锗

锗是一种硬质脆性灰色准金属元素，符号：Ge， 属于元素周期表的第14组（以前为IVA）。
锗存在于硫化锌和某些其他硫化矿石中，主要作为炼锌的副产品获得。在锌或铜精炼过程中，大多数锗作为副产品回收。它也存 在于某种煤中（高达1.6％）。少量用于特种合金，但主要用途取决于其半导体 性能。化学上，它以+2和+4氧化态形成化合物，锗（IV）化合物更稳定。该元 素还形成大量有机金属化合物。由门捷列夫（ekasilicon）于1871年预测，由 Winklerin 1886年发现。锗已广泛用于早期的半导体设备中，但现在已被硅所取代。它用作合金剂，催化剂，磷光体和红外设备。
锗共有38种同位素，其中5种是稳定的。锗的稳定同位素及其自然丰度如下： Ge-70 = 20.37％，Ge-72 = 27.31％，Ge-73 = 7.76％，Ge-74 = 36.73％， Ge-76 = 7.83％。 76 同位素被认为是稳定的，因为它具有很长的半衰期（0.8 ×10 +25年）。所有其他33种同位素都是放射性的，都是人工产生的。

 

锗是灰白色，有光泽的脆性准金属。当结晶时，它以菱形立方结构存在。它的蒸气压非常低，不溶于水。在环境中从未发现纯锗。在精制状态下，它是灰白色准金属。像元素周期表第14组的对应元素（碳，硅，锡和铅）一样，锗具有金属和非金属特性。化合价为+2或+4；原子通常是四价的。
锗是真正的半导体，对红外光高度透明，并且具有高折射率。锗及其化合物或合金已广泛用于光学和电子行业。在电子应用中，它通常与锑，镓，铟或砷形成合金。锗是一种产量低的化学品。

门捷列夫在1871年的定期计划中预测了该元素的存在。预测它应该属于碳基 团，并占据硅下方的位置。因此，他将其命名为ekasilicon。十五年后的1886 年，克莱门斯·温克勒（Clemens Winkler）发现了该预测元素，并将其与矿物 银辉石分离。它以纪念德国而得名。
锗在自然界中大多以硫化矿石形式存在。它存在于锗石矿物(7CuS•FeS•GeS2)中 。菱镁矿（4Ag2S•GeS2）; 菱铁矿（Cu，Ge，Fe，Zn，As）S; 钙铁矿;4Ag2S中 。在许多锌混合矿石中也发现了少量的锌，在美国从商业上将其提取出来。在 许多煤中也发现了少量的锗。它在地壳中的丰度约为1.5 mg/kg，在海水中的浓 度为0.05 µg/L。

锗是地壳中第52个最丰富的元素，分布广泛，但从未以其天然元素态被发现。 它总是与其他元素特别是氧气结合在一起。锗资源在全球分布非常集中，主要分布在中国、美国和俄罗斯，其中锗资源分布最多的国家是美国，保有储量3870吨，占全球含量的45％，其次是中国占全球41％。
锗的主要矿物是锗矿，银辉石，菱锰矿和钙矾石，它们都是稀有的。在锌矿石 以及铜和砷矿石中发现少量锗。众所周知，它会集中在地球上的某些植物中， 特别是在煤炭中，可以从燃烧煤的烟囱中的烟灰中收集相当数量。

稀有元素金属锗（Ge）具有灰色白色结晶外观，并具有极高的硬度：6.25 Mohs 。其比重为5.35，熔点为937℃。它对酸和碱具有抵抗力。它具有带钻石结构的 金属外观晶体，赋予铝和镁合金更高的硬度和强度，而低至0.35％的锡会使硬 度增加一倍。然而，由于其稀有性和高昂的价格，它在合金中并不常用。它主 要用作金属整流器和晶体管。一种含锗约12％的金-锗合金，熔点为359°C，已 被用于焊接珠宝。
锗是从锌行业的烟道粉尘中获得的副产品，也可以通过从矿石中还原其氧化物 获得，并以不规则的小块状出售。锗晶体生长在直径最大为3.49厘米的棒中， 用于制造晶体管晶片。P和N半导体均使用高纯度晶体。它们比其他半导体（特 别是硅）更易于纯化且熔点更低。
到目前为止，锗最常见的用途是在半导体和电子工业中。作为半导体，锗可用 于制造晶体管，二极管和多种类型的计算机芯片。仅通过向锗晶体中添加可变 数量的杂质（掺杂），它就可以被设计为在各种应用中充当不同类型半导体的 第一个元素。
锗还发现了许多其他应用，包括用作合金剂，用作荧光灯中的磷光体以及用作 催化剂。锗和氧化锗对红外透明，可用于红外光谱仪和其他光学设备，包括超 灵敏的红外探测器。氧化锗的高折射率和分散性使其可用作广角相机镜头和显 微镜物镜中使用的玻璃组件。有机锗化学领域变得越来越重要。某些锗化合物 对哺乳动物的毒性低，但对某些细菌具有明显的活性，这使其成为化学治疗剂 的可能。

锗通常是作为混合锌矿石生产锌的副产品而获得的。矿石通过浮选工艺进行浓 缩。然后将浓缩的矿石焙烧，将锌和杂质金属转化为其氧化物。用氯化钠和煤 加热粗氧化物，将锗和其他杂质金属氧化物转化为其挥发性氯化物。冷凝氯化 物蒸气，并通过分馏将氯化锗从冷凝物中分离出来。
锗还从含有微量金属的煤中回收。将煤灰和细粉与碳酸钠，氧化铜，氧化钙和 煤粉混合，然后冶炼。粗氧化物产物被转化为其挥发性氯化物。通过分馏从冷 凝产物中分离出氯化锗。 高纯度（99.9999％）的锗可通过以下方法制得：在盐酸和氯气中在石英蒸馏器 中分馏氯化物，然后用双蒸水将纯净的氯化物水解，生成氧化锗GeO2。在1000 ℃下用氢气将氧化物还原。可以通过区域精炼工艺从高纯度等级的材料中获得 超高纯度的半导体用锗。锗中的杂质比固态金属更易溶于熔体。因此，沿着不 纯锗锭重复经过熔融区可以有效地去除固体金属锭中的微量杂质。
金属的掺杂用于其固态电子用途，可以通过在熔体中加入微量的掺杂剂，然后 从熔体中生长出单晶，或者通过固态扩散进入制备好的单晶中来实现。通过 Czochralski技术，可以从熔体中制备出直径达几英寸的单晶，该技术涉及在惰 性空气中与晶种接触，接触时控制温度和播散条件。

锗的化学性质介于硅和锡之间。它同时形成二价和四价化合物，氧化态+4比+2氧化态更稳定。该金属在环境温度下在空气和水中稳定。但是，它在升高的温度下与氧气反应形成二价和四价氧化物GeO和GeO2。 虽然与稀无机酸不会发生反应，但该化合物会受到浓硝酸和浓硫酸的腐蚀。同样，与苛性碱也不会发生反应。
当在800°C下用二氧化碳加热时，会形成二价氧化物：
Ge + CO2→GeO + CO
在高温下加热时，金属还会将四价氧化物还原为二价氧化物：
Ge + GeO2→2GeO
在高温下用氯加热，生成四氯化锗：
Ge + 2Cl2→GeCl4

能刺激皮肤、黏膜和眼睛，空气中最大容许浓度(以Ge计)为1 mg/m³。生产人员应穿工作服，戴口罩和乳胶手套等劳保用品。 为灰白色金属。熔点937.4℃。沸点2830℃。相对密度d₂₅²⁹5.35, 溶于浓硫酸、硝酸、王水中，不溶于水、碱。 制造半导体器件用。 用于提纯锗及半导体工业 工业生产有坩埚直拉法和悬浮区熔法。
坩埚直拉法 拉晶前先将设备各部件、合金石英坩埚、高纯锗和籽晶进行清洁处理。将高纯锗经配料和掺杂，加入单晶炉的合金石英坩埚中，再经抽真空、熔化，在流通的氩气气氛下，人工引晶放肩和收尾。晶体的等径生长过程中，需根据情况适当调节功率，使其获得直径均匀的产品。经检测、称量，制得锗单晶成品。