【汇旺担保】 锗

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[拼音]:zhe

[英文]:germanium

一种化学元素,化学符号Ge,原子序数32,原子量72.61,属周期系ⅣA族。

发现

1871年Д.И.门捷列夫根据新排出的周期表预言了锗的存在和性质。1886年德国化学家C.温克勒尔从一种硫银锗矿中分离出锗, 为纪念他的祖国, 命名为germanium。

存在

锗约佔地壳重量的7×10-4%。大量的锗以分散状态存在于各种金属的矽酸盐矿和硫化物矿中,以及各种型别的煤中。在矽酸盐中通常以Ge4+取代 Si4+而存在;在锌、铜、铅和铁的硫化物矿中,常作为杂质元素存在,含量在10-1%~10-3%之间,其中含锗量最高的是低温闪锌矿,含量在0.01%~0.1%。含锗量较高的矿物有硫银锗矿 (4Ag2S·GeS2)、锗石(CuS·FeS·GeS2)、硫铜铁锗砷矿(Cu、Fe、Ge、As)xSy、黑硫银锡矿(4Ag2S·SnS2)、辉银铅锑锗矿(Pb、Ag、Ge、Sb)xSy。锗在各类煤中的含量约在0.001%~0.01%之间,灰分越少的煤含锗越高,但无烟煤几乎不含锗。

物理性质

锗为银灰色晶体,有金刚石晶格;熔点937.4°C,沸点2830°C,密度5.35克/厘米3(20°C),莫氏硬度6~6.5。在室温下,晶态锗质脆,可塑性很小,加工效能似石英和玻璃;有明显的非金属性质;当液态锗凝固时,体积膨胀5%。超纯单晶锗(见彩图)是一种半导体。

化学性质

锗的电子构型为(Ar)3d104s24p2,氧化态为+2,+4。在室温下,单质锗与氧、水不起作用;加热到700°C以上时,锗与氧反应, 生成二氧化锗GeO2。如果没有氧化剂存在, 锗与 100°C的水也不反应。在加热下, 锗能与卤素或硫反应生成卤化物 GeX4(X为氟、氯、溴、碘)或硫化物GeS2(或GeS)。锗能溶于热的浓硫酸,生成硫酸锗Ge(SO4)2;与硝酸反应,生成溶解度不大的二氧化锗水合物 xGeO2·yH2O。锗易溶于硝酸和氢氟酸的混合酸,生成氟锗酸 H2GeF6。在空气存在下,锗易溶于熔融的苛性钠 (或钾), 生成锗酸钠(或钾)Na2GeO3(或K2GeO3)。在过氧化氢、次氯酸钠等氧化剂存在下,锗能溶解在碱性溶液中,生成锗酸盐。

制法

锗主要以硫化物矿石、煤和高温冶金所得中间产物或废渣为原料来生产。有时也利用含锗原料的工厂副产物、炼焦工业的氨水或煤灰、菸灰来回收锗。这些原料所提供的锗通常为二氧化锗,用盐酸处理并蒸馏可得四氯化锗,重蒸馏并加以水解得二氧化锗。重复以上过程直至得到较纯的二氧化锗。然后,在 540°C(或650°C) 时用氢或裂解氨还原二氧化锗,得金属锗粉末。将温度提高到1100°C,锗粉熔化,注入模中得锗锭。用区域熔鍊法能将锗提纯,通过重复区域熔鍊能使锗达到高纯。

应用

高纯单晶锗是制造电晶体和二极体元件的半导体材料。锗的电子迁移率和空穴迁移率比矽大,适用于超高速转换开关电路。

掺镓的单晶锗可用于制造低温温度计和辐射热测量计。掺汞和掺铜的单晶锗都可用于制造红外探测器和非本征光传导装置。某些锗装置如锗-锂漂移探测器可把放射性衰变能变成电能。原子级清洁的锗表面可用作煤的氢化、化学镀镍、某些石油提炼和聚酯树脂生产等的催化剂。蓄电池使用含少量锗的硫酸,可降低发热量和减少内耗电量。锗单晶分析器可用于 X射线仪。锗膜可用于高反射度、耐腐蚀的反射器。铜-锗和铂-锗热电偶具有较高的灵敏度。

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