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氧化锗的化学性质

2020-12-10 09:46:53

锗化学性质稳定,常温下不与空气或水蒸汽作用,但在600~700℃时,很快生成二氧化锗。与盐酸、稀硫酸不起作用。浓硫酸在加热时,锗会缓慢溶解。在硝酸、王水中,锗易溶解。碱溶液与锗的作用很弱,但熔融的碱在空气中,能使锗迅速溶解。锗与碳不起作用,所以在石墨坩埚中熔化,不会被碳所污染。

二氧化锗

锗在元素周期表上的位置正好夹在金属与非金属之间,因此具有许多类似于非金属的性质,这在化学上称为“亚金属”,外层电子排布为4s²4p²。但它的化学性质类似于临近族的元素,尤其是砷和锑。化学上或毒物学上重要的锗化合物很少。锗的二氧化物,一种微溶于水的白色粉末,形成锗酸,这类似于硅酸。四氯化锗是一种不稳定的液体,四氟化锗是一种气体,它们很容易在水中水解。氢化锗(锗烷)是一种相对稳定的气体。有机锗化合物,烷基可以替换个多个Ge原子,和锡、汞、砷等类似,但毒性小的多。锗元素及其二氧化物毒性不强,四卤化锗是刺激性的,氢化锗毒性*强。锗不溶于稀酸及碱,但溶于浓硫酸。

锗在室温下是稳定的,但也会生成GeO单层膜,时间长了会逐渐变成GeO2单层膜。而当锗的表面吸附了水蒸气便破坏了氧化膜的钝化性质,而生成厚的氧化物。

锗在较高温度下便氧化,且伴随有失重的现象,原因是生成了GeO,因其有较强的挥发性。 研究者研究了锗表面氧化的过程,先在600℃时用CO还原锗,以排除锗表面的结合氧或吸附氧。再在25~400℃,10kPa的氧压下氧化锗,仅1min即形成了第yi氧化层。当温度超过250℃很快形成第二氧化层。再升高温度,氧化速度显著变慢。在400℃氧化3h,形成厚度为1.75nm的GeO₂膜。

锗在不同溶剂中的腐蚀溶解行为不同。n型锗的溶解电位比p型略正,所以在相同溶液中前者的溶解速度较快。锗易溶于加氧化剂的热酸、热碱和H₂O₂中。难溶于稀硫酸、盐酸和冷碱液。锗在100℃的水中是不溶的,而在室温下饱和氧的水中,溶解速度接近1μg/(cm·h)。

H2O2对锗的溶解

室温下3%的H2O2能缓慢地溶解块状的锗,升温到90~100℃时溶解速度加快。 n型锗在100℃的H2O2中的溶解速度受H2O2浓度的影响 [8]  。

(1)锗被氧化为GeO,在表面形成单层GeO Ge+H₂O₂══ GeO

(2)进一步氧化为GeO₂ GeO+H2O2=GeO2+H2O

(3)GeO₂+H₂O=H₂GeO₃

当溶液中有碱存在时,锗酸与碱作用生成锗酸钠,而加速锗的溶解。 H2GeO3+NaOH=Na2GeO3+2H2O

锗在硫酸中的溶解

90℃时浓硫酸与块状锗有微量反应,历时一周锗的损失量为1%。 [9] 

锗在硝酸中的溶解

浓硝酸能腐蚀块状锗的表面。锗在硝酸中的溶解速度受硝酸的浓度、搅拌速度、温度等因素的影响。

锗与碱液的作用

氢氧化钠和氢氧化钾水溶液与锗的作用很慢 [8]  ,但是熔融的氢氧化钠、氢氧化钾、Na2CO3、Na2O2、NaB4O7能迅速地溶解各种形态的锗,生成碱金属的锗酸盐。

锗在某些盐溶液中的溶解

锗可溶于某些电解质溶液,如硫酸钠、钾的氯化物、硝酸盐、氯化铯、氯化镧等。

与其他物质的作用

加热时粉状的锗在氯和溴中能燃烧,生产四卤化锗,加热时干燥的HCl气体能腐蚀锗。

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