鍺(zang)、錫和鉛在(zai)元(yuan)素周期(qi)表(biao)中是同屬一族(zu),后兩者早(zao)被古代人們發(fa)現并利用,而鍺(zang)長時期(qi)以來沒有被工業(ye)規模的開采(cai)。這(zhe)并不是由(you)于(yu)鍺(zang)在(zai)地殼中的含量(liang)少,而是因為(wei)它是地殼中最分散的元(yuan)素之(zhi)一,含鍺(zang)的礦(kuang)石是很少的。
門捷列夫于1871年(nian)(nian)預言其存在(zai),十四年(nian)(nian)后(hou)德國(guo)化學家文克勒(le)(le)于1885年(nian)(nian)在(zai)分析硫銀鍺礦時發現(xian)了(le)鍺,后(hou)由(you)硫化鍺與氫共熱(re),制(zhi)出了(le)鍺。門捷列夫把(ba)它命名為類硅。1886年(nian)(nian),德國(guo)弗萊(lai)貝格(Freiberg)礦業(ye)學院(21世紀的(de)(de)(de)TU Bergakademie Freiberg)分析化學教授(shou)文克勒(le)(le)在(zai)分析夫賴堡附近發現(xian)的(de)(de)(de)一(yi)種新(xin)的(de)(de)(de)礦石——argyrodite(輝(hui)銀鍺礦4Ag2S·GeS2)的(de)(de)(de)時候,發現(xian)有一(yi)未知的(de)(de)(de)新(xin)元素并通過實驗(yan)驗(yan)證了(le)自己(ji)的(de)(de)(de)推斷,鍺元素終于被發現(xian)。
從德國的拉(la)丁(ding)名(ming)germania命名(ming)新元素(su)(su)為(wei)germanium(鍺),以(yi)紀(ji)念發現(xian)鍺的文(wen)克勒的祖國,元素(su)(su)符號定為(wei)Ge。鍺繼鎵和鈧后被(bei)發現(xian),鞏固了化學元素(su)(su)周期系。
鍺(zang)在(zai)(zai)自然(ran)(ran)界分(fen)布很散(san)很廣(guang)。銅礦(kuang)、鐵礦(kuang)、硫化(hua)礦(kuang)以(yi)至巖(yan)石,泥(ni)土和(he)泉水中都含有微(wei)量(liang)的鍺(zang)。鍺(zang)在(zai)(zai)地(di)殼中的含量(liang)為一(yi)百萬(wan)分(fen)之七,比之于氧、硅等(deng)常(chang)見元素(su)當然(ran)(ran)是少,但(dan)是,卻比砷、鈾(you)、汞、碘、銀(yin)、金等(deng)元素(su)都多。然(ran)(ran)而,鍺(zang)卻非(fei)常(chang)分(fen)散(san),幾(ji)乎(hu)沒有比較(jiao)集中的鍺(zang)礦(kuang),因此,被人們稱為“稀散(san)金屬”。已發現的鍺(zang)礦(kuang)有硫銀(yin)鍺(zang)礦(kuang)(含鍺(zang)5~7%)、鍺(zang)石(含鍺(zang)10%),硫銅鐵鍺(zang)礦(kuang)(含鍺(zang)7%)。鍺(zang)礦(kuang)石的鍺(zang)含量(liang)量(liang)有200ppm和(he)393ppm兩種(zhong)(zhong),顏色為青灰(hui)色、紅花色兩種(zhong)(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(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)還常夾雜在許多鉛(qian)礦、銅礦、鐵礦、銀礦中(zhong),就連普通(tong)的煤中(zhong),一(yi)般也(ye)含(han)有(you)十萬分(fen)之一(yi)左右(you)的鍺(zang),也(ye)就是(shi)說,一(yi)噸(dun)煤中(zhong)平均就含(han)有(you)10克左右(you)的鍺(zang)。在普通(tong)的泥土、巖石、甚至泉水中(zhong),也(ye)含(han)有(you)微量鍺(zang)。
基本信息
鍺粉末狀呈暗(an)藍色,結晶狀,為(wei)銀白色脆金屬。化合價+2和(he)+4。第一電離能(neng)7.899eV,是一種(zhong)稀有金屬,重要的(de)半導體材(cai)料,不溶(rong)于水(shui)。
據X射線研究(jiu)證(zheng)明,鍺晶體里的原子排(pai)列(lie)與金剛石差不多(duo),結構決定性能,所以鍺與金剛石一樣硬而且(qie)脆(cui)。
導電性
鍺(zang),就(jiu)其導(dao)電的(de)(de)本領(ling)而言,優于(yu)一般非金(jin)屬(shu)(shu),劣于(yu)一般金(jin)屬(shu)(shu),這在物理學上(shang)稱為“半導(dao)體(ti)”,對固(gu)體(ti)物理和固(gu)體(ti)電子(zi)學的(de)(de)發展(zhan)(zhan)有(you)(you)重要作用。鍺(zang)有(you)(you)著(zhu)良好的(de)(de)半導(dao)體(ti)性質,如電子(zi)遷移率(lv)、空穴遷移率(lv)等等。鍺(zang)的(de)(de)發展(zhan)(zhan)仍具有(you)(you)很大(da)的(de)(de)潛力(li)。
鍺(zang)化學性質(zhi)穩定,常溫下不(bu)與空(kong)氣或水蒸汽作用,但在(zai)600~700℃時,很(hen)快生成二氧化鍺(zang)。與鹽酸(suan)、稀硫(liu)(liu)酸(suan)不(bu)起作用。濃硫(liu)(liu)酸(suan)在(zai)加熱時,鍺(zang)會緩(huan)慢溶(rong)解(jie)。在(zai)硝(xiao)酸(suan)、王(wang)水中,鍺(zang)易溶(rong)解(jie)。堿溶(rong)液與鍺(zang)的作用很(hen)弱,但熔融的堿在(zai)空(kong)氣中,能使鍺(zang)迅速溶(rong)解(jie)。鍺(zang)與碳不(bu)起作用,所以在(zai)石墨(mo)坩堝中熔化,不(bu)會被(bei)碳所污染(ran)。
鍺(zang)在(zai)(zai)(zai)元(yuan)素(su)周期表上的(de)(de)(de)位置正好(hao)夾在(zai)(zai)(zai)金屬(shu)與(yu)非金屬(shu)之間,因此具(ju)有(you)許多類(lei)(lei)(lei)似于(yu)非金屬(shu)的(de)(de)(de)性質,這在(zai)(zai)(zai)化(hua)(hua)學上稱為“亞金屬(shu)”,電(dian)子(zi)排布為[Ar]3d104s24p2。但它的(de)(de)(de)化(hua)(hua)學性質類(lei)(lei)(lei)似于(yu)臨近(jin)族的(de)(de)(de)元(yuan)素(su),尤其(qi)是(shi)砷和銻(ti)。化(hua)(hua)學上或毒物學上重要的(de)(de)(de)鍺(zang)化(hua)(hua)合(he)物很少(shao)。鍺(zang)的(de)(de)(de)二氧化(hua)(hua)物,一(yi)種(zhong)微溶于(yu)水(shui)的(de)(de)(de)白色粉末,形成(cheng)鍺(zang)酸(suan)(suan),這類(lei)(lei)(lei)似于(yu)硅酸(suan)(suan)。四(si)氯化(hua)(hua)鍺(zang)是(shi)一(yi)種(zhong)不穩定的(de)(de)(de)液體(ti)(ti),四(si)氟化(hua)(hua)鍺(zang)是(shi)一(yi)種(zhong)氣體(ti)(ti),它們很容易在(zai)(zai)(zai)水(shui)中(zhong)水(shui)解。氫化(hua)(hua)鍺(zang)(鍺(zang)烷)是(shi)一(yi)種(zhong)相對穩定的(de)(de)(de)氣體(ti)(ti)。有(you)機鍺(zang)化(hua)(hua)合(he)物,烷基可以替換(huan)個多個Ge原(yuan)子(zi),和錫(xi)、汞、砷等類(lei)(lei)(lei)似,但毒性小的(de)(de)(de)多。鍺(zang)元(yuan)素(su)及其(qi)二氧化(hua)(hua)物毒性不強,四(si)鹵化(hua)(hua)鍺(zang)是(shi)刺激性的(de)(de)(de),氫化(hua)(hua)鍺(zang)毒性最強。鍺(zang)不溶于(yu)稀酸(suan)(suan)及堿,但溶于(yu)濃硫酸(suan)(suan)。
鍺在室(shi)溫(wen)下是穩定的(de)(de),但也會生成(cheng)GeO單層(ceng)膜(mo),時間長(chang)了會逐漸變成(cheng)GeO2單層(ceng)膜(mo)。而(er)當鍺的(de)(de)表面吸附了水蒸氣便破壞了氧化膜(mo)的(de)(de)鈍化性質(zhi),而(er)生成(cheng)厚的(de)(de)氧化物。
鍺(zang)(zang)(zang)在(zai)較高溫度(du)(du)下便氧化(hua)(hua)(hua),且伴隨有失重的現象,原因是生(sheng)成了GeO,因其(qi)有較強的揮發性。研究者(zhe)研究了鍺(zang)(zang)(zang)表面(mian)氧化(hua)(hua)(hua)的過程,先在(zai)600℃時用CO還原鍺(zang)(zang)(zang),以排(pai)除鍺(zang)(zang)(zang)表面(mian)的結合氧或吸附氧。再(zai)在(zai)25~400℃,10kPa的氧壓下氧化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang),僅1min即形成了第一氧化(hua)(hua)(hua)層(ceng)。當溫度(du)(du)超過250℃很快形成第二氧化(hua)(hua)(hua)層(ceng)。再(zai)升(sheng)高溫度(du)(du),氧化(hua)(hua)(hua)速度(du)(du)顯(xian)著變慢。在(zai)400℃氧化(hua)(hua)(hua)3h,形成厚度(du)(du)為1.75nm的GeO2膜。
鍺(zang)在(zai)不(bu)同(tong)溶劑(ji)(ji)中的(de)(de)腐蝕溶解行為不(bu)同(tong)。n型鍺(zang)的(de)(de)溶解電位比p型略正,所(suo)以在(zai)相同(tong)溶液中前者的(de)(de)溶解速度較快。鍺(zang)易溶于(yu)加氧化(hua)劑(ji)(ji)的(de)(de)熱(re)酸(suan)(suan)、熱(re)堿和H2O2中。難溶于(yu)稀硫酸(suan)(suan)、鹽酸(suan)(suan)和冷堿液。鍺(zang)在(zai)100℃的(de)(de)水(shui)中是(shi)不(bu)溶的(de)(de),而(er)在(zai)室溫下飽(bao)和氧的(de)(de)水(shui)中,溶解速度接近1μg/(cm·h)。
H2O2對鍺的溶解
室溫下3%的H2O2能緩慢地(di)溶解塊狀(zhuang)的鍺,升溫到90~100℃時溶解速(su)度(du)加快(kuai)。n型(xing)鍺在(zai)100℃的H2O2中的溶解速(su)度(du)受H2O2濃度(du)的影(ying)響。
(1)鍺被氧化為GeO,在(zai)表面形成單層GeO:Ge+H?O?══GeO
(2)進一(yi)步氧(yang)化(hua)為GeO2:GeO+H2O2=GeO2+H2O
(3)GeO2+H2O=H2GeO3
當溶液中有堿存在時(shi),鍺酸與堿作用生成鍺酸鈉,而加(jia)速鍺的溶解。H2GeO3+NaOH=Na2GeO3+2H2O
鍺在硫酸(suan)中的溶解(jie)
90℃時濃硫酸(suan)與塊狀鍺有微量反應,歷時一周(zhou)鍺的(de)損失量為1%。
鍺在硝酸中的溶(rong)解(jie)
濃(nong)硝酸(suan)(suan)能腐蝕(shi)塊狀鍺的(de)表(biao)面。鍺在硝酸(suan)(suan)中的(de)溶解(jie)速度(du)受硝酸(suan)(suan)的(de)濃(nong)度(du)、攪拌(ban)速度(du)、溫度(du)等因(yin)素的(de)影(ying)響。
鍺與堿液的作用
氫氧化鈉和氫氧化鉀水溶液(ye)與鍺(zang)的(de)作(zuo)用很慢,但是熔融的(de)氫氧化鈉、氫氧化鉀、Na2CO3、Na2O2、NaB4O7能迅速地溶解(jie)各(ge)種形態的(de)鍺(zang),生成堿金屬的(de)鍺(zang)酸鹽(yan)。
鍺在(zai)某些鹽溶液(ye)中的溶解(jie)
鍺可溶(rong)于某些電解質溶(rong)液,如硫酸鈉、鉀的(de)氯(lv)(lv)化物(wu)、硝(xiao)酸鹽、氯(lv)(lv)化銫、氯(lv)(lv)化鑭(lan)等(deng)。
與其他物質的作(zuo)用
加熱(re)時粉(fen)狀的(de)鍺在氯和溴中(zhong)能(neng)燃燒,生產四鹵(lu)化鍺,加熱(re)時干燥的(de)HCl氣體能(neng)腐蝕鍺。
鍺(zang)最常出現的氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)態是+4,但是已知(zhi)它在不少化(hua)(hua)(hua)合(he)物中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)態為(wei)+2。其他的氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)態則很罕(han)見(jian),例(li)如(ru)化(hua)(hua)(hua)合(he)物Ge2Cl6中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)為(wei)+3,在氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)層表(biao)面測到的+3與(yu)+1氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)態。多種(zhong)含(han)鍺(zang)的陰性簇離(li)子(zi)(津特耳離(li)子(zi))已經(jing)被制備(bei)出來,當中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)包括(kuo)Ge4、Ge9、Ge9及[(Ge9)2],其中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)一種(zhong)方法是在乙(yi)二胺或穴醚的催化(hua)(hua)(hua)下,從置于液態氨的鍺(zang)與(yu)堿金(jin)屬合(he)金(jin)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)進行提取,這些離(li)子(zi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)鍺(zang)的氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)態并非整數——這點(dian)跟臭氧(yang)(yang)根離(li)子(zi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的氧(yang)(yang)一樣。在250℃時,鍺(zang)會(hui)緩(huan)慢地氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)成GeO2。
鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)共(gong)有兩種氧(yang)化(hua)物:二(er)氧(yang)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)和(he)(he)一(yi)氧(yang)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)。焙燒二(er)硫化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(GeS2)后可(ke)得二(er)氧(yang)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang),二(er)氧(yang)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)是一(yi)種白色(se)的(de)(de)粉(fen)末,微溶(rong)于(yu)(yu)水(shui)(shui),但與堿反應(ying)(ying)并生成(cheng)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)酸(suan)鹽(yan)。當二(er)氧(yang)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)與鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)金(jin)屬發生高溫反應(ying)(ying)時,會(hui)生成(cheng)一(yi)氧(yang)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang),熔點(dian)1115℃,密(mi)度(du)4.25g/cm3,微溶(rong)于(yu)(yu)水(shui)(shui)。二(er)氧(yang)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)GeO2,具有金(jin)剛石型(xing)的(de)(de)四方晶型(xing)和(he)(he)介穩(wen)的(de)(de)α–石英(ying)型(xing)的(de)(de)六方晶型(xing),熔點(dian)1086℃,密(mi)度(du)6.24g/cm3,不溶(rong)于(yu)(yu)水(shui)(shui),二(er)氧(yang)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)在常溫或在加熱條件下都比較穩(wen)定,難溶(rong)于(yu)(yu)酸(suan),易溶(rong)于(yu)(yu)強堿溶(rong)液,生成(cheng)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(IV)酸(suan)鹽(yan),它主要用于(yu)(yu)制造高折射率(lv)的(de)(de)光學玻璃(li),也是制備金(jin)屬鍺(zang)(zang)(zang)(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GeO,黑色(se)針(zhen)狀晶(jing)體,700℃分(fen)解,不(bu)溶于(yu)(yu)水,易(yi)溶于(yu)(yu)酸和濃強堿溶液;在空氣中加(jia)(jia)熱(re)易(yi)轉化成二氧(yang)化鍺,隔(ge)絕空氣加(jia)(jia)熱(re)易(yi)發(fa)生歧化反應(ying)。在加(jia)(jia)熱(re)條件下,用氫氣或一(yi)氧(yang)化碳還原(yuan)二氧(yang)化鍺可(ke)制(zhi)備一(yi)氧(yang)化鍺。
GeO2+H2 = GeO+H2O
鍺(zang)還能(neng)與氧族元(yuan)素生(sheng)(sheng)(sheng)成二(er)元(yuan)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu),例如二(er)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)、二(er)硒(xi)(xi)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(GeSe2)、一(yi)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(GeS)、一(yi)硒(xi)(xi)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(GeSe)及碲化(hua)(hua)(hua)物(wu)(GeTe)。把硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)氫(qing)(qing)氣(qi)體通過含Ge(IV)的(de)濃酸(suan)溶(rong)(rong)液(ye)時,會(hui)生(sheng)(sheng)(sheng)成白色沉淀物(wu),即二(er)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)。二(er)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)能(neng)很好地溶(rong)(rong)于(yu)水(shui)、苛性(xing)鈉溶(rong)(rong)液(ye)及堿金(jin)屬硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)溶(rong)(rong)液(ye)中。但是,它不溶(rong)(rong)于(yu)帶(dai)酸(suan)性(xing)的(de)水(shui)中,溫克勒就是因為這項性(xing)質才發現(xian)了鍺(zang)。把二(er)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)置于(yu)氫(qing)(qing)氣(qi)流中加熱,會(hui)生(sheng)(sheng)(sheng)成一(yi)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(GeS),它升華后(hou)會(hui)形成一(yi)圈色暗但具金(jin)屬光(guang)澤(ze)的(de)薄(bo)層,它可溶(rong)(rong)于(yu)苛性(xing)鈉溶(rong)(rong)液(ye)中。把一(yi)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)(hua)(hua)鍺(zang)、堿金(jin)屬碳(tan)酸(suan)鹽(yan)(yan)與硫(liu)(liu)(liu)一(yi)起加熱后(hou),會(hui)生(sheng)(sheng)(sheng)成一(yi)種鍺(zang)鹽(yan)(yan)化(hua)(hua)(hua)合(he)物(wu),叫硫(liu)(liu)(liu)代(dai)鍺(zang)酸(suan)鹽(yan)(yan)。
Na4GeO4+4H2SO4→Ge(SO4)2+2Na2SO4+4H2O
Ge(SO4)2+2H2S→GeS2+2H2SO4
鍺共有四種已知的四鹵(lu)化(hua)物。在正(zheng)常狀況(kuang)下四碘化(hua)鍺(GeI4)為(wei)(wei)(wei)(wei)固(gu)體,四氟化(hua)鍺(GeF4)為(wei)(wei)(wei)(wei)氣體,其余(yu)兩種為(wei)(wei)(wei)(wei)揮(hui)發性液體。把鍺與氯氣一(yi)塊加熱,會得到一(yi)種沸點為(wei)(wei)(wei)(wei)83.1℃的無色發煙(yan)液體,即四氯化(hua)鍺(GeCl4):無色液體,在濕空氣中因(yin)水解而產生(sheng)(sheng)煙(yan)霧(wu),易揮(hui)發,其熔點為(wei)(wei)(wei)(wei)-51.50℃,沸點為(wei)(wei)(wei)(wei)86.55℃,密度(du)為(wei)(wei)(wei)(wei)1.88g/cm3,溶于乙(yi)醇和乙(yi)醚,遇水發生(sheng)(sheng)水解。
GeCl4+4H2O→Ge(OH)4+4HCl
鍺的(de)所有(you)四(si)鹵(lu)化(hua)(hua)物(wu)都(dou)能很(hen)容易地被水解,生成含水二氧化(hua)(hua)鍺。四(si)氯化(hua)(hua)鍺用于制備有(you)機(ji)鍺化(hua)(hua)合(he)物(wu)。跟四(si)鹵(lu)化(hua)(hua)物(wu)相反(fan)的(de)是,全部四(si)種已知的(de)二鹵(lu)化(hua)(hua)物(wu),皆(jie)為聚合(he)固體。另外已知的(de)鹵(lu)化(hua)(hua)物(wu)還(huan)包(bao)括Ge2Cl6及GenCl2n+2。還(huan)有(you)一(yi)種奇特的(de)化(hua)(hua)合(he)物(wu)Ge6Cl16,里面含有(you)新戊(wu)烷結構(gou)的(de)Ge5Cl12。
溫克勒于(yu)1887年合成(cheng)出第(di)一種有機鍺(zang)(zang)(zang)化(hua)合物(organogermanium compound),四(si)氯化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)與二乙基(ji)(ji)(ji)鋅反(fan)應(ying)生成(cheng)四(si)乙基(ji)(ji)(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(Ge(C2H5)4)。R4Ge型(其(qi)中R為(wei)烴基(ji)(ji)(ji))的有機鍺(zang)(zang)(zang)烷,如四(si)甲基(ji)(ji)(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(Ge(CH3)4)及四(si)乙基(ji)(ji)(ji)鍺(zang)(zang)(zang),是(shi)由最便宜的鍺(zang)(zang)(zang)前驅(qu)物四(si)氯化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)及甲基(ji)(ji)(ji)親核(he)劑(ji)反(fan)應(ying)而成(cheng)。有機鍺(zang)(zang)(zang)氫(qing)化(hua)物,如異丁(ding)基(ji)(ji)(ji)鍺(zang)(zang)(zang)烷((CH3)2CHCH2GeH3)的危險(xian)性(xing)比(bi)較低,因此(ci)半(ban)導體(ti)工(gong)業會用液體(ti)的氫(qing)化(hua)物來取代(dai)氣體(ti)的甲鍺(zang)(zang)(zang)烷。有機鍺(zang)(zang)(zang)化(hua)合物2-羧(suo)乙基(ji)(ji)(ji)鍺(zang)(zang)(zang)倍半(ban)氧(yang)烷(2-carboxyethylgermasesquioxane),于(yu)1970年被發(fa)現,曾經(jing)有一段時(shi)間被用作(zuo)膳食補(bu)充(chong)劑(ji),當(dang)時(shi)認為(wei)它可能對腫瘤有療(liao)效。
甲鍺(zang)(zang)烷(wan)(wan)(wan)(wan)(GeH4)是(shi)一種結(jie)構與甲烷(wan)(wan)(wan)(wan)相(xiang)近(jin)的(de)(de)(de)化(hua)合(he)物(wu)。多鍺(zang)(zang)烷(wan)(wan)(wan)(wan)(即與烷(wan)(wan)(wan)(wan)相(xiang)似的(de)(de)(de)鍺(zang)(zang)化(hua)合(he)物(wu))的(de)(de)(de)化(hua)學式(shi)為(wei)GenH2n+2,現時(shi)仍沒(mei)有(you)發(fa)(fa)現n大于五(wu)的(de)(de)(de)多鍺(zang)(zang)烷(wan)(wan)(wan)(wan)。相(xiang)對于硅烷(wan)(wan)(wan)(wan),鍺(zang)(zang)烷(wan)(wan)(wan)(wan)的(de)(de)(de)揮發(fa)(fa)性(xing)(xing)和活性(xing)(xing)都較低。GeH4在液(ye)(ye)態氨(an)中與堿金屬反應后,會產(chan)生白色的(de)(de)(de)MGeH3晶體,當中含(han)(han)有(you)GeH3陰離子。含(han)(han)一、二、三個鹵素原(yuan)子的(de)(de)(de)氫鹵化(hua)鍺(zang)(zang),皆(jie)為(wei)無(wu)色的(de)(de)(de)活性(xing)(xing)液(ye)(ye)體。
鍺(zang)(zang)(zang)(zang)的提取方(fang)法是首先將鍺(zang)(zang)(zang)(zang)的富集物(wu)用(yong)(yong)濃(nong)鹽(yan)(yan)酸(suan)(suan)氯化(hua),制取四(si)氯化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang),再(zai)用(yong)(yong)鹽(yan)(yan)酸(suan)(suan)溶劑萃(cui)取法除去主要的雜(za)質(zhi)砷,然后經石英塔兩次精(jing)餾提純(chun)(chun),再(zai)經高(gao)純(chun)(chun)鹽(yan)(yan)酸(suan)(suan)洗(xi)滌,可得(de)(de)到高(gao)純(chun)(chun)四(si)氯化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang),用(yong)(yong)高(gao)純(chun)(chun)水(shui)(shui)使四(si)氯化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)水(shui)(shui)解(jie),得(de)(de)到高(gao)純(chun)(chun)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)。一些雜(za)質(zhi)會(hui)進入水(shui)(shui)解(jie)母液,所(suo)以水(shui)(shui)解(jie)過程(cheng)也是提純(chun)(chun)過程(cheng)。純(chun)(chun)二(er)氧(yang)(yang)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)經烘干煅燒(shao),在(zai)還原(yuan)爐的石英管內用(yong)(yong)氫(qing)氣(qi)于(yu)650-680℃還原(yuan)得(de)(de)到金屬鍺(zang)(zang)(zang)(zang)。半導體工業用(yong)(yong)的高(gao)純(chun)(chun)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(雜(za)質(zhi)少于(yu)1/1010)可以用(yong)(yong)區域熔煉(lian)技術獲得(de)(de)。
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(xing)質,在(zai)(zai)半(ban)導體、航空航天測控(kong)、核物理探測、光纖通訊、紅外光學(xue)、太陽能電池、化(hua)(hua)學(xue)催化(hua)(hua)劑(ji)、生物醫(yi)學(xue)等領域都有廣泛而重要(yao)(yao)的應用,是一(yi)種重要(yao)(yao)的戰略資(zi)源(yuan)。在(zai)(zai)電子工(gong)(gong)業中,在(zai)(zai)合金預(yu)處理中,在(zai)(zai)光學(xue)工(gong)(gong)業上,還可以(yi)作(zuo)為催化(hua)(hua)劑(ji)。
高純(chun)度(du)的(de)鍺(zang)是半導體(ti)材料(liao)。從(cong)高純(chun)度(du)的(de)氧化鍺(zang)還原,再經熔煉可提取而得。摻有微量(liang)特(te)定雜(za)質的(de)鍺(zang)單(dan)晶,可用于(yu)制各(ge)種晶體(ti)管、整流器及其他(ta)器件。鍺(zang)的(de)化合物用于(yu)制造熒(ying)光(guang)板及各(ge)種高折光(guang)率的(de)玻(bo)璃。
鍺(zang)(zang)單(dan)晶(jing)可(ke)(ke)作(zuo)晶(jing)體(ti)管,是第一代晶(jing)體(ti)管材(cai)料(liao)。鍺(zang)(zang)材(cai)用(yong)于輻(fu)射(she)探測器及熱電材(cai)料(liao)。高純鍺(zang)(zang)單(dan)晶(jing)具(ju)有(you)高的(de)折射(she)系(xi)數,對紅(hong)外(wai)(wai)線透(tou)(tou)明(ming),不透(tou)(tou)過可(ke)(ke)見(jian)光(guang)和(he)(he)紫外(wai)(wai)線,可(ke)(ke)作(zuo)專(zhuan)透(tou)(tou)紅(hong)外(wai)(wai)光(guang)的(de)鍺(zang)(zang)窗(chuang)、棱鏡(jing)(jing)(jing)或透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)。20世紀初,鍺(zang)(zang)單(dan)質(zhi)(zhi)曾用(yong)于治療貧血,之后成為最早應用(yong)的(de)半導(dao)體(ti)元素。單(dan)質(zhi)(zhi)鍺(zang)(zang)的(de)折射(she)系(xi)數很高,只對紅(hong)外(wai)(wai)光(guang)透(tou)(tou)明(ming),而對可(ke)(ke)見(jian)光(guang)和(he)(he)紫外(wai)(wai)光(guang)不透(tou)(tou)明(ming),所(suo)以(yi)紅(hong)外(wai)(wai)夜視儀等軍(jun)用(yong)觀察儀采(cai)用(yong)純鍺(zang)(zang)制作(zuo)透(tou)(tou)鏡(jing)(jing)(jing)。鍺(zang)(zang)和(he)(he)鈮的(de)化合物是超導(dao)材(cai)料(liao)。二氧(yang)化鍺(zang)(zang)是聚合反應的(de)催化劑,含二氧(yang)化鍺(zang)(zang)的(de)玻璃有(you)較高的(de)折射(she)率和(he)(he)色散性(xing)能,可(ke)(ke)作(zuo)廣角照相機和(he)(he)顯微鏡(jing)(jing)(jing)鏡(jing)(jing)(jing)頭(tou),三氯化鍺(zang)(zang)還是新型光(guang)纖材(cai)料(liao)添加劑。
據數(shu)據顯示(shi),2013年來光(guang)纖通信行業的發展、紅(hong)外光(guang)學在軍(jun)用(yong)、民用(yong)領域的應用(yong)不斷擴大,太陽(yang)能電(dian)池在空間的使用(yong),地面聚光(guang)高效(xiao)率太陽(yang)能電(dian)站推(tui)廣,全球(qiu)對(dui)鍺的需求量在持(chi)續穩定增長(chang)。
全(quan)球光(guang)(guang)纖(xian)網(wang)絡市(shi)場尤其是(shi)北美和(he)日(ri)本光(guang)(guang)纖(xian)市(shi)場的(de)(de)復蘇拉動(dong)了光(guang)(guang)纖(xian)市(shi)場的(de)(de)快(kuai)速增(zeng)長(chang)。21世紀全(quan)球光(guang)(guang)纖(xian)需求(qiu)年增(zeng)長(chang)率已經達到了20%。未來中(zhong)國光(guang)(guang)纖(xian)到戶、3G建設及村通工程將拉動(dong)中(zhong)國光(guang)(guang)纖(xian)用(yong)鍺需求(qiu)快(kuai)速增(zeng)長(chang)。
鍺(zang)在(zai)紅(hong)外光(guang)學領(ling)域的(de)(de)(de)年(nian)需求量占(zhan)鍺(zang)消(xiao)(xiao)費(fei)量的(de)(de)(de)20-30%,鍺(zang)紅(hong)外光(guang)學器件主要(yao)作(zuo)為(wei)紅(hong)外光(guang)學系統中的(de)(de)(de)透(tou)鏡、棱鏡、窗口、濾光(guang)片等(deng)的(de)(de)(de)光(guang)學材料。紅(hong)外市(shi)場(chang)對(dui)鍺(zang)產(chan)品的(de)(de)(de)未來(lai)需求增長(chang)主要(yao)體現(xian)于兩(liang)個方面:軍事裝備的(de)(de)(de)日益現(xian)代(dai)化帶動(dong)了對(dui)紅(hong)外產(chan)品的(de)(de)(de)需求和民用(yong)市(shi)場(chang)對(dui)紅(hong)外產(chan)品的(de)(de)(de)需求。太陽能電池用(yong)鍺(zang)占(zhan)據鍺(zang)總(zong)消(xiao)(xiao)耗量的(de)(de)(de)15%,太陽能電池領(ling)域對(dui)鍺(zang)系列產(chan)品的(de)(de)(de)未來(lai)需求增長(chang)主要(yao)體現(xian)于兩(liang)個方面:航空航天領(ling)域及衛(wei)星市(shi)場(chang)快速(su)發展和地面光(guang)伏產(chan)業快速(su)增長(chang)。
從(cong)全球(qiu)產(chan)量分布來看,中(zhong)國供給(gei)了世(shi)界71%的(de)鍺產(chan)品(pin)(pin),是全球(qiu)最大的(de)鍺生產(chan)國和出口國,這主要是由于中(zhong)國高(gao)附加(jia)(jia)值深加(jia)(jia)工產(chan)品(pin)(pin)技術環(huan)節薄弱,導(dao)致內需(xu)相(xiang)對有限,產(chan)品(pin)(pin)多以(yi)初加(jia)(jia)工產(chan)品(pin)(pin)出口為主。
但(dan)是在需(xu)求(qiu)旺盛刺激下,中國鍺(zang)(zang)生產技術能(neng)力(li)(li)提升迅速,2010年(nian)(nian)以(yi)來中國企業已經能(neng)夠生產光纖(xian)(xian)級(ji)、紅(hong)外(wai)級(ji)、太陽能(neng)級(ji)鍺(zang)(zang)系列產品(pin)。加之來政策推動力(li)(li)度大,中國光纖(xian)(xian)領域鍺(zang)(zang)需(xu)求(qiu)明顯增長(chang)(chang)(chang)。2013年(nian)(nian)PET催化(hua)劑用(yong)鍺(zang)(zang)約占(zhan)(zhan)25%,電(dian)子太陽能(neng)用(yong)鍺(zang)(zang)約占(zhan)(zhan)15%,紅(hong)外(wai)光學用(yong)鍺(zang)(zang)比(bi)重從42%降至25%,而光纖(xian)(xian)通訊(xun)約占(zhan)(zhan)鍺(zang)(zang)消(xiao)費30%左右的(de)市(shi)場份額。2011年(nian)(nian)中國鍺(zang)(zang)消(xiao)費量(liang)為(wei)45金屬噸(dun),2012年(nian)(nian)鍺(zang)(zang)消(xiao)費量(liang)為(wei)50金屬噸(dun),同比(bi)增長(chang)(chang)(chang)11.11%;2013年(nian)(nian)鍺(zang)(zang)消(xiao)費量(liang)為(wei)59金屬噸(dun),同比(bi)增長(chang)(chang)(chang)18.00%。
活化生(sheng)物電流(liu),促進(jin)血液循環(huan),改善(shan)及預防(fang)身(shen)體(ti)的不適感。
保(bao)護紅血球,抵抗外來射(she)線的襲擊(ji),使(shi)之不受損害。
代謝、免疫力恢復(fu)并提高(gao)身體的自(zi)然(ran)治(zhi)愈力。
抗腫瘤,抗炎癥(zheng),抗病毒。
早在(zai)1922年(nian),美(mei)國的醫生就懂(dong)得用(yong)無機(ji)鍺(zang)來治療(liao)(liao)(liao)貧血。無機(ji)鍺(zang)還(huan)被用(yong)于其他治療(liao)(liao)(liao),但療(liao)(liao)(liao)效(xiao)存疑。它(ta)對癌癥(zheng)的療(liao)(liao)(liao)效(xiao)已(yi)經(jing)被討論(lun)過(guo)。美(mei)國食(shi)品(pin)藥(yao)品(pin)監(jian)督(du)管理局的研究結(jie)論(lun)為(wei),當鍺(zang)被用(yong)作膳(shan)食(shi)補充劑(ji)時“有可(ke)能危害(hai)人體(ti)健(jian)康”。
一般認為鍺(zang)(zang)對(dui)(dui)動(dong)植物的健(jian)(jian)康(kang)并(bing)不重(zhong)要。然而它(ta)的一些化合物能(neng)危害人(ren)體健(jian)(jian)康(kang)。例如(ru),四氯(lv)化鍺(zang)(zang)及(ji)甲(jia)鍺(zang)(zang)烷,分別(bie)為液體及(ji)氣體,能(neng)對(dui)(dui)眼(yan)睛、皮膚、肺(fei)部(bu)及(ji)喉嚨造成很大(da)的刺激(ji)。由(you)于(yu)鍺(zang)(zang)在(zai)礦石與碳質(carbonaceous)材料中是一種(zhong)稀(xi)有(you)元(yuan)素,加上在(zai)商業應(ying)用(yong)中使用(yong)的量也(ye)不算多(duo),所以它(ta)對(dui)(dui)自(zi)然并(bing)沒有(you)什么(me)影響。
鍺(zang)(zang)(zang)中毒屬(shu)低毒,動物吸(xi)入大量(liang)金(jin)屬(shu)鍺(zang)(zang)(zang)和氧化鍺(zang)(zang)(zang)后可致肺部炎性(xing)損(sun)害,吸(xi)入四(si)氯(lv)化鍺(zang)(zang)(zang)和四(si)氟化鍺(zang)(zang)(zang)對呼吸(xi)道黏膜(mo)有(you)強(qiang)烈刺激作用,四(si)氯(lv)化鍺(zang)(zang)(zang)還可引起肝腎損(sun)害,鍺(zang)(zang)(zang)化氫(qing)(qing)(qing),包括(kuo)鍺(zang)(zang)(zang)甲烷(GeH4)、鍺(zang)(zang)(zang)乙烷(Ge2H6)和鍺(zang)(zang)(zang)丙烷(Ge3H8)有(you)類(lei)似砷化氫(qing)(qing)(qing)、銻化氫(qing)(qing)(qing)的溶血(xue)作用。
應貯存在陰涼、通風、干燥、清潔、無化(hua)學藥品腐蝕氣氛的(de)庫房內。防(fang)(fang)潮。不可與酸、堿類產品共貯混運(yun)。在運(yun)輸過程中(zhong)要(yao)防(fang)(fang)雨淋(lin)、防(fang)(fang)震。裝卸(xie)時要(yao)小心(xin)輕放,防(fang)(fang)止碰撞和滾(gun)動,防(fang)(fang)止機械損傷。