物理性質
鍺粉末狀呈暗藍色,結晶狀,為銀白色脆金屬。化合價+2和+4。第一電離能7.899電子伏特,是一種稀有金屬,重要的半導體材料。不溶于水。
鍺,就其導電的本領而言,優于一般非金屬,劣于一般金屬,這在物理學上稱為"半導體",對固體物理和固體電子學的發展有重要作用。鍺的熔密度5.32克/cm3,鍺可能性劃歸稀散金屬。鍺有著良好的半導體性質,如電子遷移率、空穴遷移率等等。鍺的發展仍具有很大的潛力。現代工業生產的鍺,主要來自銅、鉛、鋅冶煉的副產品。
晶體結構:晶胞為面心立方晶胞,每個晶胞含有4個金屬原子。
顏色和狀態:銀白色固體。
據X射線研究證明,鍺晶體里的原子排列與金剛石差不多。結構決定性能,所以鍺與金剛石一樣硬而且脆。
化學性質
鍺是一種金屬元素,性質介于硅和錫之間,但它的化學性質類似于臨近族的元素,尤其是砷和銻。化學上或毒物學上重要的鍺化合物很少。鍺的二氧化物,一種微溶于水的白色粉末,形成鍺酸,這類似于硅酸。四氯化鍺是一種不穩定的液體,四氟化鍺是一種氣體,它們很容易在水中水解。氫化鍺(鍺烷)是一種相對穩定的氣體。有機鍺化合物,烷基可以替換個多個Ge原子,和錫、汞、砷等類似,但毒性小的多。鍺元素及其二氧化物毒性不強,四鹵化鍺是刺激性的,氫化鍺毒性最強。
制備方法
提煉鍺的原理是先將硫化物礦氧化,使礦石中的硫化鍺轉化為二氧化鍺,再用鹽酸溶解并蒸餾,利用四氯化鍺的揮發性將它分離出來。再將四氯化鍺水解,使其轉變為二氧化鍺,然后在低于540℃的溫度用氫氣還原氧化鍺。
半導體工業用的高純鍺(雜質少于1/1010)可以用區域熔煉技術獲得。
主要是從冶煉鋅礦的煙道灰中以及從煤燃燒的副產品中回收鍺。通過對揮發性含鍺的四氯化物的分餾可將鍺與其他金屬分離。四氯化鍺經水解得二氧化鍺,再以氫還原可得粉狀鍺。通過區域熔煉法可得超純鍺。
存在于煤、鐵礦和某些銀礦、銅礦中,也成鍺石產出。可由二氧化鍺用碳還原制得。也可以煤所發生爐生產煙道中的灰塵中回收。從精煉銅、鋅、鉛獲得。
鍺的提取方法是首先將鍺的富集物用濃鹽酸氯化,制取四氯化鍺,再用鹽酸溶劑萃取法除去主要的雜質砷,然后經石英塔兩次精餾提純,再經高純鹽酸洗滌,可得到高純四氯化鍺,用高純水使四氯化鍺水解,得到高純二氧化鍺。一些雜質會進入水解母液,所以水解過程也是提純過程。純二氧化鍺經烘干煅燒,在還原爐的石英管內用氫氣于650-680℃還原得到金屬鍺。 鍺具備多方面的特殊性質,在半導體、航空航天測控、核物理探測、光纖通訊、紅外光學、太陽能電池、化學催化劑、生物醫學等領域都有廣泛而重要的應用,是一種重要的戰略資源。
應用領域
工業領域
盡管總的來說鍺的數量很少(年產量為1000噸),但鍺的應用很廣泛。在電子工業中,在合金預處理中,在光學工業上,還可以作為催化劑。
高純度的鍺是半導體材料。從高純度的氧化鍺還原,再經熔煉可提取而得。摻有微量特定雜質的鍺單晶,可用于制各種晶體管、整流器及其他器件。鍺的化合物用于制造熒光板及各種高折光率的玻璃。
鍺單晶可作晶體管,是第一代晶體管材料。鍺材用于輻射探測器及熱電材料。高純鍺單晶具有高的折射系數,對紅外線透明,不透過可見光和紫外線,可作專透紅外光的鍺窗、棱鏡或透鏡。20世紀初,鍺單質曾用于治療貧血,之后成為最早應用的半導體元素。單質鍺的折射系數很高,只對紅外光透明,而對可見光和紫外光不透明,所以紅外夜視儀等軍用觀察儀采用純鍺制作透鏡。鍺和鈮的化合物是超導材料。二氧化鍺是聚合反應的催化劑,含二氧化鍺的玻璃有較高的折射率和色散性能,可作廣角照相機和顯微鏡鏡頭,三氯化鍺還是新型光纖材料添加劑。
鍺,具有半導體性質。對固體物理學和固體電子學的發展起過重要作用。為銀灰色脆性金屬。