鍺、錫和鉛在元素周期表中是(shi)(shi)同屬一(yi)族,后兩者早被古代人(ren)們發現并(bing)利用,而(er)鍺長(chang)時期以來沒有(you)被工業規模的(de)(de)(de)開采(cai)。這(zhe)并(bing)不是(shi)(shi)由于鍺在地(di)殼中的(de)(de)(de)含量少,而(er)是(shi)(shi)因為它是(shi)(shi)地(di)殼中最分散的(de)(de)(de)元素之一(yi),含鍺的(de)(de)(de)礦(kuang)石是(shi)(shi)很(hen)少的(de)(de)(de)。
門(men)捷列夫于1871年預言其(qi)存在(zai),十四年后德(de)國化(hua)學家文克勒于1885年在(zai)分析硫銀(yin)(yin)鍺礦(kuang)時發(fa)現(xian)了(le)鍺,后由硫化(hua)鍺與氫共熱(re),制出了(le)鍺。門(men)捷列夫把它命名為類(lei)硅。1886年,德(de)國弗萊(lai)貝格(Freiberg)礦(kuang)業(ye)學院(21世紀的(de)TU Bergakademie Freiberg)分析化(hua)學教(jiao)授文克勒在(zai)分析夫賴堡附近發(fa)現(xian)的(de)一(yi)種新(xin)的(de)礦(kuang)石(shi)——argyrodite(輝銀(yin)(yin)鍺礦(kuang)4Ag2S·GeS2)的(de)時候,發(fa)現(xian)有一(yi)未知的(de)新(xin)元(yuan)素并通過(guo)實(shi)驗(yan)驗(yan)證了(le)自己(ji)的(de)推斷(duan),鍺元(yuan)素終于被發(fa)現(xian)。
從德(de)國(guo)的拉(la)丁名germania命名新(xin)元素(su)為(wei)germanium(鍺),以紀念(nian)發(fa)現鍺的文克勒的祖國(guo),元素(su)符號(hao)定為(wei)Ge。鍺繼鎵和鈧后(hou)被發(fa)現,鞏固了化學(xue)元素(su)周期系。
鍺(zang)(zang)(zang)(zang)在(zai)(zai)自然界分(fen)(fen)布很散(san)很廣。銅(tong)礦(kuang)、鐵礦(kuang)、硫化礦(kuang)以(yi)至巖(yan)石,泥土和泉水中都(dou)(dou)含(han)有微量(liang)的(de)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)。鍺(zang)(zang)(zang)(zang)在(zai)(zai)地殼(ke)中的(de)含(han)量(liang)為(wei)一百萬分(fen)(fen)之七,比(bi)之于氧、硅(gui)等常見元素當(dang)然是少,但是,卻比(bi)砷、鈾(you)、汞、碘、銀、金等元素都(dou)(dou)多。然而,鍺(zang)(zang)(zang)(zang)卻非常分(fen)(fen)散(san),幾乎沒(mei)有比(bi)較集中的(de)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)礦(kuang),因此,被人們稱為(wei)“稀散(san)金屬”。已(yi)發現的(de)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)礦(kuang)有硫銀鍺(zang)(zang)(zang)(zang)礦(kuang)(含(han)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)5~7%)、鍺(zang)(zang)(zang)(zang)石(含(han)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)10%),硫銅(tong)鐵鍺(zang)(zang)(zang)(zang)礦(kuang)(含(han)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)7%)。鍺(zang)(zang)(zang)(zang)礦(kuang)石的(de)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)含(han)量(liang)量(liang)有200ppm和393ppm兩種,顏色(se)為(wei)青灰色(se)、紅花色(se)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,200目,325目,400目,600目,1250目
鍺石板材規格
10*10cm,15*15cm,20*20cm,30*30cm
鍺還常夾雜在許(xu)多(duo)鉛礦(kuang)、銅礦(kuang)、鐵礦(kuang)、銀礦(kuang)中(zhong)(zhong),就(jiu)(jiu)連普通(tong)的(de)煤(mei)中(zhong)(zhong),一般也(ye)含(han)有(you)十萬分(fen)之一左右的(de)鍺,也(ye)就(jiu)(jiu)是說,一噸煤(mei)中(zhong)(zhong)平(ping)均就(jiu)(jiu)含(han)有(you)10克左右的(de)鍺。在普通(tong)的(de)泥土、巖石、甚(shen)至泉水(shui)中(zhong)(zhong),也(ye)含(han)有(you)微量鍺。
基本信息
鍺粉末狀(zhuang)呈暗藍色(se),結晶狀(zhuang),為銀白色(se)脆金(jin)屬。化合價+2和+4。第一(yi)(yi)電(dian)離能7.899eV,是一(yi)(yi)種稀有金(jin)屬,重要的(de)半(ban)導(dao)體材料,不溶于(yu)水。
據(ju)X射線研究證明,鍺(zang)(zang)晶體里的原子(zi)排列(lie)與(yu)(yu)金剛石(shi)差(cha)不多,結構決定性能,所以鍺(zang)(zang)與(yu)(yu)金剛石(shi)一樣硬而且(qie)脆(cui)。
導電性
鍺,就(jiu)其導電的(de)(de)(de)本領而言,優于(yu)一(yi)般非金屬,劣于(yu)一(yi)般金屬,這在物(wu)理學上稱為(wei)“半(ban)導體(ti)”,對(dui)固體(ti)物(wu)理和固體(ti)電子(zi)學的(de)(de)(de)發展(zhan)有(you)重要作用。鍺有(you)著(zhu)良好的(de)(de)(de)半(ban)導體(ti)性質,如電子(zi)遷(qian)(qian)移(yi)率(lv)、空穴遷(qian)(qian)移(yi)率(lv)等等。鍺的(de)(de)(de)發展(zhan)仍具有(you)很大的(de)(de)(de)潛(qian)力。
鍺(zang)(zang)化學性(xing)質穩定,常溫下不(bu)與空(kong)氣或水蒸汽作(zuo)用,但在(zai)(zai)600~700℃時(shi),很快(kuai)生成二氧化鍺(zang)(zang)。與鹽酸(suan)(suan)、稀(xi)硫酸(suan)(suan)不(bu)起作(zuo)用。濃硫酸(suan)(suan)在(zai)(zai)加熱時(shi),鍺(zang)(zang)會緩慢溶(rong)(rong)解。在(zai)(zai)硝酸(suan)(suan)、王水中,鍺(zang)(zang)易溶(rong)(rong)解。堿(jian)溶(rong)(rong)液與鍺(zang)(zang)的(de)作(zuo)用很弱,但熔(rong)融的(de)堿(jian)在(zai)(zai)空(kong)氣中,能使鍺(zang)(zang)迅速(su)溶(rong)(rong)解。鍺(zang)(zang)與碳(tan)不(bu)起作(zuo)用,所以在(zai)(zai)石墨坩(gan)堝中熔(rong)化,不(bu)會被碳(tan)所污染。
鍺(zang)(zang)(zang)(zang)在元(yuan)素(su)(su)周期(qi)表上的(de)(de)位(wei)置正好(hao)夾(jia)在金(jin)(jin)屬(shu)(shu)與非(fei)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)之間,因此(ci)具有(you)許多類(lei)(lei)(lei)似(si)于(yu)(yu)非(fei)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)性(xing)(xing)(xing)質(zhi),這(zhe)在化(hua)學上稱(cheng)為“亞金(jin)(jin)屬(shu)(shu)”,電子排布為[Ar]3d104s24p2。但(dan)它的(de)(de)化(hua)學性(xing)(xing)(xing)質(zhi)類(lei)(lei)(lei)似(si)于(yu)(yu)臨近族的(de)(de)元(yuan)素(su)(su),尤其是砷(shen)和銻。化(hua)學上或毒物學上重(zhong)要的(de)(de)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)化(hua)合物很少。鍺(zang)(zang)(zang)(zang)的(de)(de)二氧化(hua)物,一(yi)(yi)(yi)種微溶(rong)于(yu)(yu)水的(de)(de)白色粉(fen)末,形成鍺(zang)(zang)(zang)(zang)酸(suan),這(zhe)類(lei)(lei)(lei)似(si)于(yu)(yu)硅酸(suan)。四氯化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)是一(yi)(yi)(yi)種不(bu)穩定的(de)(de)液體(ti),四氟化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)是一(yi)(yi)(yi)種氣體(ti),它們很容易在水中水解。氫化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(鍺(zang)(zang)(zang)(zang)烷)是一(yi)(yi)(yi)種相對穩定的(de)(de)氣體(ti)。有(you)機鍺(zang)(zang)(zang)(zang)化(hua)合物,烷基可以替換(huan)個(ge)多個(ge)Ge原子,和錫、汞、砷(shen)等類(lei)(lei)(lei)似(si),但(dan)毒性(xing)(xing)(xing)小的(de)(de)多。鍺(zang)(zang)(zang)(zang)元(yuan)素(su)(su)及其二氧化(hua)物毒性(xing)(xing)(xing)不(bu)強,四鹵化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)是刺(ci)激性(xing)(xing)(xing)的(de)(de),氫化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)毒性(xing)(xing)(xing)最強。鍺(zang)(zang)(zang)(zang)不(bu)溶(rong)于(yu)(yu)稀酸(suan)及堿,但(dan)溶(rong)于(yu)(yu)濃硫酸(suan)。
鍺在室溫下(xia)是穩定(ding)的,但(dan)也(ye)會生成(cheng)GeO單層膜,時間(jian)長(chang)了(le)(le)會逐漸變(bian)成(cheng)GeO2單層膜。而(er)當鍺的表面吸(xi)附了(le)(le)水蒸(zheng)氣便破壞了(le)(le)氧化膜的鈍化性質,而(er)生成(cheng)厚的氧化物。
鍺(zang)在(zai)較高(gao)溫度(du)(du)(du)下便氧(yang)(yang)化(hua),且伴隨有(you)失重(zhong)的(de)現象,原(yuan)因是生成(cheng)了(le)GeO,因其有(you)較強的(de)揮發性(xing)。研究者研究了(le)鍺(zang)表面氧(yang)(yang)化(hua)的(de)過程,先在(zai)600℃時(shi)用CO還原(yuan)鍺(zang),以排(pai)除鍺(zang)表面的(de)結(jie)合氧(yang)(yang)或吸附氧(yang)(yang)。再(zai)在(zai)25~400℃,10kPa的(de)氧(yang)(yang)壓下氧(yang)(yang)化(hua)鍺(zang),僅1min即形(xing)(xing)成(cheng)了(le)第一氧(yang)(yang)化(hua)層(ceng)。當溫度(du)(du)(du)超過250℃很快形(xing)(xing)成(cheng)第二氧(yang)(yang)化(hua)層(ceng)。再(zai)升高(gao)溫度(du)(du)(du),氧(yang)(yang)化(hua)速(su)度(du)(du)(du)顯(xian)著(zhu)變慢。在(zai)400℃氧(yang)(yang)化(hua)3h,形(xing)(xing)成(cheng)厚度(du)(du)(du)為1.75nm的(de)GeO2膜。
鍺在(zai)(zai)不(bu)(bu)同溶劑中(zhong)的(de)(de)腐蝕溶解(jie)(jie)行為不(bu)(bu)同。n型(xing)鍺的(de)(de)溶解(jie)(jie)電位比p型(xing)略正,所以在(zai)(zai)相(xiang)同溶液中(zhong)前者(zhe)的(de)(de)溶解(jie)(jie)速(su)度(du)較快。鍺易溶于(yu)加氧(yang)化劑的(de)(de)熱酸、熱堿和H2O2中(zhong)。難溶于(yu)稀(xi)硫酸、鹽酸和冷堿液。鍺在(zai)(zai)100℃的(de)(de)水中(zhong)是不(bu)(bu)溶的(de)(de),而在(zai)(zai)室溫下飽和氧(yang)的(de)(de)水中(zhong),溶解(jie)(jie)速(su)度(du)接(jie)近1μg/(cm·h)。
H2O2對鍺(zang)的溶(rong)解
室(shi)溫下3%的(de)H2O2能緩慢地(di)溶(rong)解(jie)塊狀的(de)鍺,升溫到90~100℃時溶(rong)解(jie)速(su)度加(jia)快。n型(xing)鍺在100℃的(de)H2O2中(zhong)的(de)溶(rong)解(jie)速(su)度受H2O2濃度的(de)影響。
(1)鍺被氧(yang)化為GeO,在表(biao)面形成單層GeO:Ge+H?O?══GeO
(2)進一(yi)步氧化(hua)為GeO2:GeO+H2O2=GeO2+H2O
(3)GeO2+H2O=H2GeO3
當溶液中(zhong)有堿存在(zai)時,鍺酸與堿作用生成鍺酸鈉,而加(jia)速鍺的(de)溶解。H2GeO3+NaOH=Na2GeO3+2H2O
鍺在(zai)硫酸(suan)中的溶解
90℃時濃硫酸與塊狀鍺有微量(liang)反應,歷時一周鍺的損失量(liang)為1%。
鍺在硝(xiao)酸中的溶解
濃硝(xiao)酸(suan)(suan)能腐蝕塊狀鍺的表面(mian)。鍺在硝(xiao)酸(suan)(suan)中的溶解速度(du)受硝(xiao)酸(suan)(suan)的濃度(du)、攪拌速度(du)、溫度(du)等因素(su)的影響。
鍺與堿液的作用
氫氧(yang)(yang)化(hua)鈉和氫氧(yang)(yang)化(hua)鉀(jia)水溶液(ye)與鍺的(de)作(zuo)用很慢(man),但(dan)是(shi)熔融的(de)氫氧(yang)(yang)化(hua)鈉、氫氧(yang)(yang)化(hua)鉀(jia)、Na2CO3、Na2O2、NaB4O7能(neng)迅速(su)地溶解各(ge)種形態(tai)的(de)鍺,生(sheng)成堿金屬的(de)鍺酸鹽。
鍺在某些鹽溶(rong)液中的溶(rong)解
鍺可溶于(yu)某些電解質溶液,如硫酸鈉、鉀的氯(lv)(lv)化物、硝酸鹽、氯(lv)(lv)化銫、氯(lv)(lv)化鑭等。
與其他物(wu)質(zhi)的作用
加熱(re)時(shi)粉狀的(de)鍺(zang)在氯和溴中能(neng)燃(ran)燒,生(sheng)產四鹵(lu)化鍺(zang),加熱(re)時(shi)干燥的(de)HCl氣(qi)體能(neng)腐蝕鍺(zang)。
鍺(zang)最(zui)常出現的(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)態是+4,但是已(yi)知它(ta)在不少化(hua)合(he)物中的(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)態為(wei)+2。其他的(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)態則(ze)很(hen)罕見,例如(ru)化(hua)合(he)物Ge2Cl6中為(wei)+3,在氧(yang)(yang)(yang)化(hua)層表面測(ce)到(dao)的(de)+3與(yu)+1氧(yang)(yang)(yang)化(hua)態。多種(zhong)含鍺(zang)的(de)陰性簇(cu)離子(津特耳(er)離子)已(yi)經被制備出來,當中包(bao)括(kuo)Ge4、Ge9、Ge9及[(Ge9)2],其中一種(zhong)方法是在乙二胺(an)或穴醚(mi)的(de)催化(hua)下,從置于液態氨的(de)鍺(zang)與(yu)堿金(jin)屬合(he)金(jin)中進行提取,這些(xie)離子中鍺(zang)的(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)態并非整數——這點跟臭氧(yang)(yang)(yang)根離子中的(de)氧(yang)(yang)(yang)一樣。在250℃時,鍺(zang)會緩慢地氧(yang)(yang)(yang)化(hua)成GeO2。
鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)共有兩種(zhong)氧化(hua)(hua)物:二(er)氧化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)和一(yi)氧化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)。焙燒二(er)硫化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(GeS2)后可得二(er)氧化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang),二(er)氧化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)是一(yi)種(zhong)白色的(de)粉末(mo),微(wei)溶(rong)(rong)于(yu)(yu)水,但與(yu)堿反應并生(sheng)(sheng)成(cheng)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)酸鹽(yan)(yan)。當二(er)氧化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)與(yu)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)金(jin)屬發生(sheng)(sheng)高(gao)溫反應時(shi),會生(sheng)(sheng)成(cheng)一(yi)氧化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang),熔(rong)點1115℃,密度4.25g/cm3,微(wei)溶(rong)(rong)于(yu)(yu)水。二(er)氧化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)GeO2,具有金(jin)剛石型(xing)(xing)的(de)四方晶型(xing)(xing)和介穩的(de)α–石英型(xing)(xing)的(de)六方晶型(xing)(xing),熔(rong)點1086℃,密度6.24g/cm3,不(bu)溶(rong)(rong)于(yu)(yu)水,二(er)氧化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)在常溫或在加熱條件下都(dou)比(bi)較穩定,難溶(rong)(rong)于(yu)(yu)酸,易溶(rong)(rong)于(yu)(yu)強堿溶(rong)(rong)液,生(sheng)(sheng)成(cheng)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(IV)酸鹽(yan)(yan),它(ta)主要用于(yu)(yu)制(zhi)造高(gao)折射率(lv)的(de)光學玻璃,也是制(zhi)備金(jin)屬鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)的(de)原料。
GeS2+2O2 = GeO2+SO2
GeO2+Ge = 2GeO
GeO2+2NaOH = Na2GeO3+H2O
一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鍺GeO,黑色針狀晶(jing)體,700℃分(fen)解,不溶于水(shui),易(yi)(yi)(yi)溶于酸和濃強堿溶液(ye);在空(kong)氣中加(jia)熱易(yi)(yi)(yi)轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)成二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鍺,隔絕空(kong)氣加(jia)熱易(yi)(yi)(yi)發生歧化(hua)(hua)(hua)反應(ying)。在加(jia)熱條件下(xia),用氫氣或一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳還原二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鍺可制備一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鍺。
GeO2+H2 = GeO+H2O
鍺(zang)(zang)還能(neng)與氧(yang)族元(yuan)(yuan)素生(sheng)(sheng)成二(er)元(yuan)(yuan)化(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu),例(li)如二(er)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)、二(er)硒化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(GeSe2)、一硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(GeS)、一硒化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(GeSe)及碲化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)(GeTe)。把(ba)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)氫氣體通過含Ge(IV)的(de)濃酸(suan)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)時(shi),會(hui)生(sheng)(sheng)成白色(se)(se)沉淀物(wu),即二(er)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)。二(er)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)能(neng)很好地溶(rong)(rong)(rong)于(yu)水、苛性鈉溶(rong)(rong)(rong)液(ye)及堿金屬硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)物(wu)溶(rong)(rong)(rong)液(ye)中。但是(shi),它不溶(rong)(rong)(rong)于(yu)帶酸(suan)性的(de)水中,溫(wen)克勒(le)就是(shi)因為(wei)這(zhe)項性質才發現了鍺(zang)(zang)。把(ba)二(er)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)置于(yu)氫氣流中加熱(re),會(hui)生(sheng)(sheng)成一硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(GeS),它升華后會(hui)形成一圈色(se)(se)暗但具金屬光澤的(de)薄層,它可溶(rong)(rong)(rong)于(yu)苛性鈉溶(rong)(rong)(rong)液(ye)中。把(ba)一硫(liu)化(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)、堿金屬碳酸(suan)鹽(yan)與硫(liu)一起加熱(re)后,會(hui)生(sheng)(sheng)成一種鍺(zang)(zang)鹽(yan)化(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu),叫(jiao)硫(liu)代(dai)鍺(zang)(zang)酸(suan)鹽(yan)。
Na4GeO4+4H2SO4→Ge(SO4)2+2Na2SO4+4H2O
Ge(SO4)2+2H2S→GeS2+2H2SO4
鍺(zang)(zang)共(gong)有四(si)種(zhong)已知的四(si)鹵化(hua)物。在正常狀(zhuang)況(kuang)下四(si)碘化(hua)鍺(zang)(zang)(GeI4)為(wei)(wei)固(gu)體(ti)(ti)(ti),四(si)氟化(hua)鍺(zang)(zang)(GeF4)為(wei)(wei)氣體(ti)(ti)(ti),其余(yu)兩種(zhong)為(wei)(wei)揮(hui)發性(xing)液體(ti)(ti)(ti)。把(ba)鍺(zang)(zang)與氯(lv)氣一(yi)塊加(jia)熱,會得(de)到一(yi)種(zhong)沸點為(wei)(wei)83.1℃的無(wu)色發煙(yan)液體(ti)(ti)(ti),即四(si)氯(lv)化(hua)鍺(zang)(zang)(GeCl4):無(wu)色液體(ti)(ti)(ti),在濕空氣中因水(shui)解而產(chan)生煙(yan)霧,易揮(hui)發,其熔點為(wei)(wei)-51.50℃,沸點為(wei)(wei)86.55℃,密度為(wei)(wei)1.88g/cm3,溶于乙(yi)醇和乙(yi)醚,遇(yu)水(shui)發生水(shui)解。
GeCl4+4H2O→Ge(OH)4+4HCl
鍺(zang)的(de)(de)(de)所(suo)有(you)四(si)鹵化(hua)物(wu)(wu)都(dou)能(neng)很容易(yi)地被(bei)水(shui)解(jie),生(sheng)成含(han)水(shui)二氧化(hua)鍺(zang)。四(si)氯化(hua)鍺(zang)用于制備有(you)機鍺(zang)化(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)。跟四(si)鹵化(hua)物(wu)(wu)相反(fan)的(de)(de)(de)是,全部四(si)種(zhong)已知的(de)(de)(de)二鹵化(hua)物(wu)(wu),皆為聚合(he)(he)固體。另外已知的(de)(de)(de)鹵化(hua)物(wu)(wu)還包括Ge2Cl6及GenCl2n+2。還有(you)一種(zhong)奇特的(de)(de)(de)化(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)Ge6Cl16,里面含(han)有(you)新戊(wu)烷結構的(de)(de)(de)Ge5Cl12。
溫克勒(le)于1887年合成出(chu)第一種有(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)鋅反應(ying)生成四(si)乙基(ji)(ji)鍺(zang)(Ge(C2H5)4)。R4Ge型(其中R為烴基(ji)(ji))的(de)(de)有(you)機鍺(zang)烷(wan)(wan),如(ru)四(si)甲(jia)基(ji)(ji)鍺(zang)(Ge(CH3)4)及四(si)乙基(ji)(ji)鍺(zang),是由最便宜的(de)(de)鍺(zang)前驅(qu)物(wu)四(si)氯(lv)化(hua)(hua)鍺(zang)及甲(jia)基(ji)(ji)親核劑反應(ying)而成。有(you)機鍺(zang)氫化(hua)(hua)物(wu),如(ru)異(yi)丁基(ji)(ji)鍺(zang)烷(wan)(wan)((CH3)2CHCH2GeH3)的(de)(de)危險性比較低,因此半導體工業會(hui)用(yong)液體的(de)(de)氫化(hua)(hua)物(wu)來取(qu)代氣體的(de)(de)甲(jia)鍺(zang)烷(wan)(wan)。有(you)機鍺(zang)化(hua)(hua)合物(wu)2-羧乙基(ji)(ji)鍺(zang)倍半氧烷(wan)(wan)(2-carboxyethylgermasesquioxane),于1970年被發現,曾經有(you)一段時間被用(yong)作膳食補充劑,當(dang)時認為它(ta)可能對腫瘤有(you)療效。
甲鍺烷(wan)(wan)(GeH4)是一(yi)種結構與甲烷(wan)(wan)相(xiang)近的(de)化(hua)合物(wu)(wu)。多鍺烷(wan)(wan)(即(ji)與烷(wan)(wan)相(xiang)似(si)的(de)鍺化(hua)合物(wu)(wu))的(de)化(hua)學式為GenH2n+2,現時仍沒有發(fa)現n大于(yu)五(wu)的(de)多鍺烷(wan)(wan)。相(xiang)對于(yu)硅烷(wan)(wan),鍺烷(wan)(wan)的(de)揮發(fa)性(xing)和(he)活性(xing)都(dou)較低。GeH4在(zai)液態氨中與堿金屬(shu)反應(ying)后,會產生(sheng)白色(se)的(de)MGeH3晶體,當中含(han)(han)有GeH3陰離子。含(han)(han)一(yi)、二、三個鹵素原子的(de)氫鹵化(hua)鍺,皆(jie)為無色(se)的(de)活性(xing)液體。
鍺(zang)(zang)(zang)的提取方法是首先(xian)將鍺(zang)(zang)(zang)的富集(ji)物用濃鹽(yan)酸氯(lv)化(hua),制(zhi)取四(si)氯(lv)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang),再用鹽(yan)酸溶劑萃(cui)取法除(chu)去主要的雜(za)質(zhi)砷,然后經石英塔兩次精餾(liu)提純(chun),再經高(gao)(gao)純(chun)鹽(yan)酸洗(xi)滌,可(ke)得(de)到(dao)(dao)(dao)高(gao)(gao)純(chun)四(si)氯(lv)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang),用高(gao)(gao)純(chun)水(shui)(shui)使四(si)氯(lv)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)水(shui)(shui)解(jie)(jie),得(de)到(dao)(dao)(dao)高(gao)(gao)純(chun)二氧(yang)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)。一(yi)些雜(za)質(zhi)會進入水(shui)(shui)解(jie)(jie)母液(ye),所以水(shui)(shui)解(jie)(jie)過程也是提純(chun)過程。純(chun)二氧(yang)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)經烘干煅燒,在還原爐的石英管內用氫(qing)氣于650-680℃還原得(de)到(dao)(dao)(dao)金(jin)屬鍺(zang)(zang)(zang)。半(ban)導體工業(ye)用的高(gao)(gao)純(chun)鍺(zang)(zang)(zang)(雜(za)質(zhi)少于1/1010)可(ke)以用區域熔(rong)煉技術獲得(de)。
4HCl+GeO2→GeCl4+2H2O
GeCl4+(n+2)H2O→GeO2·nH2O+4HCl
GeO2+2H2→Ge+2H2O
鍺具(ju)備多方面的特(te)殊性質(zhi),在(zai)半導體、航空航天(tian)測控(kong)、核物理探測、光(guang)纖通訊、紅外光(guang)學、太陽能電池(chi)、化(hua)學催(cui)化(hua)劑、生物醫學等領域(yu)都有(you)廣泛而重(zhong)要(yao)(yao)的應用,是一種重(zhong)要(yao)(yao)的戰略資源。在(zai)電子工業(ye)中,在(zai)合金(jin)預處理中,在(zai)光(guang)學工業(ye)上,還(huan)可以作(zuo)為催(cui)化(hua)劑。
高純度的鍺(zang)是半導(dao)體材料。從高純度的氧化(hua)鍺(zang)還原(yuan),再經熔煉可提取(qu)而得。摻有微量特定雜質的鍺(zang)單晶,可用(yong)于制各種(zhong)晶體管、整流(liu)器及其他器件。鍺(zang)的化(hua)合物用(yong)于制造熒(ying)光(guang)板(ban)及各種(zhong)高折光(guang)率的玻璃。
鍺(zang)(zang)單晶(jing)(jing)可(ke)作晶(jing)(jing)體(ti)管(guan)(guan),是(shi)第一代晶(jing)(jing)體(ti)管(guan)(guan)材料(liao)。鍺(zang)(zang)材用(yong)于輻(fu)射(she)探(tan)測器(qi)及熱電材料(liao)。高純鍺(zang)(zang)單晶(jing)(jing)具有高的(de)折射(she)系(xi)數,對紅(hong)外(wai)線(xian)透明(ming),不(bu)透過可(ke)見(jian)光(guang)(guang)和紫外(wai)線(xian),可(ke)作專透紅(hong)外(wai)光(guang)(guang)的(de)鍺(zang)(zang)窗、棱鏡(jing)(jing)(jing)或(huo)透鏡(jing)(jing)(jing)。20世紀初,鍺(zang)(zang)單質曾用(yong)于治療貧(pin)血,之(zhi)后成為最早應用(yong)的(de)半導體(ti)元素。單質鍺(zang)(zang)的(de)折射(she)系(xi)數很(hen)高,只對紅(hong)外(wai)光(guang)(guang)透明(ming),而對可(ke)見(jian)光(guang)(guang)和紫外(wai)光(guang)(guang)不(bu)透明(ming),所以紅(hong)外(wai)夜視儀(yi)等(deng)軍用(yong)觀(guan)察儀(yi)采用(yong)純鍺(zang)(zang)制(zhi)作透鏡(jing)(jing)(jing)。鍺(zang)(zang)和鈮的(de)化(hua)合物是(shi)超導材料(liao)。二氧化(hua)鍺(zang)(zang)是(shi)聚合反應的(de)催化(hua)劑,含二氧化(hua)鍺(zang)(zang)的(de)玻(bo)璃有較高的(de)折射(she)率和色散性能,可(ke)作廣(guang)角照(zhao)相機和顯微鏡(jing)(jing)(jing)鏡(jing)(jing)(jing)頭,三(san)氯化(hua)鍺(zang)(zang)還是(shi)新型光(guang)(guang)纖(xian)材料(liao)添加劑。
據數據顯示,2013年來光(guang)纖通信(xin)行業的(de)發展、紅外光(guang)學在軍用(yong)、民(min)用(yong)領域的(de)應用(yong)不斷擴(kuo)大,太陽能(neng)電池在空間(jian)的(de)使用(yong),地(di)面聚光(guang)高效率太陽能(neng)電站推(tui)廣,全(quan)球對鍺(zang)的(de)需求量在持續穩定增長。
全(quan)球光纖(xian)(xian)網絡(luo)市(shi)(shi)場尤其是北美和日本光纖(xian)(xian)市(shi)(shi)場的復(fu)蘇拉動(dong)(dong)了光纖(xian)(xian)市(shi)(shi)場的快速增長。21世紀(ji)全(quan)球光纖(xian)(xian)需(xu)求年增長率已經達(da)到(dao)了20%。未來中國光纖(xian)(xian)到(dao)戶、3G建設(she)及村通工程(cheng)將拉動(dong)(dong)中國光纖(xian)(xian)用鍺(zang)需(xu)求快速增長。
鍺(zang)在紅(hong)外(wai)光(guang)(guang)學領(ling)域的(de)(de)(de)(de)(de)年需(xu)求(qiu)(qiu)量占鍺(zang)消費量的(de)(de)(de)(de)(de)20-30%,鍺(zang)紅(hong)外(wai)光(guang)(guang)學器件(jian)主(zhu)要(yao)作為紅(hong)外(wai)光(guang)(guang)學系統中的(de)(de)(de)(de)(de)透鏡(jing)、棱鏡(jing)、窗口、濾光(guang)(guang)片等的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)學材料。紅(hong)外(wai)市場對(dui)鍺(zang)產(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)未來(lai)需(xu)求(qiu)(qiu)增(zeng)長主(zhu)要(yao)體現于兩個方面:軍事裝備的(de)(de)(de)(de)(de)日益(yi)現代化帶(dai)動了對(dui)紅(hong)外(wai)產(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)(qiu)和民用市場對(dui)紅(hong)外(wai)產(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)(qiu)。太(tai)陽能(neng)電(dian)池用鍺(zang)占據鍺(zang)總消耗量的(de)(de)(de)(de)(de)15%,太(tai)陽能(neng)電(dian)池領(ling)域對(dui)鍺(zang)系列產(chan)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)未來(lai)需(xu)求(qiu)(qiu)增(zeng)長主(zhu)要(yao)體現于兩個方面:航(hang)空航(hang)天領(ling)域及衛星市場快(kuai)速(su)發展和地面光(guang)(guang)伏產(chan)業快(kuai)速(su)增(zeng)長。
從全(quan)球(qiu)(qiu)產量分布(bu)來看,中國供(gong)給了世(shi)界(jie)71%的(de)鍺產品(pin),是全(quan)球(qiu)(qiu)最(zui)大的(de)鍺生產國和出口(kou)國,這主要(yao)是由于(yu)中國高(gao)附加值深加工產品(pin)技(ji)術環(huan)節薄弱,導(dao)致內(nei)需相對有限,產品(pin)多以初加工產品(pin)出口(kou)為主。
但(dan)是在需求旺盛刺激下(xia),中(zhong)(zhong)國(guo)鍺(zang)(zang)(zang)生(sheng)(sheng)產技術能力提升迅(xun)速,2010年(nian)(nian)以來(lai)中(zhong)(zhong)國(guo)企業已經能夠(gou)生(sheng)(sheng)產光纖(xian)級、紅(hong)(hong)外級、太陽(yang)能級鍺(zang)(zang)(zang)系列產品(pin)。加之來(lai)政(zheng)策推動力度大,中(zhong)(zhong)國(guo)光纖(xian)領域鍺(zang)(zang)(zang)需求明顯增長。2013年(nian)(nian)PET催(cui)化劑用(yong)鍺(zang)(zang)(zang)約(yue)占(zhan)25%,電子太陽(yang)能用(yong)鍺(zang)(zang)(zang)約(yue)占(zhan)15%,紅(hong)(hong)外光學用(yong)鍺(zang)(zang)(zang)比重從42%降至25%,而光纖(xian)通訊(xun)約(yue)占(zhan)鍺(zang)(zang)(zang)消(xiao)費30%左右(you)的市場(chang)份額。2011年(nian)(nian)中(zhong)(zhong)國(guo)鍺(zang)(zang)(zang)消(xiao)費量為45金(jin)屬(shu)噸,2012年(nian)(nian)鍺(zang)(zang)(zang)消(xiao)費量為50金(jin)屬(shu)噸,同比增長11.11%;2013年(nian)(nian)鍺(zang)(zang)(zang)消(xiao)費量為59金(jin)屬(shu)噸,同比增長18.00%。
活化(hua)生物(wu)電流,促(cu)進血液循環,改善及預防(fang)身體(ti)的不適感。
保護紅血球,抵抗外來射(she)線的(de)襲(xi)擊,使之不受損害。
代(dai)謝、免疫(yi)力恢復并(bing)提高身體的自然(ran)治愈力。
抗(kang)腫瘤,抗(kang)炎癥,抗(kang)病毒。
早(zao)在1922年(nian),美(mei)國(guo)的(de)醫生(sheng)就懂得用(yong)無(wu)機(ji)鍺來治療(liao)(liao)貧(pin)血(xue)。無(wu)機(ji)鍺還被(bei)用(yong)于其他(ta)治療(liao)(liao),但(dan)療(liao)(liao)效(xiao)存疑。它對癌癥的(de)療(liao)(liao)效(xiao)已經(jing)被(bei)討論過。美(mei)國(guo)食品藥品監督管理(li)局的(de)研究(jiu)結論為(wei),當鍺被(bei)用(yong)作膳食補充劑時(shi)“有(you)可能危害人體(ti)健康”。
一(yi)(yi)般認為鍺(zang)(zang)對(dui)(dui)動(dong)植物的健康并不(bu)重要。然(ran)而(er)它的一(yi)(yi)些化合物能危害人體(ti)健康。例(li)如(ru),四氯化鍺(zang)(zang)及甲鍺(zang)(zang)烷,分別為液體(ti)及氣體(ti),能對(dui)(dui)眼睛、皮膚(fu)、肺(fei)部及喉嚨造成很大的刺激。由于(yu)鍺(zang)(zang)在礦石(shi)與碳質(carbonaceous)材(cai)料(liao)中是一(yi)(yi)種稀有(you)元素,加(jia)上在商業應用(yong)中使用(yong)的量也不(bu)算多,所以它對(dui)(dui)自然(ran)并沒有(you)什(shen)么影響。
鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)中毒(du)屬低(di)毒(du),動物吸入(ru)大量(liang)金屬鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)和氧化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)后可(ke)致(zhi)肺部炎性損害(hai),吸入(ru)四(si)氯(lv)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)和四(si)氟化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)對呼吸道黏膜有強(qiang)烈刺激作用,四(si)氯(lv)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)還可(ke)引起肝腎損害(hai),鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)化(hua)(hua)氫,包括鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)甲烷(wan)(GeH4)、鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)乙烷(wan)(Ge2H6)和鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)丙烷(wan)(Ge3H8)有類似砷化(hua)(hua)氫、銻化(hua)(hua)氫的溶血作用。
應貯存在陰(yin)涼(liang)、通(tong)風、干燥(zao)、清潔、無化學藥品腐蝕氣氛的庫房內。防(fang)(fang)(fang)潮。不可與酸、堿類產品共貯混(hun)運(yun)。在運(yun)輸過(guo)程(cheng)中要防(fang)(fang)(fang)雨淋、防(fang)(fang)(fang)震。裝卸時要小(xiao)心輕放,防(fang)(fang)(fang)止碰撞和滾動,防(fang)(fang)(fang)止機械損傷。