锗

{{Elementbox
|name=鍺
|enname=Germanium
|number=32
|symbol=Ge
|left=镓
|right=砷
|above=硅
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|series=类金属
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|appearance=灰白色
|image name=Polycrystalline-germanium.jpg
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|image name comment=一塊12克（2×3 cm）的鍺多晶體，
上面的切面並不均匀
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|atomic mass=72.630(8)
|electron configuration=[Ar] 3d10 4s2 4p2
|electrons per shell=2, 8, 18, 4
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|vapor pressure 100 k=3104
|vapor pressure comment=
|crystal structure=鑽石
|oxidation states=4, 3, 2, 1, 0, -1, -2, -3, -4
（兩性氧化物）
|oxidation states comment=
|electronegativity=2.01
|number of ionization energies=3
|1st ionization energy=762
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|4th ionization energy=
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|Van der Waals radius=211
|magnetic ordering=抗磁
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|thermal conductivity=60.2
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|thermal diffusivity=
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|speed of sound rod at r.t.=
|Tensile strength=
|Young's modulus=103
|Shear modulus=41。由於它在週期表的位置，門捷列夫把它命名為擬硅（Ekasilicon, Es），並將其原子量定為72。

1885年夏季，在薩克森王國弗赖堡附近的一個礦場，發現了一種新的礦物。由於這種礦物的含銀量高，所以被命名為硫銀鍺礦。克萊門斯·溫克勒檢驗了這種礦物，並於1886年成功從中分離出一種與銻相似的元素。在他發表成果之前，他原本打算用海王星來為新元素命名，因為在1846年被發現的海王星，數學理論也預測它的存在。然而，-{zh-cn:镎; zh-tw:錼; zh-hk:錼;}-（Neptunium）這個名字當時已被另一元素佔用（不過不是今天叫錼;}-的那種元素，它到1940年才被發現），因此溫克勒改用他的祖國——德國的拉丁語（germanium）來為元素命名 在發現後，薩克森的礦場再給了溫克勒五百公斤的礦石，因此他能進行後續研究，並在1887年確立了這種新元素的化學性質。他通過分析純四氯化鍺，得出鍺的原子量為72.32，而德布瓦博德蘭則通過比較該元素的火花光譜線，得出72.3。

溫克勒當時成功製備了幾種新的鍺化合物，包括氟化物、氯化物、硫化物、二氧化鍺及四乙基鍺，而四乙基鍺則是第一種有機鍺烷。因為它的半導體特性對電子元件來說是非常有價值的，所以到1945年鍺成了一種有利可圖的材料。在第二次世界大戰期間的1941年，鍺二極體就開始取代電子裝置中的真空管。它的第一項主要用途為製造蕭特基二極體的接點，該二極體在二戰期間用於雷達接收。在1945年以前，鍺的年產量只有幾百千克，但到了1950年代末，世界年產量就已經達到40公噸。

鍺晶體管在1948年的出現，開啟了固態電子無數的應用之門。從1950年至1970年代初，這個領域為鍺提供了增長中的市場，但之後晶體管、二極體和整流器都開始轉用高純度硅。硅的電子特性比鍺優越，但是所需的純度就高得多——這樣的純度用早年的商業方法實在達不到。

與此同時，光纖通訊網絡、紅外線夜視系統及聚合反應催化劑對鍺的需求量正在急速增長，因此這種晶體是史上最純的材料之一。第一種在極強電磁場下成為超導體的金屬材料，是一種含鍺、銠和鈾的合金，於2005年被發現。

已知純鍺能自發地擠出非常長螺旋位錯，叫“鍺鬚”。這些晶鬚的增長，是較舊的鍺製二極體和晶體管壞掉的主要原因，因為晶鬚很可能會構成短路，但短路與否視最終接觸到的物質而定。鍺不溶於稀酸及鹼，但溶於濃硫酸，並與熔鹼反應，生成鍺酸鹽（GeO32-）。鍺最常出現的氧化態是+4，但是已知它在不少化合物中的氧化態為+2。其他的氧化態則很罕見，例如化合物Ge2Cl6中为+3，以及在氧化物表面測得的+3與+1氧化态，或者鍺化物中的負氧化態，像是中的-4。多種含鍺的陰性簇離子（津特耳離子）已經被製備出來，當中包括Ge42-、Ge94-、Ge92-及[(Ge9)2]6-，其中一種方法是在乙二胺或穴醚的催化下，從置於液態氨的鍺與鹼金屬合金中進行提取。這些離子中鍺的氧化態並非整數——這點跟臭氧根離子中的氧一樣。

已知鍺共有兩種氧化物：二氧化鍺和一氧化鍺。焙燒二硫化鍺（GeS2）後可得二氧化鍺，二氧化鍺是一種白色的粉末，微溶於水，但與鹼反應並生成鍺酸鹽。而鍺酸鉍則被用作閃鑠器（scintillator）。

鍺還能與其它氧族元素生成二元化合物，例如二硫化物（GeS2）、二硒化物（GeSe2）、一硫化物（GeS）、一硒化物（GeSe）及碲化物（GeTe）。把二硫化鍺置於氫氣流中加熱，會生成一硫化鍺（GeS），它昇華後會形成一圈色暗但具金屬光澤的薄層，它可溶於苛性鈉溶液中。把一硫化鍺、鹼金屬碳酸鹽與硫一起加熱後，會生成一種鍺鹽化合物，叫硫代鍺酸鹽。

與甲烷的結構相近]]
鍺共有四種已知的四鹵化物。在正常狀況下四碘化鍺（GeI4）為固體，四氟化鍺（GeF4）為氣體，其餘兩種為揮發性液體。把鍺與氯一塊加熱，會得到一種沸點為83.1℃的無色發煙液體，即四氯化鍺。

甲鍺烷（GeH4）是一種結構與甲烷相近的化合物。多鍺烷（即與烷烃相似的鍺化合物）的化學式為GenH2n+2，現時仍沒有發現n大於五的多鍺烷。有機鍺化合物2-羧乙基鍺倍半氧烷（2-carboxyethylgermasesquioxane），於1970年被發現，曾經有一段時間被用作膳食補充劑，當時認為它可能對腫瘤有療效。當72Ge被α粒子轟擊時，會產生穩定的77Se，並在過程中釋放出高能量的電子。

鍺最少有27種合成放射性同位素，各原子質量介乎58至89之間。當中最穩定的是68Ge，其衰變模式為電子捕獲，半衰期則為270.95 d。而當中最不穩定的則是60Ge，其半衰期為30 ms。儘管大部份鍺同位素的衰變模式皆為β衰變，但是也有例外。61Ge及64Ge的衰變模式為β+遲延質子發射（proton emission）。在木星的大氣層中能探測到鍺，在一些遙遠的恆星中也能探測到鍺。鍺在地球的地殼豐度約為1.6 ppm。含鍺量可觀的礦石只有幾種，如硫銀鍺礦、灰鍺礦（briartitie）、硫鍺銅礦（germanite）及硫鍺鐵銅礦（renierite），而它們都沒有可供開採的礦床。儘管如此，開採這些礦石都不是為了它們所含的鍺。一些鋅銅鉛礦體的含鍺量夠高，因此可以從它們最終的濃縮礦物中提取鍺。最高的含鍺量出現在英國諾森伯蘭郡哈特萊村（Hartley）的煤灰中，達1.6%，它是當中的副產品，這種礦石最常出現於以沉積物為主體的大型Zn-Pb-Cu(-Ba)礦床，及以碳酸鹽為主體的Zn-Pb礦床。俄羅斯的鍺礦床位於其遠東的庫頁島，而海參崴東北的煤礦也被用作鍺源
|-
|1999 ||1,400
|-
|2000 ||1,250
|-
|2001 ||890
|-
|2002 ||620
|-
|2003 ||380
|-
|2004 ||600
|-
|2005 ||660
|-
|2006 ||880
|-
|2007 ||1,240
|-
|2008 ||1,490
|-
|2009 ||950
|}

鍺的大部份濃縮礦物為硫化物；它們在空氣中加熱後會變成氧化物，這個過程叫焙燒（roasting）：

: GeS2 + 3O2 → GeO2 + 2SO2

在這個過程中，部份鍺會進到所產生的灰塵中，而剩下的鍺則被轉化成鍺酸鹽，然後被硫酸淋溶，此時在爐渣中的鋅也被淋溶。在中和反應後，只有鋅留在溶液中，沉澱物中含有鍺及其他金屬。在用威爾茲冶鋅法（Waelz process）把沉澱物中的含鋅量減少後，而殘餘的威爾茲氧化物則接受第二次淋溶。此時從沉澱物中可得二氧化鍺，與氯氣或氯化氢反應後被轉化成四氯化鍺，由於它的沸點低，因此可用蒸餾法進行分離：

: GeO2 + C → Ge + CO2

應用
二氧化硅核心（1號）。

1. 核心 8 µm

1. 包層 125 µm

1. 緩衝層 250 µm

1. 護套 400 µm]]

鍺在2007年的估計全球終端應用為：光纖系統佔35%，紅外線光學（infrared optics）佔30%，聚合催化劑佔15%，及電子和太陽能發電也佔15%。它更取代了二氧化鈦，成為了二氧化硅光纖核心的摻雜物，這樣就不用再做後續熱處理，而這種處理會使光纖變得易碎。在2002年末，光纖工業佔美國鍺用量的60%，但只佔全球用量不到10%。

由於紅外線可以無損失的穿透鍺，因此它成了一種重要的紅外線光學材料，能很容易地被切割或打磨成鏡片及窗戶。它在紅外線光學中的一項重要應用，就是製作熱圖像照相機（thermal imaging camera）的鏡頭塗層。含鍺的這一種鏡頭用於波長為8至14微米的紅外線，這樣的紅外線可用於被動熱成像及熱點探測，因此能被應用於軍事、汽車夜視系統及消防。

電子工业
晶体管主要由锗和硅两种高纯度半导体制作，而锗晶体管（简称锗管）曾是晶体管时代早期（于40年代末开始）最重要的半导体产品，因为当时制作高纯硅和制造硅管的工艺都不够成熟。锗晶体管相比硅管，有B-E结压降低（锗管约0.2V，而硅管为0.6V左右)的优势，但是热稳定性较差，且响应速度的极限明显不如硅管。锗管的大规模应用大概持续到1970年左右，此后从发达国家开始逐渐淘汰，到1980年，几乎在全世界范围完全被硅管取代而退出电子工业。然而，一些音响发烧友认为锗管具有独特的音色，相对于硅管的“冷硬”，锗管温暖醇厚的声音特性被一些玩家称为‘低压电子管’因此一些生产于60年代的电声设备和零件至今受到部分玩家的追捧，一些音樂用的踏板效果器還在用鍺晶體管，因為這種效果器能產生早期搖滾特有的“模糊”音質，當中最有名的是Dallas Arbiter公司所生產的Fuzz Face效果器。

後來电子材料界又燃起了对锗材料的兴趣，不过已不局限于纯锗晶体。鍺化硅合金（一般稱為“硅鍺”）正急速地成為一種重要的半導體材料，用於高速集成電路。使用了Si-SiGe接面的電路，由於這種接面的特性，而比只用Si的要快得多。在無線通訊（wireless communication）裝置中，鍺化硅正開始取代砷化鎵。火星探測漫遊者及數個人造衛星，都有使用鍺上三聯點砷化鎵電池。

上鍺下絕緣體的基板，有望可以取代微型晶片中的硅。這樣生產出來的成品耀度很高，所以在日本銷售的PET瓶子都專門選用這一種聚酯。

近年，在貴金屬合金中加入鍺是愈來愈多。例如，在英幣標準銀（sterling silver）（含銀量達95%以上的合金）中加入鍺，就能減少火紋（firescale）、增加抗鏽色性（tarnish）及增加對析出硬化（precipitation hardening）的反應。有一種抗鏽色的銀合金，商標名叫Argentium，其含鍺量需達1.2%。鍺亦被用於晶體單光儀（crystal monochromator），這台儀器能生成單晶中子散射（neutron scattering）及同步X射線繞射所需的線性束。在中子及高能X射線的應用，鍺的反射性比硅優勝。高純度的鍺晶體還被用於伽瑪光譜學（gamma spectroscopy）和探尋暗物質的探測器中。

鍺的一些化合物對哺乳類動物沒甚麼毒性，可是對某些細菌則有着相當的毒性。就因為這項特性，所以這些鍺化合物可用作化學治療劑。

对生物的影响
一般認為鍺對動植物的健康並不重要。。美國食品藥品監督管理局的研究結論認為，當鍺被用作膳食補充劑時“有可能危害人體健康”。

锗本身不危险，但某些活泼的锗化合物有毒。例如四氯化鍺及甲鍺烷，分別為液體及氣體，能對眼睛、皮膚、肺部及喉嚨造成很大的刺激。有些锗化合物对哺乳动物的毒性低，但对细菌来说有毒。

参见

• 元素
• 晶体管
• 碳族元素
• 第4周期元素
• 元素周期表
• 同位素列表

注釋
“鈤”亦為化學元素鐳的舊譯，因造成混淆而採用新譯。
在希臘語中，Argyrodite一詞有“含銀”的意思。
跟預測到新元素的存在一樣，數學家亞當斯與勒威耶，利用天王星軌道被拉出去的偏差，在1843年前後就預測到行星海王星的存在。查理士（James Challis）於1846年8月開始搜尋第八顆行星，而加勒則於1846年9月23日正式觀測到它。
赫爾曼（R. Hermann）在1877年聲稱發現週期素中位於鉭下的元素，並以羅馬神話海王尼普頓命名為-{zh-cn:镎; zh-tw:錼; zh-hk:錼;}-（Naptunium）。但後來發現這種金屬只是元素鈮與鉭的合金。很久以後，錼;}-這個名字給了在週期表位於鈾下的合成元素，它是由核物理學家在1940年所發現 。

參考資料
外部链接