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锗, 7440-56-4, 结构式
CAS号:
7440-56-4
英文名:
Germanium
英文别名:
Ge;HCl tr%;GE007930;GE004600;GE007920;GE003121;GE003120;GE003130;GE003122;GE003020
中文名:
中文别名:
锗;锗片;锗灰;锗粒;锗靶;锗粉;锗锭;锗棒;锗块;单晶锗
CBNumber:
CB7733835
分子式:
Ge
分子量:
72.64
MOL File:
7440-56-4.mol

化学性质

熔点:
937 °C (lit.)
沸点:
2830 °C (lit.)
密度:
5.35 g/mL at 25 °C (lit.)
蒸气压:
0Pa at 25℃
储存条件:
Flammables area
溶解度:
insoluble in H2O, dilute acid solutions, alkaline solutions
形态:
powder
比重:
5.35
颜色:
Silver
电阻率 (resistivity):
53000 μΩ-cm, 20°C
水溶解性:
insoluble H2O, HCl, dilute alkali hydroxides; attacked by aqua regia [MER06]
晶体结构:
Cubic, Diamond Structure - Space Group Fd3m
Merck:
13,4419
暴露限值:
ACGIH: TWA 0.5 ppm(2.5 mg/m3); Ceiling 2 ppm (Skin)
OSHA: TWA 3 ppm
NIOSH: IDLH 30 ppm(250 mg/m3); TWA 3 ppm(2.5 mg/m3); Ceiling 6 ppm(5 mg/m3)
稳定性:
Stable. Slightly soluble in strong acids. Incompatible with strong oxidizing agents.
LogP:
4.14 at 20℃
CAS 数据库:
7440-56-4(CAS DataBase Reference)
NIST化学物质信息:
Germanium(7440-56-4)
EPA化学物质信息:
Germanium (7440-56-4)
安全信息
危险品标志: F,Xi
危险类别码: 36/37/38-36/38-11
安全说明: 26-36/39-2
危险品运输编号: UN 3089 4.1/PG 2
WGK Germany: 3
RTECS号: LY5200000
TSCA: Yes
危险等级: 8
包装类别: III
海关编码: 28053090
毒害物质数据: 7440-56-4(Hazardous Substances Data)

性质、用途与生产工艺

简介

锗是一种硬质脆性灰色准金属元素,符号:Ge, 属于元素周期表的第14组(以前为IVA)。
锗存在于硫化锌和某些其他硫化矿石中,主要作为炼锌的副产品获得。在锌或铜精炼过程中,大多数锗作为副产品回收。它也存 在于某种煤中(高达1.6%)。少量用于特种合金,但主要用途取决于其半导体 性能。化学上,它以+2和+4氧化态形成化合物,锗(IV)化合物更稳定。该元 素还形成大量有机金属化合物。由门捷列夫(ekasilicon)于1871年预测,由 Winklerin 1886年发现。锗已广泛用于早期的半导体设备中,但现在已被硅所取代。它用作合金剂,催化剂,磷光体和红外设备。
锗共有38种同位素,其中5种是稳定的。锗的稳定同位素及其自然丰度如下: Ge-70 = 20.37%,Ge-72 = 27.31%,Ge-73 = 7.76%,Ge-74 = 36.73%, Ge-76 = 7.83%。 76 同位素被认为是稳定的,因为它具有很长的半衰期(0.8 ×10 +25年)。所有其他33种同位素都是放射性的,都是人工产生的。

7440-56-4

 

化学性质

锗是灰白色,有光泽的脆性准金属。当结晶时,它以菱形立方结构存在。它的蒸气压非常低,不溶于水。在环境中从未发现纯锗。在精制状态下,它是灰白色准金属。像元素周期表第14组的对应元素(碳,硅,锡和铅)一样,锗具有金属和非金属特性。化合价为+2或+4;原子通常是四价的。
锗是真正的半导体,对红外光高度透明,并且具有高折射率。锗及其化合物或合金已广泛用于光学和电子行业。在电子应用中,它通常与锑,镓,铟或砷形成合金。锗是一种产量低的化学品。

锗的性状图

发现历史

门捷列夫在1871年的定期计划中预测了该元素的存在。预测它应该属于碳基 团,并占据硅下方的位置。因此,他将其命名为ekasilicon。十五年后的1886 年,克莱门斯·温克勒(Clemens Winkler)发现了该预测元素,并将其与矿物 银辉石分离。它以纪念德国而得名。
锗在自然界中大多以硫化矿石形式存在。它存在于锗石矿物(7CuS•FeS•GeS2)中 。菱镁矿(4Ag2S•GeS2); 菱铁矿(Cu,Ge,Fe,Zn,As)S; 钙铁矿;4Ag2S中 。在许多锌混合矿石中也发现了少量的锌,在美国从商业上将其提取出来。在 许多煤中也发现了少量的锗。它在地壳中的丰度约为1.5 mg/kg,在海水中的浓 度为0.05 µg/L。

来源

锗是地壳中第52个最丰富的元素,分布广泛,但从未以其天然元素态被发现。 它总是与其他元素特别是氧气结合在一起。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%。
锗的主要矿物是锗矿,银辉石,菱锰矿和钙矾石,它们都是稀有的。在锌矿石 以及铜和砷矿石中发现少量锗。众所周知,它会集中在地球上的某些植物中, 特别是在煤炭中,可以从燃烧煤的烟囱中的烟灰中收集相当数量。

应用

稀有元素金属锗(Ge)具有灰色白色结晶外观,并具有极高的硬度:6.25 Mohs 。其比重为5.35,熔点为937℃。它对酸和碱具有抵抗力。它具有带钻石结构的 金属外观晶体,赋予铝和镁合金更高的硬度和强度,而低至0.35%的锡会使硬 度增加一倍。然而,由于其稀有性和高昂的价格,它在合金中并不常用。它主 要用作金属整流器和晶体管。一种含锗约12%的金-锗合金,熔点为359°C,已 被用于焊接珠宝。
锗是从锌行业的烟道粉尘中获得的副产品,也可以通过从矿石中还原其氧化物 获得,并以不规则的小块状出售。锗晶体生长在直径最大为3.49厘米的棒中, 用于制造晶体管晶片。P和N半导体均使用高纯度晶体。它们比其他半导体(特 别是硅)更易于纯化且熔点更低。
到目前为止,锗最常见的用途是在半导体和电子工业中。作为半导体,锗可用 于制造晶体管,二极管和多种类型的计算机芯片。仅通过向锗晶体中添加可变 数量的杂质(掺杂),它就可以被设计为在各种应用中充当不同类型半导体的 第一个元素。
锗还发现了许多其他应用,包括用作合金剂,用作荧光灯中的磷光体以及用作 催化剂。锗和氧化锗对红外透明,可用于红外光谱仪和其他光学设备,包括超 灵敏的红外探测器。氧化锗的高折射率和分散性使其可用作广角相机镜头和显 微镜物镜中使用的玻璃组件。有机锗化学领域变得越来越重要。某些锗化合物 对哺乳动物的毒性低,但对某些细菌具有明显的活性,这使其成为化学治疗剂 的可能。

制备

锗通常是作为混合锌矿石生产锌的副产品而获得的。矿石通过浮选工艺进行浓 缩。然后将浓缩的矿石焙烧,将锌和杂质金属转化为其氧化物。用氯化钠和煤 加热粗氧化物,将锗和其他杂质金属氧化物转化为其挥发性氯化物。冷凝氯化 物蒸气,并通过分馏将氯化锗从冷凝物中分离出来。
锗还从含有微量金属的煤中回收。将煤灰和细粉与碳酸钠,氧化铜,氧化钙和 煤粉混合,然后冶炼。粗氧化物产物被转化为其挥发性氯化物。通过分馏从冷 凝产物中分离出氯化锗。 高纯度(99.9999%)的锗可通过以下方法制得:在盐酸和氯气中在石英蒸馏器 中分馏氯化物,然后用双蒸水将纯净的氯化物水解,生成氧化锗GeO2。在1000 ℃下用氢气将氧化物还原。可以通过区域精炼工艺从高纯度等级的材料中获得 超高纯度的半导体用锗。锗中的杂质比固态金属更易溶于熔体。因此,沿着不 纯锗锭重复经过熔融区可以有效地去除固体金属锭中的微量杂质。
金属的掺杂用于其固态电子用途,可以通过在熔体中加入微量的掺杂剂,然后 从熔体中生长出单晶,或者通过固态扩散进入制备好的单晶中来实现。通过 Czochralski技术,可以从熔体中制备出直径达几英寸的单晶,该技术涉及在惰 性空气中与晶种接触,接触时控制温度和播散条件。

化学反应

锗的化学性质介于硅和锡之间。它同时形成二价和四价化合物,氧化态+4比+2氧化态更稳定。该金属在环境温度下在空气和水中稳定。但是,它在升高的温度下与氧气反应形成二价和四价氧化物GeO和GeO2。 虽然与稀无机酸不会发生反应,但该化合物会受到浓硝酸和浓硫酸的腐蚀。同样,与苛性碱也不会发生反应。
当在800°C下用二氧化碳加热时,会形成二价氧化物:
Ge + CO2→GeO + CO
在高温下加热时,金属还会将四价氧化物还原为二价氧化物:
Ge + GeO2→2GeO
在高温下用氯加热,生成四氯化锗:
Ge + 2Cl2→GeCl4

毒性

能刺激皮肤、黏膜和眼睛,空气中最大容许浓度(以Ge计)为1 mg/m3。生产人员应穿工作服,戴口罩和乳胶手套等劳保用品。

化学性质 

为灰白色金属。熔点937.4℃。沸点2830℃。相对密度d25295.35, 溶于浓硫酸、硝酸、王水中,不溶于水、碱。

用途 

制造半导体器件用。

用途 

用于提纯锗及半导体工业

生产方法 

工业生产有坩埚直拉法和悬浮区熔法。
坩埚直拉法 拉晶前先将设备各部件、合金石英坩埚、高纯锗和籽晶进行清洁处理。将高纯锗经配料和掺杂,加入单晶炉的合金石英坩埚中,再经抽真空、熔化,在流通的氩气气氛下,人工引晶放肩和收尾。晶体的等径生长过程中,需根据情况适当调节功率,使其获得直径均匀的产品。经检测、称量,制得锗单晶成品。

上下游产品信息

上游原料

下游产品

锗 试剂级价格

更新日期产品编号产品名称CAS编号包装价格
2024/04/3011144锗片, 2cm (0.8in) 或更小, Puratronic®, 99.9999+% (metals basis)
Germanium pieces, 2cm (0.8in) & down, Puratronic®, 99.9999+% (metals basis)
7440-56-45g650元
2024/04/30045254锗, 等离子标准溶液, Specpure®, Ge 10μg/ml
Germanium, plasma standard solution, Specpure®, Ge 10µg/ml
7440-56-4100ml832元

生产厂家

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