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氧化锗常出现的氧化态是什么?

2020-12-10 09:50:05

锗常出现的氧化态是+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。

二氧化锗

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。

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,溶于乙醇和乙醚,遇水发生水解。

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。

有机锗化合物

温克勒于1887年合成出第yi种有机锗化合物(organogermanium compound),四氯化锗与二乙基锌反应生成四乙基锗(Ge(C2H5)4)。R4Ge型(其中R为烃基)的有机锗烷,如四甲基锗(Ge(CH3)4)及四乙基锗,是由*便宜的锗前驱物四氯化锗及甲基亲核剂反应而成。有机锗氢化物,如异丁基锗烷((CH3)2CHCH2GeH3)的危险性比较低,因此半导体工业会用液体的氢化物来取代气体的甲锗烷。有机锗化合物2-羧乙基锗倍半氧烷(2-carboxyethylgermasesquioxane),于1970年被发现,曾经有一段时间被用作膳食补充剂,当时认为它可能对肿瘤有疗效。

甲锗烷(GeH4)是一种结构与甲烷相近的化合物。多锗烷(即与烷相似的锗化合物)的化学式为GenH2n+2,现时仍没有发现n大于五的多锗烷。相对于硅烷,锗烷的挥发性和活性都较低。GeH4在液态氨中与碱金属反应后,会产生白色的MGeH3晶体,当中含有GeH3阴离子。含一、二、三个卤素原子的氢卤化锗,皆为无色的活性液体。

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