IVA族元素锗

发布网友 发布时间：2024-10-24 15:03

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热心网友 时间：2024-11-03 07:19

元素Ge，原子序数为32，原子量72.59，其电子排布为4s²4p²。原子半径122皮米，Ge⁴⁺的半径为53皮米。第一电离能为769.12千焦/摩尔，电负性为1.8，主要表现为+4和+2的氧化态。Ge位于第四周期的ⅣA族，是一种银白色、有光泽的金属，但质地较脆。晶体锗具有金刚石结构，密度为5.35克/厘米³，熔点高达937.4℃，沸点为2830℃。室温下，Ge在空气中稳定，但在高温下会氧化。粉状锗在氯或溴中可燃烧，不溶于水、盐酸和稀硫酸，但能溶于浓*、浓硫酸或王水。它不溶于稀苛性碱溶液，却能溶于熔融的苛性碱、*盐或碳酸盐，生成锗酸盐。与硫结合会产生硫化锗，而在1000℃以上，Ge还能与氢反应。高纯度的锗是重要的半导体材料，掺杂特定杂质的锗单晶用于制造晶体管、整流器等电子元件，还可用于制造温差电池，如太阳能电池和光电池，以及热敏电阻、薄膜电阻、半导体温度计，甚至红外线透过材料如锗窗、棱镜和透镜。锗的化合物则用于制作荧光板和高折射率玻璃。

作为稀有元素，锗在地壳中的含量极低，仅占质量的7.0×10^-4，主要在煤、银、锡、锌、铜等矿石中微量存在。工业生产主要依赖于硫化锌矿、煤以及冶金废料和烟道灰尘的回收。门捷列夫在1871年曾预言其存在，德国化学家文克勒在1885年通过分析硫银锗矿首次发现了这种元素，随后通过硫化锗与氢的反应制得。提炼锗的基本步骤包括将硫化物矿氧化，使其转化为二氧化锗，再用盐酸溶解并蒸馏，利用四氯化锗的挥发性分离出来。接着通过水解四氯化锗，使其变为二氧化锗，最后在低于540℃的温度下用氢气还原氧化物，形成GeO₂，这是一种白色粉末，不溶于水，具有酸性和碱性反应性。四氯化锗（GeCl₄）则作为制备半导体锗的原料，由浓盐酸溶解二氧化锗制得，它是一种无色液体，遇水会分解为二氧化锗，密度为1.879克/厘米³，熔点为-49.5℃，沸点为83.1℃。

IVA族元素是元素周期表的主族元素，又称为碳族元素，位于硼族元素和氮族元素之间，包括碳（C）、硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）、铅（Pb）、114号元素（Uuq）。这一族元素的原子最外层都有4个电子，最高正价都是+4价。