鍺(zang)(zang)、錫(xi)和鉛在(zai)元素周期表(biao)中是(shi)同屬(shu)一族,后兩者(zhe)早被(bei)古代人們發現(xian)并利用,而鍺(zang)(zang)長(chang)時(shi)期以來沒有被(bei)工業規(gui)模的(de)開采。這并不(bu)是(shi)由于鍺(zang)(zang)在(zai)地(di)殼中的(de)含(han)(han)量少,而是(shi)因為它是(shi)地(di)殼中最分散的(de)元素之一,含(han)(han)鍺(zang)(zang)的(de)礦石(shi)是(shi)很(hen)少的(de)。
門(men)捷列夫(fu)于1871年(nian)(nian)預言其存在,十四年(nian)(nian)后(hou)德國化學(xue)家文克(ke)(ke)勒于1885年(nian)(nian)在分(fen)析(xi)硫銀鍺(zang)(zang)(zang)(zang)礦(kuang)時(shi)(shi)發現(xian)了(le)鍺(zang)(zang)(zang)(zang),后(hou)由硫化鍺(zang)(zang)(zang)(zang)與(yu)氫共熱,制出了(le)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)。門(men)捷列夫(fu)把(ba)它命名為類硅。1886年(nian)(nian),德國弗(fu)萊(lai)貝格(ge)(Freiberg)礦(kuang)業學(xue)院(yuan)(21世紀(ji)的(de)TU Bergakademie Freiberg)分(fen)析(xi)化學(xue)教授文克(ke)(ke)勒在分(fen)析(xi)夫(fu)賴堡附近(jin)發現(xian)的(de)一種(zhong)新的(de)礦(kuang)石——argyrodite(輝(hui)銀鍺(zang)(zang)(zang)(zang)礦(kuang)4Ag2S·GeS2)的(de)時(shi)(shi)候(hou),發現(xian)有一未知的(de)新元(yuan)素并通過實驗驗證了(le)自己的(de)推斷,鍺(zang)(zang)(zang)(zang)元(yuan)素終于被發現(xian)。
從德國(guo)(guo)的(de)拉丁名germania命名新元素為germanium(鍺),以紀念(nian)發現(xian)鍺的(de)文(wen)克勒的(de)祖國(guo)(guo),元素符號定為Ge。鍺繼鎵和鈧后被(bei)發現(xian),鞏固了(le)化學元素周期系。
鍺(zang)(zang)在自然界分布(bu)很散(san)很廣(guang)。銅礦(kuang)、鐵礦(kuang)、硫(liu)化礦(kuang)以(yi)至巖石,泥土和(he)泉水中都(dou)(dou)含(han)(han)有(you)微量(liang)的(de)鍺(zang)(zang)。鍺(zang)(zang)在地殼中的(de)含(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)一(yi)百萬分之(zhi)七,比之(zhi)于氧(yang)、硅等(deng)常見元素當然是少,但是,卻(que)比砷、鈾、汞、碘、銀、金等(deng)元素都(dou)(dou)多。然而,鍺(zang)(zang)卻(que)非常分散(san),幾乎沒有(you)比較集中的(de)鍺(zang)(zang)礦(kuang),因此,被人們稱為(wei)(wei)“稀散(san)金屬(shu)”。已發現的(de)鍺(zang)(zang)礦(kuang)有(you)硫(liu)銀鍺(zang)(zang)礦(kuang)(含(han)(han)鍺(zang)(zang)5~7%)、鍺(zang)(zang)石(含(han)(han)鍺(zang)(zang)10%),硫(liu)銅鐵鍺(zang)(zang)礦(kuang)(含(han)(han)鍺(zang)(zang)7%)。鍺(zang)(zang)礦(kuang)石的(de)鍺(zang)(zang)含(han)(han)量(liang)量(liang)有(you)200ppm和(he)393ppm兩種,顏色為(wei)(wei)青(qing)灰色、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),200目(mu),325目(mu),400目(mu),600目(mu),1250目(mu)
鍺石板材規格
10*10cm,15*15cm,20*20cm,30*30cm
鍺(zang)還常夾雜在(zai)許多鉛礦、銅礦、鐵礦、銀礦中(zhong)(zhong),就(jiu)連普通的(de)(de)煤(mei)中(zhong)(zhong),一(yi)般也(ye)(ye)含(han)有(you)(you)十萬分之一(yi)左右的(de)(de)鍺(zang),也(ye)(ye)就(jiu)是說,一(yi)噸煤(mei)中(zhong)(zhong)平均就(jiu)含(han)有(you)(you)10克(ke)左右的(de)(de)鍺(zang)。在(zai)普通的(de)(de)泥土、巖石、甚至泉水(shui)中(zhong)(zhong),也(ye)(ye)含(han)有(you)(you)微(wei)量(liang)鍺(zang)。
基本信息
鍺粉末狀呈暗藍(lan)色(se),結晶狀,為(wei)銀白色(se)脆金屬。化合價+2和+4。第一(yi)電離能7.899eV,是一(yi)種稀有(you)金屬,重要的半導體材料,不溶于(yu)水。
據X射(she)線研(yan)究證明(ming),鍺晶體里的原子排列與金剛(gang)石(shi)差不(bu)多,結構決定性能(neng),所以鍺與金剛(gang)石(shi)一(yi)樣硬而(er)且脆。
導電性
鍺(zang),就其導(dao)電(dian)的(de)本領而言,優于一般非金(jin)屬,劣于一般金(jin)屬,這在(zai)物理學(xue)上稱為“半導(dao)體”,對(dui)固體物理和固體電(dian)子學(xue)的(de)發展有(you)重要(yao)作用。鍺(zang)有(you)著(zhu)良好的(de)半導(dao)體性(xing)質,如電(dian)子遷移率、空穴遷移率等等。鍺(zang)的(de)發展仍具有(you)很大的(de)潛力。
鍺化(hua)學(xue)性質穩(wen)定(ding),常溫下不(bu)(bu)與空(kong)氣(qi)或(huo)水(shui)(shui)蒸汽(qi)作(zuo)(zuo)用,但在(zai)600~700℃時,很快生成二氧(yang)化(hua)鍺。與鹽酸(suan)、稀硫(liu)酸(suan)不(bu)(bu)起作(zuo)(zuo)用。濃硫(liu)酸(suan)在(zai)加熱(re)時,鍺會(hui)緩慢溶(rong)(rong)解(jie)。在(zai)硝酸(suan)、王水(shui)(shui)中(zhong)(zhong),鍺易溶(rong)(rong)解(jie)。堿溶(rong)(rong)液(ye)與鍺的(de)作(zuo)(zuo)用很弱,但熔融的(de)堿在(zai)空(kong)氣(qi)中(zhong)(zhong),能使(shi)鍺迅(xun)速(su)溶(rong)(rong)解(jie)。鍺與碳(tan)不(bu)(bu)起作(zuo)(zuo)用,所(suo)以在(zai)石墨(mo)坩堝中(zhong)(zhong)熔化(hua),不(bu)(bu)會(hui)被(bei)碳(tan)所(suo)污染。
鍺(zang)(zang)(zang)在元(yuan)素(su)周期表上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)位置正好夾在金(jin)屬與非金(jin)屬之間,因此具有(you)許多(duo)類似于(yu)非金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性質(zhi),這(zhe)在化(hua)學上(shang)稱為(wei)(wei)“亞金(jin)屬”,電子排布為(wei)(wei)[Ar]3d104s24p2。但(dan)它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)學性質(zhi)類似于(yu)臨近族的(de)(de)(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su),尤(you)其是砷(shen)和銻。化(hua)學上(shang)或(huo)毒(du)物學上(shang)重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鍺(zang)(zang)(zang)化(hua)合物很(hen)少(shao)。鍺(zang)(zang)(zang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)化(hua)物,一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)微(wei)溶于(yu)水的(de)(de)(de)(de)(de)(de)白色粉末,形(xing)成鍺(zang)(zang)(zang)酸,這(zhe)類似于(yu)硅酸。四氯化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)是一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)不穩(wen)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)液體(ti)(ti),四氟(fu)化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)是一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)氣體(ti)(ti),它們(men)很(hen)容易在水中水解。氫化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(鍺(zang)(zang)(zang)烷)是一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)相對(dui)穩(wen)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氣體(ti)(ti)。有(you)機(ji)鍺(zang)(zang)(zang)化(hua)合物,烷基可以替換(huan)個(ge)多(duo)個(ge)Ge原子,和錫(xi)、汞、砷(shen)等(deng)類似,但(dan)毒(du)性小的(de)(de)(de)(de)(de)(de)多(duo)。鍺(zang)(zang)(zang)元(yuan)素(su)及(ji)(ji)其二(er)氧(yang)化(hua)物毒(du)性不強(qiang),四鹵化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)是刺激性的(de)(de)(de)(de)(de)(de),氫化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)毒(du)性最強(qiang)。鍺(zang)(zang)(zang)不溶于(yu)稀酸及(ji)(ji)堿,但(dan)溶于(yu)濃硫酸。
鍺在室(shi)溫下是穩定(ding)的,但(dan)也會生成(cheng)(cheng)GeO單層膜(mo)(mo)(mo),時間長了(le)會逐(zhu)漸變成(cheng)(cheng)GeO2單層膜(mo)(mo)(mo)。而當鍺的表(biao)面吸(xi)附了(le)水蒸(zheng)氣便(bian)破壞了(le)氧化膜(mo)(mo)(mo)的鈍(dun)化性質,而生成(cheng)(cheng)厚的氧化物(wu)。
鍺(zang)在較(jiao)(jiao)高(gao)溫(wen)度(du)下(xia)便(bian)氧(yang)化(hua),且(qie)伴隨有失重(zhong)的現象,原(yuan)因是(shi)生(sheng)成了GeO,因其有較(jiao)(jiao)強的揮發性(xing)。研(yan)究(jiu)(jiu)者研(yan)究(jiu)(jiu)了鍺(zang)表面(mian)氧(yang)化(hua)的過(guo)程(cheng),先在600℃時用(yong)CO還原(yuan)鍺(zang),以排除(chu)鍺(zang)表面(mian)的結(jie)合氧(yang)或吸附氧(yang)。再在25~400℃,10kPa的氧(yang)壓下(xia)氧(yang)化(hua)鍺(zang),僅(jin)1min即形成了第(di)一氧(yang)化(hua)層。當溫(wen)度(du)超過(guo)250℃很快形成第(di)二氧(yang)化(hua)層。再升高(gao)溫(wen)度(du),氧(yang)化(hua)速度(du)顯(xian)著(zhu)變慢。在400℃氧(yang)化(hua)3h,形成厚(hou)度(du)為1.75nm的GeO2膜(mo)。
鍺在(zai)不同溶(rong)劑中(zhong)(zhong)的(de)腐蝕溶(rong)解(jie)行為不同。n型鍺的(de)溶(rong)解(jie)電位(wei)比p型略正(zheng),所以在(zai)相(xiang)同溶(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)前者(zhe)的(de)溶(rong)解(jie)速度較快。鍺易溶(rong)于(yu)加氧化劑的(de)熱(re)酸、熱(re)堿和(he)H2O2中(zhong)(zhong)。難(nan)溶(rong)于(yu)稀(xi)硫酸、鹽酸和(he)冷堿液(ye)。鍺在(zai)100℃的(de)水中(zhong)(zhong)是不溶(rong)的(de),而(er)在(zai)室溫下飽和(he)氧的(de)水中(zhong)(zhong),溶(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能緩慢地溶解塊狀的(de)(de)鍺,升溫到90~100℃時溶解速度(du)(du)加(jia)快(kuai)。n型鍺在100℃的(de)(de)H2O2中的(de)(de)溶解速度(du)(du)受H2O2濃度(du)(du)的(de)(de)影響。
(1)鍺被(bei)氧化(hua)為GeO,在表面形成單層GeO:Ge+H?O?══GeO
(2)進(jin)一(yi)步氧化為GeO2:GeO+H2O2=GeO2+H2O
(3)GeO2+H2O=H2GeO3
當溶液中(zhong)有堿(jian)存在時,鍺酸與堿(jian)作(zuo)用生(sheng)成鍺酸鈉(na),而加速鍺的(de)溶解。H2GeO3+NaOH=Na2GeO3+2H2O
鍺在硫酸中的溶解(jie)
90℃時(shi)濃硫酸與塊狀鍺有微(wei)量反(fan)應,歷時(shi)一(yi)周鍺的損失量為1%。
鍺(zang)在硝(xiao)酸中的溶解(jie)
濃(nong)硝酸能(neng)腐蝕塊狀(zhuang)鍺的表面。鍺在硝酸中的溶(rong)解(jie)速(su)度(du)受硝酸的濃(nong)度(du)、攪拌速(su)度(du)、溫(wen)度(du)等因素的影響。
鍺與堿液的作用
氫氧化(hua)鈉(na)和氫氧化(hua)鉀水溶液與(yu)鍺(zang)的作用很慢,但是熔融的氫氧化(hua)鈉(na)、氫氧化(hua)鉀、Na2CO3、Na2O2、NaB4O7能迅速地溶解各種形(xing)態的鍺(zang),生成堿金(jin)屬的鍺(zang)酸鹽。
鍺在某些(xie)鹽溶液中的溶解(jie)
鍺可溶于某些電解質(zhi)溶液(ye),如硫(liu)酸(suan)鈉(na)、鉀(jia)的氯(lv)化(hua)物、硝酸(suan)鹽、氯(lv)化(hua)銫、氯(lv)化(hua)鑭等。
與(yu)其他物質的作用
加熱時(shi)粉狀的鍺在氯和溴中能(neng)燃燒(shao),生(sheng)產四(si)鹵化鍺,加熱時(shi)干燥的HCl氣體能(neng)腐蝕鍺。
鍺(zang)最常出現的(de)氧化(hua)態(tai)(tai)(tai)是(shi)+4,但是(shi)已知它在不少(shao)化(hua)合(he)物中(zhong)的(de)氧化(hua)態(tai)(tai)(tai)為+2。其他(ta)的(de)氧化(hua)態(tai)(tai)(tai)則(ze)很罕見(jian),例(li)如(ru)化(hua)合(he)物Ge2Cl6中(zhong)為+3,在氧化(hua)層表面測(ce)到(dao)的(de)+3與(yu)+1氧化(hua)態(tai)(tai)(tai)。多種(zhong)含鍺(zang)的(de)陰性(xing)簇離子(zi)(津(jin)特耳離子(zi))已經被(bei)制備出來,當中(zhong)包括(kuo)Ge4、Ge9、Ge9及[(Ge9)2],其中(zhong)一(yi)種(zhong)方法是(shi)在乙二胺或穴(xue)醚(mi)的(de)催化(hua)下,從置于液(ye)態(tai)(tai)(tai)氨的(de)鍺(zang)與(yu)堿金屬合(he)金中(zhong)進行提取,這(zhe)些離子(zi)中(zhong)鍺(zang)的(de)氧化(hua)態(tai)(tai)(tai)并非(fei)整數——這(zhe)點跟臭氧根離子(zi)中(zhong)的(de)氧一(yi)樣(yang)。在250℃時(shi),鍺(zang)會緩慢地氧化(hua)成(cheng)GeO2。
鍺(zang)(zang)(zang)(zang)共有兩種氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物:二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)和一氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)。焙(bei)燒二(er)(er)硫化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(GeS2)后可得二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang),二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)是一種白色(se)的(de)粉末,微(wei)溶(rong)于(yu)(yu)水,但與堿(jian)反應并生(sheng)(sheng)成鍺(zang)(zang)(zang)(zang)酸(suan)鹽(yan)。當二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)與鍺(zang)(zang)(zang)(zang)金(jin)(jin)屬發生(sheng)(sheng)高溫(wen)反應時(shi),會生(sheng)(sheng)成一氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang),熔(rong)點1115℃,密度(du)4.25g/cm3,微(wei)溶(rong)于(yu)(yu)水。二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)GeO2,具有金(jin)(jin)剛(gang)石型的(de)四方晶型和介穩的(de)α–石英型的(de)六方晶型,熔(rong)點1086℃,密度(du)6.24g/cm3,不(bu)溶(rong)于(yu)(yu)水,二(er)(er)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)在常溫(wen)或在加熱(re)條(tiao)件下都比較(jiao)穩定,難溶(rong)于(yu)(yu)酸(suan),易溶(rong)于(yu)(yu)強堿(jian)溶(rong)液(ye),生(sheng)(sheng)成鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(IV)酸(suan)鹽(yan),它主要(yao)用(yong)于(yu)(yu)制造高折(zhe)射率的(de)光(guang)學玻璃,也是制備金(jin)(jin)屬鍺(zang)(zang)(zang)(zang)的(de)原(yuan)料。
GeS2+2O2 = GeO2+SO2
GeO2+Ge = 2GeO
GeO2+2NaOH = Na2GeO3+H2O
一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)鍺GeO,黑色針狀(zhuang)晶體,700℃分(fen)解,不溶(rong)于水,易(yi)溶(rong)于酸和濃強(qiang)堿(jian)溶(rong)液(ye);在(zai)空氣(qi)(qi)中加(jia)熱易(yi)轉化(hua)成二氧(yang)(yang)化(hua)鍺,隔絕(jue)空氣(qi)(qi)加(jia)熱易(yi)發生歧(qi)化(hua)反應。在(zai)加(jia)熱條件下,用氫(qing)氣(qi)(qi)或一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)碳還原二氧(yang)(yang)化(hua)鍺可制備(bei)一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)鍺。
GeO2+H2 = GeO+H2O
鍺(zang)(zang)還能(neng)與氧族元素生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)二(er)(er)元化(hua)合物(wu)(wu),例如二(er)(er)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)物(wu)(wu)、二(er)(er)硒(xi)化(hua)物(wu)(wu)(GeSe2)、一硫(liu)(liu)(liu)化(hua)物(wu)(wu)(GeS)、一硒(xi)化(hua)物(wu)(wu)(GeSe)及碲化(hua)物(wu)(wu)(GeTe)。把硫(liu)(liu)(liu)化(hua)氫(qing)(qing)氣(qi)體通過含Ge(IV)的(de)(de)濃酸溶(rong)(rong)液時,會生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)白色沉淀物(wu)(wu),即二(er)(er)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)鍺(zang)(zang)。二(er)(er)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)鍺(zang)(zang)能(neng)很好地溶(rong)(rong)于(yu)(yu)(yu)(yu)水、苛性(xing)(xing)鈉溶(rong)(rong)液及堿金(jin)屬(shu)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)物(wu)(wu)溶(rong)(rong)液中。但是(shi),它不溶(rong)(rong)于(yu)(yu)(yu)(yu)帶酸性(xing)(xing)的(de)(de)水中,溫克勒就是(shi)因為這項性(xing)(xing)質才發現了鍺(zang)(zang)。把二(er)(er)硫(liu)(liu)(liu)化(hua)鍺(zang)(zang)置(zhi)于(yu)(yu)(yu)(yu)氫(qing)(qing)氣(qi)流中加熱(re),會生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)一硫(liu)(liu)(liu)化(hua)鍺(zang)(zang)(GeS),它升華后(hou)會形成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)一圈色暗但具金(jin)屬(shu)光(guang)澤(ze)的(de)(de)薄層(ceng),它可溶(rong)(rong)于(yu)(yu)(yu)(yu)苛性(xing)(xing)鈉溶(rong)(rong)液中。把一硫(liu)(liu)(liu)化(hua)鍺(zang)(zang)、堿金(jin)屬(shu)碳酸鹽(yan)與硫(liu)(liu)(liu)一起加熱(re)后(hou),會生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)一種鍺(zang)(zang)鹽(yan)化(hua)合物(wu)(wu),叫硫(liu)(liu)(liu)代鍺(zang)(zang)酸鹽(yan)。
Na4GeO4+4H2SO4→Ge(SO4)2+2Na2SO4+4H2O
Ge(SO4)2+2H2S→GeS2+2H2SO4
鍺(zang)(zang)共(gong)有四(si)種已(yi)知(zhi)的(de)四(si)鹵化物。在(zai)正常狀況下(xia)四(si)碘化鍺(zang)(zang)(GeI4)為(wei)固體(ti)(ti),四(si)氟化鍺(zang)(zang)(GeF4)為(wei)氣(qi)體(ti)(ti),其余兩(liang)種為(wei)揮發(fa)性(xing)液體(ti)(ti)。把鍺(zang)(zang)與氯氣(qi)一塊加(jia)熱,會得到一種沸(fei)點(dian)為(wei)83.1℃的(de)無色發(fa)煙(yan)液體(ti)(ti),即四(si)氯化鍺(zang)(zang)(GeCl4):無色液體(ti)(ti),在(zai)濕空氣(qi)中因水解而產生(sheng)煙(yan)霧,易揮發(fa),其熔點(dian)為(wei)-51.50℃,沸(fei)點(dian)為(wei)86.55℃,密度為(wei)1.88g/cm3,溶(rong)于(yu)乙(yi)醇和乙(yi)醚,遇水發(fa)生(sheng)水解。
GeCl4+4H2O→Ge(OH)4+4HCl
鍺(zang)的(de)所有四鹵(lu)(lu)化(hua)物(wu)(wu)都能很容易(yi)地被水解(jie),生成含水二氧化(hua)鍺(zang)。四氯化(hua)鍺(zang)用于制備有機鍺(zang)化(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)。跟(gen)四鹵(lu)(lu)化(hua)物(wu)(wu)相(xiang)反(fan)的(de)是,全(quan)部四種已知(zhi)的(de)二鹵(lu)(lu)化(hua)物(wu)(wu),皆為聚(ju)合(he)(he)固體。另外(wai)已知(zhi)的(de)鹵(lu)(lu)化(hua)物(wu)(wu)還(huan)包括Ge2Cl6及GenCl2n+2。還(huan)有一種奇特的(de)化(hua)合(he)(he)物(wu)(wu)Ge6Cl16,里(li)面含有新戊(wu)烷結構的(de)Ge5Cl12。
溫克勒于1887年(nian)合(he)成出(chu)第(di)一(yi)種(zhong)有(you)(you)(you)機鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)化(hua)合(he)物(organogermanium compound),四氯化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)與二(er)乙(yi)(yi)基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)鋅反(fan)應生(sheng)成四乙(yi)(yi)基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(Ge(C2H5)4)。R4Ge型(其中(zhong)R為烴基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji))的(de)有(you)(you)(you)機鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)烷(wan)(wan),如四甲基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)(Ge(CH3)4)及四乙(yi)(yi)基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang),是由最(zui)便宜(yi)的(de)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)前(qian)驅物四氯化(hua)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)及甲基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)親核劑反(fan)應而(er)成。有(you)(you)(you)機鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)氫化(hua)物,如異丁基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)烷(wan)(wan)((CH3)2CHCH2GeH3)的(de)危險性比(bi)較低,因此半導體工業會(hui)用液體的(de)氫化(hua)物來取代氣體的(de)甲鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)烷(wan)(wan)。有(you)(you)(you)機鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)化(hua)合(he)物2-羧乙(yi)(yi)基(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)鍺(zang)(zang)(zang)(zang)(zang)倍(bei)半氧烷(wan)(wan)(2-carboxyethylgermasesquioxane),于1970年(nian)被發(fa)現,曾經有(you)(you)(you)一(yi)段(duan)時間(jian)被用作膳食補(bu)充(chong)劑,當(dang)時認為它(ta)可能對腫瘤有(you)(you)(you)療(liao)效。
甲鍺(zang)烷(wan)(GeH4)是(shi)一種(zhong)結(jie)構與甲烷(wan)相(xiang)近的(de)(de)化合物。多(duo)鍺(zang)烷(wan)(即與烷(wan)相(xiang)似的(de)(de)鍺(zang)化合物)的(de)(de)化學(xue)式為(wei)GenH2n+2,現時(shi)仍沒有(you)發(fa)現n大于(yu)五的(de)(de)多(duo)鍺(zang)烷(wan)。相(xiang)對于(yu)硅烷(wan),鍺(zang)烷(wan)的(de)(de)揮發(fa)性和活(huo)性都(dou)較低。GeH4在液態氨(an)中與堿(jian)金屬反(fan)應(ying)后,會產生(sheng)白色(se)的(de)(de)MGeH3晶體,當(dang)中含有(you)GeH3陰離子。含一、二、三個鹵素(su)原子的(de)(de)氫鹵化鍺(zang),皆為(wei)無色(se)的(de)(de)活(huo)性液體。
鍺(zang)(zang)(zang)的提(ti)(ti)取(qu)(qu)方法是(shi)首先(xian)將鍺(zang)(zang)(zang)的富集物用(yong)濃鹽酸(suan)氯化,制取(qu)(qu)四(si)氯化鍺(zang)(zang)(zang),再用(yong)鹽酸(suan)溶(rong)劑萃取(qu)(qu)法除去主要的雜(za)(za)(za)質砷,然后經石英(ying)塔兩次精餾提(ti)(ti)純,再經高純鹽酸(suan)洗滌,可(ke)得(de)(de)到高純四(si)氯化鍺(zang)(zang)(zang),用(yong)高純水(shui)使四(si)氯化鍺(zang)(zang)(zang)水(shui)解(jie),得(de)(de)到高純二氧化鍺(zang)(zang)(zang)。一(yi)些雜(za)(za)(za)質會進入水(shui)解(jie)母液,所(suo)以水(shui)解(jie)過(guo)程(cheng)(cheng)也是(shi)提(ti)(ti)純過(guo)程(cheng)(cheng)。純二氧化鍺(zang)(zang)(zang)經烘干煅(duan)燒,在還原(yuan)爐的石英(ying)管內用(yong)氫氣(qi)于650-680℃還原(yuan)得(de)(de)到金屬鍺(zang)(zang)(zang)。半導體工業用(yong)的高純鍺(zang)(zang)(zang)(雜(za)(za)(za)質少于1/1010)可(ke)以用(yong)區域熔煉技(ji)術獲得(de)(de)。
4HCl+GeO2→GeCl4+2H2O
GeCl4+(n+2)H2O→GeO2·nH2O+4HCl
GeO2+2H2→Ge+2H2O
鍺具備多方面(mian)的(de)特殊性質,在(zai)(zai)半導(dao)體(ti)、航空航天測控、核物(wu)理探測、光纖(xian)通訊、紅外光學(xue)、太陽能電(dian)(dian)池、化(hua)學(xue)催化(hua)劑(ji)、生物(wu)醫學(xue)等領域都有(you)廣泛而重(zhong)要(yao)(yao)的(de)應(ying)用,是(shi)一種(zhong)重(zhong)要(yao)(yao)的(de)戰略資(zi)源。在(zai)(zai)電(dian)(dian)子工(gong)業中,在(zai)(zai)合金預處(chu)理中,在(zai)(zai)光學(xue)工(gong)業上,還(huan)可以作為催化(hua)劑(ji)。
高純度的鍺是半(ban)導(dao)體(ti)材料。從(cong)高純度的氧化(hua)(hua)鍺還原(yuan),再(zai)經熔煉可提(ti)取而得。摻有微量(liang)特定雜質的鍺單晶,可用(yong)于制各種(zhong)(zhong)晶體(ti)管(guan)、整流器及其(qi)他(ta)器件。鍺的化(hua)(hua)合物用(yong)于制造熒(ying)光板(ban)及各種(zhong)(zhong)高折光率的玻璃(li)。
鍺(zang)(zang)單晶(jing)(jing)可(ke)(ke)作(zuo)晶(jing)(jing)體(ti)(ti)管,是(shi)第一代(dai)晶(jing)(jing)體(ti)(ti)管材(cai)料(liao)。鍺(zang)(zang)材(cai)用(yong)于輻(fu)射探(tan)測器及熱電材(cai)料(liao)。高純鍺(zang)(zang)單晶(jing)(jing)具有(you)高的(de)折射系數(shu),對(dui)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)線透(tou)(tou)(tou)明(ming),不透(tou)(tou)(tou)過可(ke)(ke)見光和(he)(he)紫外(wai)(wai)線,可(ke)(ke)作(zuo)專透(tou)(tou)(tou)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)光的(de)鍺(zang)(zang)窗、棱鏡(jing)(jing)或透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)。20世紀初,鍺(zang)(zang)單質(zhi)曾用(yong)于治(zhi)療貧血,之(zhi)后(hou)成(cheng)為最早應(ying)用(yong)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)元素。單質(zhi)鍺(zang)(zang)的(de)折射系數(shu)很高,只對(dui)紅(hong)(hong)外(wai)(wai)光透(tou)(tou)(tou)明(ming),而對(dui)可(ke)(ke)見光和(he)(he)紫外(wai)(wai)光不透(tou)(tou)(tou)明(ming),所以紅(hong)(hong)外(wai)(wai)夜視儀等軍用(yong)觀察儀采(cai)用(yong)純鍺(zang)(zang)制作(zuo)透(tou)(tou)(tou)鏡(jing)(jing)。鍺(zang)(zang)和(he)(he)鈮的(de)化合物是(shi)超導(dao)材(cai)料(liao)。二(er)氧化鍺(zang)(zang)是(shi)聚合反應(ying)的(de)催化劑(ji)(ji),含二(er)氧化鍺(zang)(zang)的(de)玻璃有(you)較高的(de)折射率和(he)(he)色散性能(neng),可(ke)(ke)作(zuo)廣角照(zhao)相機(ji)和(he)(he)顯微鏡(jing)(jing)鏡(jing)(jing)頭,三氯化鍺(zang)(zang)還是(shi)新型光纖材(cai)料(liao)添加(jia)劑(ji)(ji)。
據(ju)數據(ju)顯示(shi),2013年來光纖通信行業(ye)的(de)(de)(de)發(fa)展、紅外光學(xue)在(zai)(zai)軍用(yong)、民用(yong)領域的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)不斷擴大(da),太(tai)陽(yang)能電池在(zai)(zai)空間的(de)(de)(de)使用(yong),地面聚光高(gao)效率(lv)太(tai)陽(yang)能電站推廣,全(quan)球對鍺的(de)(de)(de)需求量在(zai)(zai)持續穩定增長。
全(quan)球光纖(xian)(xian)網絡市場(chang)尤其是(shi)北美(mei)和日(ri)本光纖(xian)(xian)市場(chang)的復蘇(su)拉動了光纖(xian)(xian)市場(chang)的快速增長。21世紀(ji)全(quan)球光纖(xian)(xian)需求年增長率已經達到了20%。未來中國光纖(xian)(xian)到戶(hu)、3G建設及(ji)村通工程將拉動中國光纖(xian)(xian)用鍺(zang)需求快速增長。
鍺(zang)在紅(hong)外光(guang)學領(ling)域的年(nian)需(xu)求(qiu)量(liang)(liang)占(zhan)鍺(zang)消(xiao)費量(liang)(liang)的20-30%,鍺(zang)紅(hong)外光(guang)學器件(jian)主(zhu)要(yao)(yao)作為紅(hong)外光(guang)學系統(tong)中的透鏡、棱鏡、窗口、濾光(guang)片(pian)等(deng)的光(guang)學材料。紅(hong)外市場對鍺(zang)產品(pin)的未來需(xu)求(qiu)增(zeng)長(chang)主(zhu)要(yao)(yao)體(ti)現于兩(liang)個方(fang)面(mian):軍事(shi)裝備(bei)的日益現代(dai)化帶(dai)動(dong)了對紅(hong)外產品(pin)的需(xu)求(qiu)和民(min)用(yong)市場對紅(hong)外產品(pin)的需(xu)求(qiu)。太陽能電(dian)池用(yong)鍺(zang)占(zhan)據鍺(zang)總消(xiao)耗(hao)量(liang)(liang)的15%,太陽能電(dian)池領(ling)域對鍺(zang)系列(lie)產品(pin)的未來需(xu)求(qiu)增(zeng)長(chang)主(zhu)要(yao)(yao)體(ti)現于兩(liang)個方(fang)面(mian):航(hang)空航(hang)天領(ling)域及衛星市場快速(su)發展和地面(mian)光(guang)伏產業(ye)快速(su)增(zeng)長(chang)。
從(cong)全球產(chan)量分布(bu)來(lai)看,中國(guo)(guo)供給了世界71%的(de)鍺產(chan)品(pin),是全球最大(da)的(de)鍺生產(chan)國(guo)(guo)和出(chu)口(kou)國(guo)(guo),這(zhe)主要是由于中國(guo)(guo)高(gao)附(fu)加值深加工(gong)產(chan)品(pin)技術環節薄弱(ruo),導致內需相對有限,產(chan)品(pin)多以初加工(gong)產(chan)品(pin)出(chu)口(kou)為(wei)主。
但是在需求旺盛刺(ci)激(ji)下,中(zhong)國(guo)(guo)(guo)鍺生(sheng)產技術(shu)能力提升(sheng)迅速,2010年(nian)以來中(zhong)國(guo)(guo)(guo)企業已經能夠(gou)生(sheng)產光纖(xian)級、紅外級、太陽能級鍺系(xi)列產品。加之(zhi)來政策(ce)推動(dong)力度(du)大(da),中(zhong)國(guo)(guo)(guo)光纖(xian)領(ling)域鍺需求明顯增(zeng)長(chang)(chang)(chang)。2013年(nian)PET催化劑(ji)用(yong)鍺約(yue)占(zhan)25%,電子(zi)太陽能用(yong)鍺約(yue)占(zhan)15%,紅外光學用(yong)鍺比(bi)重從42%降至25%,而光纖(xian)通訊約(yue)占(zhan)鍺消(xiao)費(fei)(fei)30%左右的市場份(fen)額。2011年(nian)中(zhong)國(guo)(guo)(guo)鍺消(xiao)費(fei)(fei)量為(wei)(wei)45金(jin)屬(shu)噸(dun),2012年(nian)鍺消(xiao)費(fei)(fei)量為(wei)(wei)50金(jin)屬(shu)噸(dun),同比(bi)增(zeng)長(chang)(chang)(chang)11.11%;2013年(nian)鍺消(xiao)費(fei)(fei)量為(wei)(wei)59金(jin)屬(shu)噸(dun),同比(bi)增(zeng)長(chang)(chang)(chang)18.00%。
活化生物電流,促進血液(ye)循環,改善及預防(fang)身體的不適(shi)感。
保(bao)護紅血球,抵抗外來射線的(de)襲擊,使之不受損害。
代謝、免疫力恢復并提高身體的自然治愈力。
抗(kang)腫瘤,抗(kang)炎癥,抗(kang)病毒。
早(zao)在1922年,美(mei)國(guo)(guo)的(de)醫生就懂(dong)得用無(wu)機鍺(zang)來治療(liao)貧血。無(wu)機鍺(zang)還被用于其他(ta)治療(liao),但療(liao)效存疑。它對癌(ai)癥的(de)療(liao)效已經被討(tao)論過(guo)。美(mei)國(guo)(guo)食品藥品監督管(guan)理局的(de)研究結(jie)論為,當鍺(zang)被用作膳食補充劑時“有可(ke)能危害人(ren)體健康(kang)”。
一(yi)般認(ren)為(wei)鍺(zang)對動植物的(de)健康并不重要。然(ran)而它的(de)一(yi)些化(hua)(hua)合物能危害人體健康。例如,四氯化(hua)(hua)鍺(zang)及甲鍺(zang)烷,分別為(wei)液體及氣體,能對眼睛、皮膚(fu)、肺部及喉(hou)嚨造(zao)成很大(da)的(de)刺(ci)激。由于(yu)鍺(zang)在礦石與碳質(carbonaceous)材料(liao)中(zhong)(zhong)是一(yi)種稀有(you)元(yuan)素,加上在商業應用中(zhong)(zhong)使用的(de)量也不算多(duo),所以(yi)它對自然(ran)并沒有(you)什么影響。
鍺(zang)(zang)中毒屬(shu)低毒,動物吸入大量金屬(shu)鍺(zang)(zang)和氧(yang)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)后(hou)可致肺部(bu)炎性損害(hai),吸入四氯(lv)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)和四氟(fu)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)對呼吸道黏膜有(you)強烈刺激作用,四氯(lv)化(hua)(hua)鍺(zang)(zang)還可引起肝腎損害(hai),鍺(zang)(zang)化(hua)(hua)氫(qing),包(bao)括鍺(zang)(zang)甲烷(GeH4)、鍺(zang)(zang)乙烷(Ge2H6)和鍺(zang)(zang)丙烷(Ge3H8)有(you)類似砷(shen)化(hua)(hua)氫(qing)、銻(ti)化(hua)(hua)氫(qing)的溶(rong)血(xue)作用。
應(ying)貯存(cun)在(zai)陰涼、通風、干燥、清(qing)潔、無(wu)化學(xue)藥品(pin)腐蝕氣氛的(de)庫房內。防潮。不(bu)可與酸、堿類產品(pin)共貯混運(yun)。在(zai)運(yun)輸過程中要(yao)防雨淋(lin)、防震。裝卸(xie)時(shi)要(yao)小心輕放,防止碰(peng)撞和滾動,防止機械(xie)損傷。