历史学 锗对人体的作用_锗怎么运输

一、锗的研究历史

　　锗

　　锗、锡和铅在元素周期表中是同属一族，后两者早被古代人们发现并利用，而锗长时期以来没有被工业规模的开采。这并不是由于锗在地壳中的含量少，而是因为它是地壳中最分散的元素之一，含锗的矿石是很少的。[1]

　　门捷列夫于1871年预言其存在，十四年后德国化学家文克勒于1885年在分析硫银锗矿时发现了锗，后由硫化锗与氢共热，制出了锗。门捷列夫把它命名为类硅。1886年，德国弗莱贝格 (Freiberg) 矿业学院 (今天的TU Bergakademie Freiberg) 分析化学教授文克勒在分析夫赖堡附近发现的一种新的矿石——argyrodite(辉银锗矿4Ag2S·GeS2)的时候，发现有一未知的新元素并通过实验验证了自己的推断，锗元素终于被发现。[1]

　　从德国的拉丁名germania命名新元素为germanium(锗)，以纪念发现锗的文克勒的祖国，元素符号定为Ge。锗继镓和钪后被发现，巩固了化学元素周期系。

　　含量分布

　　锗在自然界分布很散很广。铜矿、铁矿、硫化矿以至岩石，泥土和泉水中都含有微量的锗。锗在地壳中的含量为一百万分之七，比之于氧、硅等常见元素当然是少，但是，却比砷、铀、汞、碘、银、金等元素都多。然而，锗却非常分散，几乎没有比较集中的锗矿，因此，被人们称为“稀散金属”。已发现的锗矿有硫银锗矿(含锗5～7%)、锗石(含锗10%)，硫铜铁锗矿(含锗7%)。锗矿石的锗含量量有200ppm和393ppm两种，颜色为青灰色、红花色两种。

二、化学性质基本信息

　　氧化物

　　锗最常出现的氧化态是+4，但是已知它在不少化合物中的氧化态为+2。其他的氧化态则很罕见，例如化合物Ge2Cl6中为+3，在氧化层表面测到的+3与+1氧化态。多种含锗的阴性簇离子(津特耳离子)已经被制备出来，当中包括Ge4、Ge9、Ge9及[(Ge9)2]，其中一种方法是在乙二胺或穴醚的催化下，从置于液态氨的锗与碱金属合金中进行提取，这些离子中锗的氧化态并非整数——这点跟臭氧根离子中的氧一样。在250℃时，锗会缓慢地氧化成GeO2。[8]

　　锗共有两种氧化物：二氧化锗和一氧化锗。焙烧二硫化锗(GeS2)后可得二氧化锗，二氧化锗是一种白色的粉末，微溶于水，但与碱反应并生成锗酸盐。当二氧化锗与锗金属发生高温反应时，会生成一氧化锗，熔点1,115℃，密度4.25克/厘米，微溶于水。二氧化锗GeO2，具有金刚石型的四方晶型和介稳的α–石英型的六方晶型，熔点1,086℃，密度6.24克/厘米，不溶于水，二氧化锗在常温或在加热条件下都比较稳定，难溶于酸，易溶于强碱溶液，生成锗(IV)酸盐，它主要用于制造高折射率的光学玻璃，也是制备金属锗的原料。[3]

　　GeS2+2O2=GeO2+SO2

　　GeO2+Ge=2GeO

　　GeO2+2NaOH=Na2GeO3+H2O

　　一氧化锗GeO，黑色针状晶体，700℃分解，不溶于水，易溶于酸和浓强碱溶液;在空气中加热易转化成二氧化锗，隔绝空气加热易发生歧化反应。在加热条件下，用氢气或一氧化碳还原二氧化锗可制备一氧化锗。

　　GeO2+H2=GeO+H2O

　　氧族化合物

　　锗还能与氧族元素生成二元化合物，例如二硫化物、二硒化物(GeSe2)、一硫化物(GeS)、一硒化物(GeSe)及碲化物(GeTe)。把硫化氢气体通过含Ge(IV)的浓酸溶液时，会生成白色沉淀物，即二硫化锗。二硫化锗能很好地溶于水、苛性钠溶液及碱金属硫化物溶液中。但是，它不溶于带酸性的水中，温克勒就是因为这项性质才发现了锗。把二硫化锗置于氢气流中加热，会生成一硫化锗(GeS)，它升华后会形成一圈色暗但具金属光泽的薄层，它可溶于苛性钠溶液中。把一硫化锗、碱金属碳酸盐与硫一起加热后，会生成一种锗盐化合物，叫硫代锗酸盐。

　　Na4GeO4+4H2SO4→Ge(SO4)2+2Na2SO4+4H2O

　　Ge(SO4)2+2H2S→GeS2+2H2SO4

　　卤化物

　　锗共有四种已知的四卤化物。在正常状况下四碘化锗(GeI4)为固体，四氟化锗(GeF4)为气体，其余两种为挥发性液体。把锗与氯气一块加热，会得到一种沸点为83.1℃的无色发烟液体，即四氯化锗(GeCl4)：无色液体，在湿空气中因水解而产生烟雾，易挥发，其熔点为-51.50℃，沸点为86.55℃，密度为1.88克/厘米，溶于乙醇和*，遇水发生水解。[3]

　　Ge+2Cl2→△GeCl4

　　GeCl4+4H2O→Ge(OH)4+4HCl

　　锗的所有四卤化物都能很容易地被水解，生成含水二氧化锗。四氯化锗用于制备有机锗化合物。跟四卤化物相反的是，全部四种已知的二卤化物，皆为聚合固体。另外已知的卤化物还包括Ge2Cl6及GenCl2n+2。还有一种奇特的化合物Ge6Cl16，里面含有新戊烷结构的Ge5Cl12。

三、作用用途是什么

　　工业用途

　　锗锗具备多方面的特殊性质，在半导体、航空航天测控、核物理探测、光纤通讯、红外光学、太阳能电池、化学催化剂、生物医学等领域都有广泛而重要的应用，是一种重要的战略资源。在电子工业中，在合金预处理中，在光学工业上，还可以作为催化剂。

　　高纯度的锗是半导体材料。从高纯度的氧化锗还原，再经熔炼可提取而得。掺有微量特定杂质的锗单晶，可用于制各种晶体管、整流器及其他器件。锗的化合物用于制造荧光板及各种高折光率的玻璃。

　　锗单晶可作晶体管，是第一代晶体管材料。锗材用于辐射探测器及热电材料。高纯锗单晶具有高的折射系数，对红外线透明，不透过可见光和紫外线，可作专透红外光的锗窗、棱镜或透镜。20世纪初，锗单质曾用于治疗贫血，之后成为最早应用的半导体元素。单质锗的折射系数很高，只对红外光透明，而对可见光和紫外光不透明，所以红外夜视仪等军用观察仪采用纯锗制作透镜。锗和铌的化合物是超导材料。二氧化锗是聚合反应的催化剂，含二氧化锗的玻璃有较高的折射率和色散性能，可作广角照相机和显微镜镜头，三氯化锗还是新型光纤材料添加剂。

　　据数据显示，2013年来光纤通信行业的发展、红外光学在军用、民用领域的应用不断扩大，太阳能电池在空间的使用，地面聚光高效率太阳能电站推广，全球对锗的需求量在持续稳定增长。

　　全球光纤网络市场尤其是北美和日本光纤市场的复苏拉动了光纤市场的快速增长。21世纪全球光纤需求年增长率已经达到了20%。未来中国光纤到户、3G建设及村通工程将拉动中国光纤用锗需求快速增长。

　　锗在红外光学领域的年需求量占锗消费量的20-30%，锗红外光学器件主要作为红外光学系统中的透镜、棱镜、窗口、滤光片等的光学材料。红外市场对锗产品的未来需求增长主要体现在两个方面：军事装备的日益现代化带动了对红外产品的需求和民用市场对红外产品的需求。太阳能电池用锗占据锗总消耗量的15%，太阳能电池领域对锗系列产品的未来需求增长主要体现在两个方面：航空航天领域及卫星市场快速发展和地面光伏产业快速增长。[11]

　　从全球产量分布来看，中国供给了世界71%的锗产品，是全球最大的锗生产国和出口国，这主要是由于中国高附加值深加工产品技术环节薄弱，导致内需相对有限，产品多以初加工产品出口为主。

　　但是在需求旺盛刺激下，中国锗生产技术能力提升迅速，目前中国企业已经能够生产光纤级、红外级、太阳能级锗系列产品。加之来政策推动力度大，中国光纤领域锗需求明显增长。2013年PET催化剂用锗约占25%，电子太阳能用锗约占15%，红外光学用锗比重从42%降至25%，而光纤通讯约占锗消费30%左右的市场份额。2011年中国锗消费量为45金属吨，2012年锗消费量为50金属吨，同比增长11.11%;2013年锗消费量为59金属吨，同比增长18.00%。[11]

　　膳食补充

　　早在1922年，美国的医生就懂得用无机锗来治疗贫血。无机锗还被用于其他治疗，但疗效存疑。它对癌症的疗效已经被讨论过。美国食品药品监督管理局的研究结论为，当锗被用作膳食补充剂时“有可能危害人体健康”。

四、如何储存运输

　　毒理资料

　　一般认为锗对动植物的健康并不重要。然而它的一些化合物能危害人体健康。例如，四氯化锗及甲锗烷，分别为液体及气体，能对眼睛、皮肤、肺部及喉咙造成很大的刺激。由于锗在矿石与碳质(carbonaceous)材料中是一种稀有元素，加上在商业应用中使用的量也不算多，所以它对自然并没有什么影响。

　　锗中毒属低毒，动物吸人大量金属锗和氧化锗后可致肺部炎性损害，吸入四氯化锗和四氟化锗对呼吸道黏膜有强烈刺激作用，四氯化锗还可引起肝肾损害，锗化氢，包括锗甲烷(GeH4)、锗乙烷( Ge2H6)和锗丙烷(Ge3H8)有类似*、锑化氢的溶血作用。

　　储存运输

　　应贮存在阴凉、通风、干燥、清洁、无化学药品腐蚀气氛的库房内。防潮。不可与酸、碱类产品共贮混运。在运输过程中要防雨淋、防震。装卸时要小心轻放，防止碰撞和滚动，防止机械损伤。