鍺（舊譯作鈤）是一種化學(xué)元素，它的化學(xué)符號(hào)是Ge，原子序數(shù)是32。在化學(xué)元素周期表中位于第4周期、第IVA族。它是一種灰白色類金屬，有光澤，質(zhì)硬，屬于碳族，化學(xué)性質(zhì)與同族的錫與硅相近。在自然中，鍺共有五種同位素，原子量在70至76之間。它能形成許多不同的有機(jī)金屬化合物，例如四乙基鍺及異丁基鍺烷。即使地球表面上的鍺豐度是相對(duì)地高，但由于很少礦石含有高濃度的鍺，所以它在化學(xué)史上比較晚被發(fā)現(xiàn)。門(mén)捷列夫在1869年根據(jù)元素周期表的位置，預(yù)測(cè)到鍺的存在與其各項(xiàng)屬性，并把它稱作擬硅。

克萊門(mén)斯·溫克勒于1886年在一種叫硫銀鍺礦的稀有礦物中，除了找到硫和銀之外，還發(fā)現(xiàn)了一種新元素。盡管這種新元素的外觀跟砷和銻有點(diǎn)像，但是新元素化合物的結(jié)合比，符合門(mén)捷列夫?qū)柘略氐念A(yù)測(cè)。溫克勒以他的國(guó)家——德國(guó)的拉丁語(yǔ)名來(lái)為這種元素命名。鍺是一種重要的半導(dǎo)體材料，用于制造晶體管及各種電子裝置。主要的終端應(yīng)用為光纖系統(tǒng)與紅外線光學(xué)（infrared optics），也用于聚合反應(yīng)的催化劑，電子用途與太陽(yáng)能電力等。現(xiàn)在，開(kāi)采鍺用的主要礦石是閃鋅礦（鋅的主要礦石），也可以在銀、鉛和銅礦中，用商業(yè)方式提取鍺。一些鍺化合物，如四氯化鍺（GeCl4）和甲鍺烷，能刺激眼睛、皮膚、肺部與喉嚨。

理化性質(zhì)

物理性質(zhì)

粉末狀呈暗藍(lán)色，結(jié)晶狀，為銀白色脆金屬?；蟽r(jià)+2和+4。第一電離能7.899電子伏特，是一種稀有金屬，重要的半導(dǎo)體材料。不溶于水。

鍺，就其導(dǎo)電的本領(lǐng)而言，優(yōu)于一般非金屬，劣于一般金屬，這在物理學(xué)上稱為“半導(dǎo)體”，對(duì)固體物理和固體電子學(xué)的發(fā)展有重要作用。鍺的熔密度5.32克/cm，鍺可能性劃歸稀散金屬。鍺有著良好的半導(dǎo)體性質(zhì)，如電子遷移率、空穴遷移率等等。鍺的發(fā)展仍具有很大的潛力?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的鍺，主要來(lái)自銅、鉛、鋅冶煉的副產(chǎn)品。

晶體結(jié)構(gòu)：晶胞為面心立方晶胞，每個(gè)晶胞含有4個(gè)金屬原子。

顏色和狀態(tài)：銀白色固體。

據(jù)X射線研究證明，鍺晶體里的原子排列與金剛石差不多。結(jié)構(gòu)決定性能，所以鍺與金剛石一樣硬而且脆。

鍺礦石的鍺發(fā)生量為200ppm//393ppm兩種，顏色為青灰色、紅花色兩種。

化學(xué)性質(zhì)

鍺

是一種金屬元素，性質(zhì)介于硅和錫之間，但它的化學(xué)性質(zhì)類似于臨近族的元素，尤其是砷和銻。化學(xué)上或毒物學(xué)上重要的鍺化合物很少。鍺的二氧化物，一種微溶于水的白色粉末，形成鍺酸，這類似于硅酸。四氯化鍺是一種不穩(wěn)定的液體，四氟化鍺是一種氣體，它們很容易在水中水解。氫化鍺（鍺烷）是一種相對(duì)穩(wěn)定的氣體。有機(jī)鍺化合物，烷基可以替換個(gè)多個(gè)Ge原子，和錫、汞、砷等類似，但毒性小的多。鍺元素及其二氧化物毒性不強(qiáng)，四鹵化鍺是刺激性的，氫化鍺毒性最強(qiáng)。

外層電子排布為4s4p。

鍺在元素周期表上的位置正好夾在金屬與非金屬之間，因此具有許多類似于非金屬的性質(zhì)，這在化學(xué)上稱為“半金屬”。

在250℃時(shí)，鍺會(huì)緩慢地氧化成GeO。鍺不溶于稀酸及堿，但溶于濃硫酸，并與熔堿反應(yīng)，生成鍺酸鹽（GeO）。鍺最常出現(xiàn)的氧化態(tài)是+4，但是已知它在不少化合物中的氧化態(tài)為+2。其他的氧化態(tài)則很罕見(jiàn)，例如化合物GeCl中為+3，在氧化層表面測(cè)到的+3與+1氧化態(tài)。多種含鍺的陰性簇離子（津特耳離子）已經(jīng)被制備出來(lái)，當(dāng)中包括Ge、Ge、Ge及[ - Ge]，其中一種方法是在乙二胺或穴醚的催化下，從置于液態(tài)氨的鍺與堿金屬合金中進(jìn)行提取。這些離子中鍺的氧化態(tài)并非整數(shù)——這點(diǎn)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（GeS）后可得二氧化鍺，二氧化鍺是一種白色的粉末，微溶于水，但與堿反應(yīng)并生成鍺酸鹽。當(dāng)二氧化鍺與鍺金屬發(fā)生高溫反應(yīng)時(shí)，會(huì)生成一氧化鍺。二氧化鍺（及其相關(guān)的氧化物及鍺酸鹽）有一種很不尋常的特性，就是對(duì)可見(jiàn)光有著高折射率，但同時(shí)對(duì)紅外線隱形。而鍺酸鉍則被用作閃鑠器（scintillator）。

鍺還能與氧族元素生成二元化合物，例如二硫化物、二硒化物（GeSe）、一硫化物（GeS）、一硒化物（GeSe）及碲化物（GeTe）。把硫化氫氣體通過(guò)含Ge - IV的濃酸溶液時(shí)，會(huì)生成白色沉淀物，即二硫化鍺。二硫化鍺能很好地溶于水、苛性鈉溶液及堿金屬硫化物溶液中。但是，它不溶于帶酸性的水中，溫克勒就是因?yàn)檫@項(xiàng)性質(zhì)才發(fā)現(xiàn)了鍺。把二硫化鍺置于氫氣流中加熱，會(huì)生成一硫化鍺（GeS），它升華后會(huì)形成一圈色暗但具金屬光澤的薄層，它可溶于苛性鈉溶液中。把一硫化鍺、堿金屬碳酸鹽與硫一起加熱后，會(huì)生成一種鍺鹽化合物，叫硫代鍺酸鹽。

鍺共有四種已知的四鹵化物。在正常狀況下四碘化鍺（GeI）為固體，四氟化鍺（GeF）為氣體，其余兩種為揮發(fā)性液體。把鍺與氯一塊加熱，會(huì)得到一種沸點(diǎn)為83.1℃的無(wú)色發(fā)煙液體，即四氯化鍺。鍺的所有四鹵化物都能很容易地被水解，生成含水二氧化鍺。四氯化鍺用于制備有機(jī)鍺化合物。跟四鹵化物相反的是，全部四種已知的二鹵化物，皆為聚合固體。另外已知的鹵化物還包括GeCl及GeCl。還有一種奇特的化合物GeCl，里面含有新戊烷結(jié)構(gòu)的GeCl。

甲鍺烷（GeH）是一種結(jié)構(gòu)與甲烷相近的化合物。多鍺烷（即與烷相似的鍺化合物）的化學(xué)式為GeH，現(xiàn)時(shí)仍沒(méi)有發(fā)現(xiàn)n大于五的多鍺烷。相對(duì)于硅烷，鍺烷的揮發(fā)性和活性都較低。GeH在液態(tài)氨中與堿金屬反應(yīng)后，會(huì)產(chǎn)生白色的MGeH晶體，當(dāng)中含有GeH陰離子。含一、二、三個(gè)鹵素原子的氫鹵化鍺，皆為無(wú)色的活性液體。

溫克勒于1887年合成出第一種有機(jī)鍺化合物（organogermanium compound）；四氯化鍺與二乙基鋅反應(yīng)生成四乙基鍺（Ge - CH）。RGe型（其中R為烴基）的有機(jī)鍺烷，如四甲基鍺（Ge - CH）及四乙基鍺，是由最便宜的鍺前驅(qū)物四氯化鍺及甲基親核劑反應(yīng)而成。有機(jī)鍺氫化物，如異丁基鍺烷（ - CHCHCHGeH）的危險(xiǎn)性比較低，因此半導(dǎo)體工業(yè)會(huì)用液體的氫化物來(lái)取代氣體的甲鍺烷。已知鍺有不少活性中間物：鍺代自由基、鍺烯（與碳烯相近）和鍺炔（與卡賓相近）。有機(jī)鍺化合物2-羧乙基鍺倍半氧烷（2-carboxyethylgermasesquioxane），于1970年被發(fā)現(xiàn)，曾經(jīng)有一段時(shí)間被用作膳食補(bǔ)充劑，當(dāng)時(shí)認(rèn)為它可能對(duì)腫瘤有療效。

鍺化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，常溫下不與空氣或水蒸汽作用，但在600～700℃時(shí)，很快生成二氧化鍺。與鹽酸、稀硫酸不起作用。濃硫酸在加熱時(shí)，鍺會(huì)緩慢溶解。在硝酸、王水中，鍺易溶解。堿溶液與鍺的作用很弱，但熔融的堿在空氣中，能使鍺迅速溶解。鍺與碳不起作用，所以在石墨坩堝中熔化，不會(huì)被碳所污染。

化合物：鍺與氧、鹵素、酸、堿等物質(zhì)反應(yīng)都能生成化合物。

氧化物：鍺與氧可生成兩種氧化物：二氧化鍺和一氧化鍺。

①二氧化鍺GeO，具有金剛石型的四方晶型和介穩(wěn)的α–石英型的六方晶型。前者熔點(diǎn)1,086℃，密度6.24克/厘米，不溶于水；后者熔點(diǎn)1,115℃，密度4.25克/厘米，微溶于水。二氧化鍺在常溫或在加熱條件下都比較穩(wěn)定，難溶于酸；易溶于強(qiáng)堿溶液，生成鍺 - IV酸鹽。金屬鍺或硫化鍺在空氣中灼燒均可制得二氧化鍺。它主要用于制造高折射率的光學(xué)玻璃，也是制備金屬鍺的原料。

②一氧化鍺GeO，黑色針狀晶體，700℃分解，不溶于水，易溶于酸和濃強(qiáng)堿溶液；在空氣中加熱易轉(zhuǎn)化成二氧化鍺，隔絕空氣加熱易發(fā)生歧化反應(yīng)。在加熱條件下，用氫氣或一氧化碳還原二氧化鍺可制備一氧化鍺。

四氯化鍺GeCl無(wú)色液體，在濕空氣中因水解而產(chǎn)生煙霧，易揮發(fā)。其熔點(diǎn)為-51.50℃，沸點(diǎn)為86.55℃，密度為1.88克/厘米；溶于乙醇和乙醚，遇水發(fā)生水解。

用途

工業(yè)用途

鍺具備多方面的特殊性質(zhì)，在半導(dǎo)體、航空航天測(cè)控、核物理探測(cè)、光纖通訊、紅外光學(xué)、太陽(yáng)能電池、化學(xué)催化劑、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛而重要的應(yīng)用，是一種重要的戰(zhàn)略資源。在電子工業(yè)中，在合金預(yù)處理中，在光學(xué)工業(yè)上，還可以作為催化劑。

高純度的鍺是半導(dǎo)體材料。從高純度的氧化鍺還原，再經(jīng)熔煉可提取而得。摻有微量特定雜質(zhì)的鍺單晶，可用于制各種晶體管、整流器及其他器件。鍺的化合物用于制造熒光板及各種高折光率的玻璃。

鍺單晶可作晶體管，是第一代晶體管材料。鍺材用于輻射探測(cè)器及熱電材料。高純鍺單晶具有高的折射系數(shù)，對(duì)紅外線透明，不透過(guò)可見(jiàn)光和紫外線，可作專透紅外光的鍺窗、棱鏡或透鏡。20世紀(jì)初，鍺單質(zhì)曾用于治療貧血，之后成為最早應(yīng)用的半導(dǎo)體元素。單質(zhì)鍺的折射系數(shù)很高，只對(duì)紅外光透明，而對(duì)可見(jiàn)光和紫外光不透明，所以紅外夜視儀等軍用觀察儀采用純鍺制作透鏡。鍺和鈮的化合物是超導(dǎo)材料。二氧化鍺是聚合反應(yīng)的催化劑，含二氧化鍺的玻璃有較高的折射率和色散性能，可作廣角照相機(jī)和顯微鏡鏡頭，三氯化鍺還是新型光纖材料添加劑。

據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2013年來(lái)光纖通信行業(yè)的發(fā)展、紅外光學(xué)在軍用、民用領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，太陽(yáng)能電池在空間的使用，地面聚光高效率太陽(yáng)能電站推廣，全球?qū)︽N的需求量在持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)。

全球光纖網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)尤其是北美和日本光纖市場(chǎng)的復(fù)蘇拉動(dòng)了光纖市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。21世紀(jì)全球光纖需求年增長(zhǎng)率已經(jīng)達(dá)到了20%。未來(lái)中國(guó)光纖到戶、3G建設(shè)及村通工程將拉動(dòng)中國(guó)光纖用鍺需求快速增長(zhǎng)。

鍺在紅外光學(xué)領(lǐng)域的年需求量占鍺消費(fèi)量的20-30%，鍺紅外光學(xué)器件主要作為紅外光學(xué)系統(tǒng)中的透鏡、棱鏡、窗口、濾光片等的光學(xué)材料。紅外市場(chǎng)對(duì)鍺產(chǎn)品的未來(lái)需求增長(zhǎng)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：軍事裝備的日益現(xiàn)代化帶動(dòng)了對(duì)紅外產(chǎn)品的需求和民用市場(chǎng)對(duì)紅外產(chǎn)品的需求。太陽(yáng)能電池用鍺占據(jù)鍺總消耗量的15%，太陽(yáng)能電池領(lǐng)域?qū)︽N系列產(chǎn)品的未來(lái)需求增長(zhǎng)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：航空航天領(lǐng)域及衛(wèi)星市場(chǎng)快速發(fā)展和地面光伏產(chǎn)業(yè)快速增長(zhǎng)。

從全球產(chǎn)量分布來(lái)看，中國(guó)供給了世界71%的鍺產(chǎn)品，是全球最大的鍺生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)，這主要是由于中國(guó)高附加值深加工產(chǎn)品技術(shù)環(huán)節(jié)薄弱，導(dǎo)致內(nèi)需相對(duì)有限，產(chǎn)品多以初加工產(chǎn)品出口為主。

但是在需求旺盛刺激下，中國(guó)鍺生產(chǎn)技術(shù)能力提升迅速，目前中國(guó)企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)光纖級(jí)、紅外級(jí)、太陽(yáng)能級(jí)鍺系列產(chǎn)品。加之來(lái)政策推動(dòng)力度大，中國(guó)光纖領(lǐng)域鍺需求明顯增長(zhǎng)。2013年P(guān)ET催化劑用鍺約占25%，電子太陽(yáng)能用鍺約占15%，紅外光學(xué)用鍺比重從42%降至25%，而光纖通訊約占鍺消費(fèi)30%左右的市場(chǎng)份額。2011年中國(guó)鍺消費(fèi)量為45金屬噸，2012年鍺消費(fèi)量為50金屬噸，同比增長(zhǎng)11.11%;2013年鍺消費(fèi)量為59金屬噸，同比增長(zhǎng)18.00%。

膳食補(bǔ)充

早在1922年，美國(guó)的醫(yī)生就懂得用無(wú)機(jī)鍺來(lái)治療貧血。無(wú)機(jī)鍺還被用于其他治療，但療效存疑。它對(duì)癌癥的療效已經(jīng)被討論過(guò)。美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局的研究結(jié)論為，當(dāng)鍺被用作膳食補(bǔ)充劑時(shí)“有可能危害人體健康”。