)和日本光纖(xian)市(shi)場的(de)復蘇拉動了(le)光纖(xian)市(shi)場的(de)快速(su)增長。21世紀(ji)全(quan)球光纖(xian)需求年增長率已經達到了(le)20%。未來中(zhong)國光纖(xian)到戶、3G建(jian)設及村通工程將(jiang)拉動中(zhong)國光纖(xian)用鍺需求快速(su)增長。
鍺(zang)(zang)在紅(hong)外(wai)光學(xue)領域(yu)的(de)(de)年需(xu)(xu)(xu)求(qiu)量(liang)占鍺(zang)(zang)消(xiao)費(fei)量(liang)的(de)(de)20-30%,鍺(zang)(zang)紅(hong)外(wai)光學(xue)器件主要(yao)(yao)作為紅(hong)外(wai)光學(xue)系(xi)(xi)統中的(de)(de)透鏡、棱(leng)鏡、窗口(kou)、濾光片等的(de)(de)光學(xue)材料。紅(hong)外(wai)市場對(dui)(dui)(dui)鍺(zang)(zang)產品的(de)(de)未來需(xu)(xu)(xu)求(qiu)增(zeng)長(chang)主要(yao)(yao)體(ti)現(xian)于兩個(ge)方面:軍事裝備的(de)(de)日(ri)益現(xian)代化帶動了對(dui)(dui)(dui)紅(hong)外(wai)產品的(de)(de)需(xu)(xu)(xu)求(qiu)和民用市場對(dui)(dui)(dui)紅(hong)外(wai)產品的(de)(de)需(xu)(xu)(xu)求(qiu)。太(tai)陽能電池用鍺(zang)(zang)占據鍺(zang)(zang)總消(xiao)耗量(liang)的(de)(de)15%,太(tai)陽能電池領域(yu)對(dui)(dui)(dui)鍺(zang)(zang)系(xi)(xi)列產品的(de)(de)未來需(xu)(xu)(xu)求(qiu)增(zeng)長(chang)主要(yao)(yao)體(ti)現(xian)于兩個(ge)方面:航空(kong)航天領域(yu)及(ji)衛星市場快速(su)(su)發展和地(di)面光伏產業(ye)快速(su)(su)增(zeng)長(chang)。
從全球產(chan)量分布來看,中國(guo)(guo)供給了世界(jie)71%的鍺產(chan)品,是(shi)全球最大的鍺生(sheng)產(chan)國(guo)(guo)和出口(kou)(kou)國(guo)(guo),這主(zhu)要是(shi)由于中國(guo)(guo)高附加值深加工(gong)產(chan)品技術環節薄弱(ruo),導致(zhi)內需相對有限,產(chan)品多以初加工(gong)產(chan)品出口(kou)(kou)為主(zhu)。
但是在需求旺盛刺激下,中(zhong)(zhong)國鍺(zang)生產(chan)技術能力提升迅速,2010年(nian)(nian)以來中(zhong)(zhong)國企業已經能夠生產(chan)光(guang)纖(xian)級(ji)、紅外級(ji)、太(tai)陽(yang)能級(ji)鍺(zang)系列產(chan)品。加之來政策推(tui)動力度大,中(zhong)(zhong)國光(guang)纖(xian)領域(yu)鍺(zang)需求明(ming)顯增長(chang)。2013年(nian)(nian)PET催化劑用鍺(zang)約(yue)(yue)占(zhan)(zhan)25%,電子太(tai)陽(yang)能用鍺(zang)約(yue)(yue)占(zhan)(zhan)15%,紅外光(guang)學(xue)用鍺(zang)比(bi)重從42%降至25%,而光(guang)纖(xian)通訊(xun)約(yue)(yue)占(zhan)(zhan)鍺(zang)消(xiao)費(fei)30%左(zuo)右(you)的市場份額。2011年(nian)(nian)中(zhong)(zhong)國鍺(zang)消(xiao)費(fei)量為45金(jin)屬噸,2012年(nian)(nian)鍺(zang)消(xiao)費(fei)量為50金(jin)屬噸,同(tong)比(bi)增長(chang)11.11%;2013年(nian)(nian)鍺(zang)消(xiao)費(fei)量為59金(jin)屬噸,同(tong)比(bi)增長(chang)18.00%。
活化生物電流(liu),促進血(xue)液循環,改善及(ji)預防身體(ti)的不適感。
保護紅血球,抵抗外來射(she)線的襲擊,使(shi)之不受損害(hai)。
代謝、免疫力(li)恢復(fu)并提高身體的自(zi)然治愈力(li)。
抗(kang)腫瘤,抗(kang)炎癥(zheng),抗(kang)病毒。
早在1922年,美(mei)國(guo)的醫(yi)生就懂得用(yong)無機(ji)(ji)鍺(zang)來治(zhi)療貧血(xue)。無機(ji)(ji)鍺(zang)還被用(yong)于其他治(zhi)療,但療效存疑。它對癌(ai)癥的療效已經被討(tao)論(lun)(lun)過。美(mei)國(guo)食品藥品監督管(guan)理局的研究結論(lun)(lun)為,當鍺(zang)被用(yong)作膳食補充劑時“有可能危害人體健康”。
一般(ban)認為(wei)鍺對(dui)(dui)動植物的(de)(de)健康(kang)(kang)并不重(zhong)要。然(ran)而它的(de)(de)一些化合物能危害人體(ti)健康(kang)(kang)。例如,四(si)氯化鍺及(ji)甲鍺烷,分(fen)別為(wei)液體(ti)及(ji)氣(qi)體(ti),能對(dui)(dui)眼睛(jing)、皮膚(fu)、肺(fei)部(bu)及(ji)喉嚨造成(cheng)很大的(de)(de)刺激(ji)。由于鍺在(zai)礦(kuang)石與(yu)碳質(carbonaceous)材料中(zhong)是一種(zhong)稀有元素,加上(shang)在(zai)商(shang)業應用中(zhong)使用的(de)(de)量也(ye)不算多,所以它對(dui)(dui)自然(ran)并沒有什么影(ying)響。
鍺(zang)中(zhong)毒屬低毒,動(dong)物吸(xi)入大量(liang)金(jin)屬鍺(zang)和(he)(he)氧化(hua)(hua)鍺(zang)后可致肺部炎(yan)性損害(hai),吸(xi)入四氯化(hua)(hua)鍺(zang)和(he)(he)四氟(fu)化(hua)(hua)鍺(zang)對呼吸(xi)道黏膜有(you)強烈刺激作用(yong),四氯化(hua)(hua)鍺(zang)還(huan)可引起(qi)肝腎損害(hai),鍺(zang)化(hua)(hua)氫(qing),包(bao)括鍺(zang)甲(jia)烷(GeH4)、鍺(zang)乙烷(Ge2H6)和(he)(he)鍺(zang)丙烷(Ge3H8)有(you)類似(si)砷化(hua)(hua)氫(qing)、銻化(hua)(hua)氫(qing)的溶血作用(yong)。
應貯(zhu)存在陰(yin)涼、通風、干燥、清潔、無(wu)化(hua)學藥品腐蝕氣(qi)氛的庫房內。防(fang)(fang)(fang)潮。不可與酸、堿類產(chan)品共貯(zhu)混運(yun)。在運(yun)輸過程中要防(fang)(fang)(fang)雨淋、防(fang)(fang)(fang)震(zhen)。裝卸時要小心輕(qing)放,防(fang)(fang)(fang)止(zhi)碰撞和滾動,防(fang)(fang)(fang)止(zhi)機械(xie)損傷。