元素周期表系列：第32号元素——锗元素

博士科普元素团队

这里是关于锗[zhě]元素最有趣、令人称奇的一个地方：在1871年，门捷列夫就已经预了它的其存在。十四年后德国化学家文克勒在分析硫银锗矿时发现了这一“类硅元素”——锗，后利用化合物硫化锗与氢进行共热制备了锗。因此，为了纪念发现锗的文克勒的祖国，就以德国的拉丁名Germania来命名这种新元素为germanium（锗），元素符号定位Ge¹。

锗具有怎样的物理性质？

博科小答：锗单质有两种存在形式：粉末状的锗呈现暗蓝色，而结晶状的锗则为银白色脆金属。锗是一种稀有金属，锗晶体里的原子排列与金刚石类似，但结构相似不代表硬度相同；锗是较硬、易脆的半金属。而锗的导电性优于一般非金属，劣于一般金属，因此可被用作半导体材料²。

图一：结晶状态的锗单质

锗元素有什么化学性质？

博科小答：锗的化学性质较为稳定，在常温条件下不与空气或水蒸气作用，但在600~700℃时，会很快被氧化生成二氧化锗。锗与盐酸、稀硫酸不起作用但会缓慢溶解于加热的浓硫酸中，并在硝酸与王水中易溶解。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。锗在元素周期表上的位置位于金属与非金属之间，因此具有许多类似非金属的性质，在化学上称为“亚金属”³。

锗的主要用途有哪些？

博科小答：锗具备多方面的特殊性质，在半导体、航空航天测绘、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，成为了一种重要的战略资源。在电子工业、合金预处理、光学工业中，锗还可以作为催化剂³。

含锗材料的生物医学研究与限制

历史文献曾报道某些含锗或富锗材料在细胞、动物实验中表现出生物活性。这些结果不能直接证明相关产品对人体有效或无毒，也不足以据此将其称为口服抗肿瘤药物。FDA针对供人食用含锗补充剂的进口警示，记录了长期摄入与肾损伤及死亡的关联；实验研究中的材料性质不能直接等同于人体用药安全性。

有机锗的开发前景

含锗材料的生物医学研究需要具体区分化合物、剂量与实验条件。相关细胞或动物实验结果不能自动转化为经过临床验证的治疗效果；“天然”或“富锗”也不是安全与有效性的保证。任何人体医疗用途都需要相应的临床证据及安全性评价。

中国锗产业的发展

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³。

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参考文献

¹Tao, S. H.; Bolger, P. M. Hazard. Assessment of Germanium Supplements [J]. Regulatory Toxicology and Pharmacology,1997, 25 (3): 211–219.

²周公度．化学辞典[M]．北京：化学工业出版社，2004：841-842.

³百度百科 锗

⁴姬丙艳，等.锗的研究进展及开发前景[J].中国矿业，2016，25（s1）：22-24.

本次校订依据：Royal Society of Chemistry · Germanium；FDA · Import Alert 54-07。