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锗
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锗
锗（zhě ）英文为Germanium，元素符号Ge，元素周期表中原子序数为32，相对原子质量为72.64，属第4周期IVA族的化学元素。锗的熔点937.4℃，沸点2830℃，密度5.35g/cm³，硬度6～6.5。锗是一种灰白色类金属，有光泽，质硬，属于碳族，有明显的非金属性质。锗化学性质稳定，常温下不与空气或水蒸汽作用，但在600～700℃时，能很快生成二氧化锗。锗在地壳中的含量约为0.0007％，是地壳中最分散的元素之一，几乎没有比较集中的锗矿。大量的锗以分散状态存在于各种金属的硅酸盐矿、硫化物矿以及各种类型的煤中；某些铜矿、铁矿、硫化矿、银矿中也有锗石产出；岩石，泥土和泉水中都含有微量的锗；很多植物中都含有限量的锗，如人叁、党叁、白芷、枸杞、芦荟、灵芝草和茶叶等。锗被广泛应用于电子、光学、化工、生物医学、能源及其他高新科技领域。
1871年门捷列夫根据新排出的周期表预言了锗的存在，把它命名为"类硅"。
1886年，德国Frieberg矿业学院分析化学教授Clemens A. Winkler在研究一种新矿石argyrodite(辉银锗矿4Ag2S•GeS2)的时候，发现有一未知的新元素并通过实验验证了自己的推断，它就是元素锗。从德国的拉丁名germania命名新元素为germanium，以纪念发现锗的Clemens A. Winkler的祖国。元素符号定为Ge。锗继镓和钪后被发现，巩固了化学元素周期系。
锗与锡、铅在元素周期表中属同一族，后两种元素被古代人发现和利用均比锗早，而锗长时期以来没有被工业规模的开采并不是由于锗在地壳中的含量少，而是因为它是地壳中最分散的元素之一，含锗的矿石很少，被称为"稀散金属"。
直到20世纪30年代，由于冶炼工业的带动，锗和锗化合物的研究才有了进一步的发展。1942年，人们发现锗是优秀的半导体材料，可以用来代替真空管，这才形成了锗的工业化生产，成为半导体工业的重要原料。锗在20世纪六七十年代曾经是一种典型的半导体材料，在当时的科技水平和应用环境下，享有国家战略物资的地位。随着技术进步，稀缺而昂贵的锗在半导体领域的基础应用大量被丰富而廉价的硅替代，但锗的电子迁移率和空穴迁移率比硅大，适用于超高速转换开关电路，因而在高频快速低噪声的领域，锗器件的性能远远优于硅器件。
进入21世纪以后，锗在红外领域的应用得到了极大的开拓和提升，红外光学用锗已经跃升为金属锗的第一市场。而近年来，随着绿色革命、新能源技术的开发和应用，锗在太阳能领域高转换率、抗辐射和长寿命的特殊优势日益显现，正在成为新能源的关键材料，受到世界各国的普遍重视。目前以锗为衬底的高效多节太阳能电池制造技术在国外已经成熟，在实验室里的光电转化效率达到40％以上，是硅太阳能电池的2-3倍，被广泛应用于人造卫星、航天飞机等空间航天器的太阳能电源和地面聚光太阳能发电系统。
此外，锗常用来制造热敏电阻、光敏电阻和半导体温度计，用于温度测量和设备的自动控制。锗在红外器件、γ辐射探测器方面，也有新的用途，如锗酸铋用于闪烁体辐射探测器。锗还同铌形成化合物，用作超导材料。作为一种高新技术材料，锗已被广泛应用于电子工业、光学工业、制药业及其他高新技术行业。
锗元素是一种典型的稀有分散元素，在地壳中含量约百万分之七。锗具有亲石、亲硫、亲铁、亲有机的化学性质，很难独立成矿，一般以分散状态分布于其他元素组成的矿物中，成为多金属矿床的伴生成分，比如含硫化物的铅(Pb)、锌(Zn)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)矿床以及某些特定的煤矿。全球锗的资源比较贫乏，全球已探明的锗保有储量仅为8600金属吨，按照目前200吨/年的速度开采，则43年后全球存量锗就会耗尽。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％。
物理性质
锗是银白色晶体(粉末状呈暗蓝色)。化合价+2和+4。是一种稀有金属，不溶于水。室温下，晶态锗性脆，可塑性很小。锗具有半导体性质，在高纯锗中掺入三价元素(如铟、镓、硼)、得到P型锗半导体；掺入五价元素(如锑、砷、磷)，得到N型锗半导体。化合价为+2和+4。第一电离能7.899电子伏特。锗有着良好的半导体性质，如高电子迁移率和高空穴迁移率等。
| 原子体积（立方厘米/摩尔） | 13.6 |
| 相对原子质量 | 72.64 |
| 莫氏硬度 | 6 |
| 声音在其中的传播速率（m/S） | 5400 |
| 密度 | 5.35克/立方厘米 |
| 熔点 | 938.25℃ |
| 沸点 | 2830℃ |
| 热光系数 | dn/dT≈0.0004/K (25～150℃） |
| 原子半径 | 22皮米，Ge4+半径53皮米。 |
晶体结构：晶胞为面心立方晶胞，每个晶胞含有4个金属原子。晶胞参数如下：
a = 565.75 pm |
b = 565.75 pm |
c = 565.75 pm |
α = 90° |
β = 90° |
γ = 90° |
据X射线研究证明，锗晶体里的原子排列与金刚石差不多，结构决定性能，所以锗与金刚石一样硬而且脆。
| CAS号 | 7440-56-4 |
| 元素符号 | Ge |
原子序数 | 32 |
质子数 | 32 |
核电荷数 | 32 |
中子数 | 41 |
电子数 | 32 |
原子核亏损质量 | 0.96603u |
摩尔质量 | 73 |
所属周期 | 4 |
所属族数 | IVA |
外围电子层排布 | 4s² 4p² |
电子层 | K-L-M-N |
价电子排布 | 2-8-18-4 |
| 氧化态 | Ge+2,Ge+4 |
化学键能：（kJ /mol）
Ge-H 288 |
Ge-H 288 |
Ge-O 363 |
Ge-F 464 |
Ge-Cl 340 |
Ge-Ge 163 |
导电性
锗，就其导电的本领而言，优于一般非金属，劣于一般金属，这在物理学上称为“半导体”，对固体
... 查看全文锗是重要的半导体材料，在半导体、航空航天测控、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，是一种重要的战略资源。根据美国地质调查局数据显示(2015)全 球锗终端用户所占比例如下：纤维光纤30%；红外光纤20%；聚合催化剂20%；电子和太阳能器件15%和其他(荧光粉、冶金、和化疗)15%。
光纤
掺锗光纤具有容量大、光损小、色散低、传输距离长及不受环境干扰等优良特性，是目前唯 一可以工程化应用的光纤，是光通讯网络的主体，此外，GeCl4也用于高速光纤网，链路，光纤传感器，光纤制导及光纤系留装置等，近年来发展迅速。
红外光学
锗作为红外光学材料，具有红外折射率高，红外透过波段范围宽，吸收系数小、色散率低、易加工、闪光及腐蚀等优点，特别适用于军 工及重大民用中的热成像仪与红外雷达及其他红外光学装置的窗口、透镜、棱镜与滤光片的材料；高纯锗或锗锂用于天文学的γ－谱仪，核反应能谱仪及等离子物理X－射线仪；Si－Ge10与掺汞、镉、铜与镓的锗单晶用于红外探测器。
聚合催化剂
二氧化锗(GeO2)是生产聚对笨二甲酸乙二醇酯(PET)的催化剂，具有长纤维，由其制备的饮料与食用液体的各式容器，无毒、透明且气密性好。
电子太阳能部件
高纯度的锗是半导体材料。从高纯度的氧化锗还原，再经熔炼可提取而得。掺有微量特定杂质的锗单晶，可用于制各种晶体管、整流器及其他器件。锗的化合物用于制造荧光板及各种高折光率的玻璃。锗半导体器件用作二极管、晶体三极管及复合晶体管、锗半导体光电器件作光电、霍耳及压阻效应的传感器，作光电导效应的放射线检测器等，广泛用于彩电、电脑、电话及高频设备中，锗管特别适用于高频大功率器件中，且在强辐射与－40℃下运转正常；Ge－Si与Ge－Te作温差发电用于宇航、卫星与空间站的启动电源等。
锗在半导体器件上的应用已大部分被硅取代，仅在高频大功率器件上有一定
... 查看全文1948年美国研制出锗晶体管，使锗在半导体领域中获得重要地位。20世纪50年代，美国建设了世界第一个锗厂，60年代比利时建设的锗厂是世界上设计规模最大的锗生产企业，月生产金属锗6吨。美国主要从锌锗渣中提锗，英国主要从含锗烟尘中回收锗。
中国锗厂设计始于1959年。1963年开始以锗精矿为原料生产锗单晶。至1990年底，中国设计的锗生产厂(或车间)有8家，上海冶炼厂锗分厂主要从锗废料中回收锗，会泽铅锌矿锗车间主要从铅锌矿中提取锗。
锗的提取方法
目前锗厂所采用的原料有煤燃烧产出的含锗烟尘、重有色金属冶炼过程中回收的锗精矿和半导体器件生产中产出的含锗废料等。
锗精矿制取有火法、湿法和联合流程，根据不同的原料选定。从煤中提锗采用火法富集，重有色金属冶炼过程中回收锗采用湿法处理富集，半导体器件生产中产出的含锗废料，经预处理后直接加入到金属锗制取过程中。火法富集流程短、无腐蚀，但回收率低；湿法处理回收率高、精矿品位亦高，但流程长，化工试剂耗量多。
金属锗制取主要包括化学处理及精制，还原制取金属锗和物理提纯。先将锗的富集物用浓盐酸氯化，制取四氯化锗，再用盐酸溶剂萃取法除去主要的杂质砷，然后经石英塔两次精馏提纯，再经高纯盐酸洗涤，可得到高纯四氯化锗，用高纯水使四氯化锗水解，得到高纯二氧化锗。一些杂质会进入水解母液，所以水解过程也是提纯过程。纯二氧化锗经烘干煅烧，在还原炉的石英管内用氢气于650-680℃还原得到金属锗。
锗生产原则工艺流程示意图如下：
1.富集富集回收：锗的制取第一步是从重有色金属冶炼过程回收锗的富集物。
如果原料的品位不高，为了节约成本，一般要先进行富集才能进行生产。目前国内以回转窑富集方法的较多，用煤生产锗的一般用煤发电，回收布袋尘、旋风尘，再进行富集得到要求的品位。也有少部分用萃取方法的，萃取的厂家有株冶、南京锗厂。
以炼锌为例:
在火法炼锌过程
... 查看全文锗的原子具有32个电子，电子在人体内受电子工学作用而膨胀，而且通过净化作用给细胞供氧。锗元素的发现和有机锗化合物的合成研制成功后，世界各国学者在药理及临床方面做了大量研究工作，发现有机锗几乎无毒性，具有诱发自身干扰素，增加nk细胞活性，活化吞噬细胞，促进机体产生抗肿瘤、抗衰老生物学作用。但锗还是需要在医生指导下进行食用或使用的，以免造成锗中毒。
抗肿瘤作用
有机锗的抗肿瘤作用，受到国内外普遍重视，在动物学实验和临床研究均已取得显著成果，广泛应用于临床。近年来日本、美国、瑞典等国家，对胃癌、肺癌、子宫、乳腺癌、前列腺癌及多发性骨 髓均有疗效。
降血压作用
通过用锗氨基酸对实验大鼠给药0.5-8h观察有明显的持续性降压作用，对其心率没有明显影响，对正常大鼠无降压作用，只对原发性高血压大鼠有明显持久的降压作用；另一报道称用0.3g/l有机锗口服治疗10例高血压患者，结果显示有机锗能有效降低收缩压和舒张压，改善高血压的临床症状。
抗衰老作用
免疫调节功能与许多微量元素有密切关系，如锌和锗。有机锗抗脂质过氧化，增加免疫功能，有抗 癌、抗高血压功能，因此有机锗有抗衰老作用，Ge-132抗衰老临床实验已有报道。
防治动脉硬化作用
用Ge-132对大白兔动脉硬化防治进行实验，观察结果发现血浆中脂质不会停留在血管造成动脉内膜损伤，血液粘稠随之下降，血流速度趋于正常。在临床上进行实验治疗用Ge-132 90mg加有机硒10mg，治疗动脉硬化引起的冠心病患者，获得满意的疗效。
治疗慢性肝炎
Ge-132对化学和免疫抑制引起的肝损伤有明显的抑制作用。临床观察500例乙型和非乙型肝炎表明，肝功能改善，临床症状好转，副作用小。
对血液系统的影响
上海医科大学在做Ge-132毒性动物实验时发现，实验动物的白细胞和血小板升高，治疗职业性白细胞症40例，升白灵由Ge-132和维生素组成，3个月为1个疗程，Ge-132&n
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沪公网安备 31011502008050号
