[高瞻自然科學教育資源平台] 鍺(Germanium)

高雄市立高雄女中化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

1871 年，元素週期律的發現者門得列夫曾預言「類矽」元素的存在。
1886 年，德國化學家 Winkler C. A. 用光譜的方法分析硫銀鍺礦時，8 個全分析結果均差 7% 左右，因此他斷定礦石中一定含有一種未知的新元素。他用氫氣還原硫化鍺製得了金屬鍺。Clemens Winkler 為了紀念他的祖國，把新元素命名為 Germanium（德國的拉丁名為 Germania），元素符號 Ge，中文為鍺。

鍺在地殼中的含量為 7 × 10^-7，比金、銀、鉑還多，但尚未有大規模的開採，因為鍺是最分散的元素之一。大量的鍺以分散狀態存在於各種金屬的矽酸鹽礦和硫化物礦、以及各種形式的煤中。其中含鍺量最高的礦是低溫閃鋅礦，含量在 0.01% ~ 0.1% 之間；含鍺量較高的礦物有硫銀鍺礦 4AgS∙GeS₂、鍺石礦 CuS∙FeS∙GeS₂、含鍺量在 0.001% ~ 0.1% 之間。

鍺的製備與應用：
製備方法：鍺主要以硫化物礦石、煤、高溫冶金所得中間產物或廢渣為原料來生產的。有時也利用含鍺原料的工廠副產物、煤焦工業的氨水或煤灰、煙道灰來回收 鍺。這些原料所提供的鍺通常為二氧化鍺，用鹽酸處理並蒸餾得四氯化鍺：GeO₂+4HCl → GeCl₂+2H₂O ，通過精餾純化 GeCl₄，再加水水解得到二氧化鍺：GeCl₄+2H₂O → GeO₂+2H₂O ，然後用氫在 800K ~ 900K 還原 GeO₂，得到金屬鍺粉末：GeO₂+2H₂ → Ge+2H₂O 將溫度升至 1373K，鍺粉熔化，注入模中得鍺錠。最後用物理方法區域熔融法來進一步純化得高純度鍺，目前可得 11 個 9 的高純度鍺。

物理性質：鍺為銀灰色的脆性金屬，具有金剛石晶格。其熔點為 1210K，沸點為 3103K，密度為 5.35g/cm³ (293K)，莫氏硬度為 6 ~ 6.5。室溫下鍺的可塑性很小，加工性能以石英和玻璃，有明顯的非金屬性質。當液態鍺凝固時，體積膨脹 5%，是少數幾種(Si,Ga,Ge,Sb, Bi)凝固時體積膨脹的物質。超高純度單晶鍺是重要的半導體材料。鍺另一特性是當溫度變化時，鍺的電阻也随著發生特別靈敏的變化。所以鍺被用來製造熱敏電阻，來測知物體溫度，把鍺塗在玻璃、石英上，製成電阻用來製造光電管、熱電隅。

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