化學元素,元素符號Ge,原子序數32,原子量72.64,屬週期系ⅣA族。1886年德國C.溫克勒第一次從硫銀鍺礦中分離出鍺,為紀念他的祖國命名為germanium。鍺的發現證實瞭D.I.門捷列夫在1871年對週期表中鍺的存在及性質的預言。鍺有五種穩定同位素即70Ge、72Ge、73Ge、74Ge和76Ge。

  存在 鍺約占地殼重量的7×10−4%。鍺的礦物有硫銀鍺礦、硫銀鍺錫礦、鍺石等,但這些礦物極為稀少,未見有大的聚集。鍺主要是以分散狀態存在於有色金屬硫化物礦、矽酸鹽礦物中,也存在於煤礦、油頁巖和石油中,因此鍺是從有色金屬冶煉時的煙塵、泥渣中提取的,也可由發電廠的煙道灰中以及煤煉焦時的焦炭、焦油和氨水中提取。

  物理性質 銀灰色脆性金屬。具有金剛石型體心立方點陣結構。熔點938.25℃,沸點2 833℃,密度5.323 4克/厘米3,莫氏硬度6~6.5。液態鍺凝固時體積膨脹5%。鍺的電導率隨純度而改變,純度越高,電導率越低,超純單晶鍺是半導體材料。

  化學性質 鍺原子的電子組態為(Ar)3d104s24p2,氧化態+2和+4。常溫下化學性質穩定,但在加熱條件下能和許多物質發生化學反應,例如,在700℃時與氧生成二氧化鍺;與鹵素生成四鹵化鍺;與硫生成二硫化鍺(或硫化鍺)等。鍺能和酸反應也能和堿反應,例如鍺溶於熱的濃硫酸生成硫酸鍺(Ⅳ);與硝酸反應,生成溶解度不大的二氧化鍺水合物xGeO2·yH2O;與硝酸和氫氟酸的混合酸反應,生成氟鍺酸H2GeF6;在有空氣存在下,鍺易和熔融的苛性鈉(或鉀)反應,生成鍺酸鈉(或鉀)Na2GeO3(或K2GeO3)。過氧化氫、次氯酸鈉等氧化劑在堿性介質中,能將鍺氧化為鍺(Ⅳ)酸鹽。

  化合物 鍺與氧、鹵素、酸、堿等物質反應都能生成化合物。

  氧化物 鍺與氧可生成兩種氧化物:二氧化鍺和一氧化鍺。①二氧化鍺GeO2,具有金剛石型的四方晶型和介穩的α–石英型的六方晶型。前者熔點1 086℃,密度6.24克/厘米3,不溶於水;後者熔點1 115℃,密度4.25克/厘米3,微溶於水。二氧化鍺在常溫或在加熱條件下都比較穩定,難溶於酸;易溶於強堿溶液,生成鍺(IV)酸鹽。金屬鍺或硫化鍺在空氣中灼燒均可制得二氧化鍺。它主要用於制造高折射率的光學玻璃,也是制備金屬鍺的原料。②一氧化鍺GeO,黑色針狀晶體,700℃分解,不溶於水,易溶於酸和濃強堿溶液;在空氣中加熱易轉化成二氧化鍺,隔絕空氣加熱易發生歧化反應。在加熱條件下,用氫氣或一氧化碳還原二氧化鍺可制備一氧化鍺。

  四氯化鍺GeCl4  無色液體,在濕空氣中因水解而產生煙霧,易揮發。其熔點為−51.50℃,沸點為86.55℃,密度為1.88克/厘米3;溶於乙醇和乙醚,遇水發生水解:

GeCl 4+4H 2O蔜 Ge(OH) 4+ 4HCl

易溶於稀鹽酸,在濃鹽酸和濃硫酸中幾乎不溶。將二氧化鍺加入到帶有回流冷凝器的反應器中,邊加熱邊滴加鹽酸進行反應,生成四氯化鍺液體,經精餾、冷凝可得較純的GeCl4;將氯氣通入裝有金屬鍺的反應器中,在250℃進行氯化反應,也能制備四氯化鍺。它主要用作制備半導體鍺的原料,也是光導纖維摻雜劑。

  氫氧化鍺Ge(OH)2或Ge(OH)4 實際上為氧化鍺的水合物xGeO·yH2O和xGeO2·yH2O。Ge(OH)2為棕黃色無定形固體,Ge(OH)4為白色無定形固體,它們都能部分地溶於水。Ge(OH)2在650℃時脫水生成GeO,而Ge(OH)4在常溫下即脫水形成GeO2。氫氧化鍺是既可以溶於酸又可以溶於堿的兩性物,但Ge(OH)4的酸性強於Ge(OH)2。利用鹵化鍺或鍺(Ⅱ或Ⅳ)鹽的水解反應或與適量的堿反應,都可制得氫氧化鍺。

  制法 將含鍺礦或各種工業廢料經化學處理並沉積出鍺的富集物,幹燥、焙燒、用濃鹽酸處理後,利用生成的四氯化鍺不溶於濃鹽酸又易揮發的性質進行蒸餾,即可得到純的GeCl4。將其水解得到GeO2,然後在540℃用氫還原,得到金屬鍺粉。在1 100℃將鍺粉熔化,註入模中得鍺錠。用區域熔融法將鍺提純,通過重復區域熔融能得到高純鍺。

  應用 鍺主要作為半導體材料,用於制作晶體管和二極管等元件。目前鍺在電子工業中的用途已逐漸被矽所取代,但由於鍺的電子遷移率和空穴遷移率比矽高,所以適用於超高速轉換開關電路。鍺能通過2~15微米紅外線,能和玻璃一樣易被拋光,又能有效地抵禦大氣腐蝕,因此可用於制造紅外窗口、紅外光學透鏡材料等。鍺酸鉍還是閃爍體探測器材料。鍺也是制備超導體的材料。

  鍺及其化合物屬低毒性,四氯化鍺能刺激皮膚、黏膜和眼睛。空氣中最大容許濃度(以Ge計)為1毫克/米3