锗

特性

在標準狀況下，鍺是一種銀白色的半金屬元素，硬但易碎。這種形式構成一種同素異形體，技術上叫α鍺，它帶金屬光澤，結構與鑽石一樣，為鑽石立方晶體結構。當壓力高於120kPa時，會形成另一種同素異形體，叫β鍺，它的結構與β錫一樣。與矽、鎵、鉍、銻與水一樣，鍺在熔化態固體化時（即凝固）會膨脹，而有這種特性的物質並不多。
鍺是一種半導體。用區熔技術生產出的半導體用鍺晶體，其雜質含量只有一百億分之一，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電晶體壞掉的主要原因，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。

化學性質

在250℃時，鍺會緩慢地氧化成GeO₂。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中為+3，在氧化層表面測到的+3與+1氧化態。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。當二氧化鍺與鍺金屬發生高溫反應時，會生成一氧化鍺。二氧化鍺（及其相關的氧化物及鍺酸鹽）有一種很不尋常的特性，就是對可見光有著高折射率，但同時對紅外線隱形。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（GeSe₂）、一硫化物（GeS）、一硒化物（GeSe）及碲化物（GeTe）。把硫化氫氣體通過含Ge(IV)的濃酸溶液時，會生成白色沉澱物，即二硫化鍺。二硫化鍺能很好地溶於水、苛性鈉溶液及鹼金屬硫化物溶液中。但是，它不溶於酸性溶液，溫克勒就是憑藉這項性質才發現了鍺。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。
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。鍺的所有四鹵化物都容易水解，生成帶結晶水的二氧化鍺。四氯化鍺用於製備有機鍺化合物。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Ge₂Cl₆及GeₙCl₂ₙ₊₂。還有一種奇特的化合物Ge₆Cl₁₆，其中含有類似新戊烷結構的Ge₅Cl₁₂。
甲鍺烷（GeH₄）是一種結構與甲烷相近的化合物。多鍺烷（即與烷烴相似的鍺化合物）的化學式為GeₙH₂ₙ₊₂，現時仍沒有發現n大於五的多鍺烷。相對於矽烷，鍺烷的揮發性和活性都較低。GeH₄在液態氨中與鹼金屬反應後，會產生白色的MGeH₃晶體，當中含有GeH₃⁻陰離子。含一、二、三個鹵素原子的氫鹵化鍺，皆為無色的活性液體。
溫克勒於1887年合成出第一種有機鍺化合物（organogermanium compound）；四氯化鍺與二乙基鋅反應生成四乙基鍺（Ge(C₂H₅)₄）。R₄Ge型（其中R為烴基）的有機鍺烷，如四甲基鍺（Ge(CH₃)₄）及四乙基鍺，是由最便宜的鍺前驅物四氯化鍺及甲基親核劑反應而成。有機鍺氫化物，如異丁基鍺烷（(CH₃)₂CHCH₂GeH₃）的危險性比較低，因此半導體工業會用液體的氫化物來取代氣體的甲鍺烷。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。

同位素

鍺共有五種天然存在的同位素：⁷⁰Ge、⁷²Ge、⁷³Ge、⁷⁴Ge和⁷⁶Ge。當中，⁷⁶Ge帶微弱的放射性，其衰變模式為雙β衰變，半衰期為1.58 × 10²¹年。⁷⁴Ge是最常見的同位素，豐度約為36%。⁷⁶Ge的自然豐度是最低的，約為7%。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。因此，它與氡組合後可用作核電池。
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），而⁸⁴Ge至⁸⁷Ge則有可能進行β⁻遲延中子發射。

自然豐度

鍺是由恆星核合成所創造的，主要是透過漸近巨星分支上恆星內的S-過程。S-過程是一種慢中子捕獲過程，發生於脈衝紅巨星中的輕元素。在木星的大氣層中能探測到鍺，在一些遙遠的行星中也能探測到鍺。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。
德國礦物學家威特·戈斯密（Victor Goldschmidt）在測量鍺礦床時，發現了一種奇特的濃縮過程，它使得一些煤礦層能擁有高含鍺量。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%。內蒙古錫林浩特市附近的煤礦層含鍺量估計達1600公噸。

應用

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%。餘下的5%為其他應用，如磷光體（phosphor）、冶金及化學治療。

光學

二氧化鍺最值得注意的物理特性，就是它的高折射率，和低色散。因此特別適用於廣角鏡、顯微鏡和光纖核心。它更取代了二氧化鈦，成為了二氧化矽光纖核心的摻雜物，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%。鍺銻碲（GeSbTe）是一種相變合金，以其光學特性著稱，應用例子包括可重寫光碟。
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。這樣的鏡頭還能用於顯微鏡光譜儀，及其他需要極敏感紅外線探測的光學儀器。鍺這種材料有著非常高的折射率（4.0），因此需要抗反射塗層。特別是類金剛石碳的抗反射塗層，這是一種特別堅硬的特殊塗層，其折射率為2.0，與鍺相若，而且會產生一層如鑽石堅硬的表面，足以面對戶外的各種嚴苛環境。

電子工業

電晶體主要由鍺和矽兩種高純度半導體製作，而鍺電晶體（簡稱鍺管）曾是電晶體時代早期（於40年代末開始）最重要的半導體產品，因為當時製作高純矽和製造矽管的製程都不夠成熟。鍺電晶體相比矽管，有B-E結壓降低（鍺管約0.2V，而矽管為0.6V左右)的優勢，但是熱穩定性較差，且響應速度的極限明顯不如矽管。鍺管的大規模應用大概持續到1970年左右，此後從已開發國家開始逐漸淘汰，到1980年，幾乎在全世界範圍完全被矽管取代而退出電子工業。然而，一些音響發燒友認為鍺管具有獨特的音色，相對於矽管的「冷硬」，鍺管溫暖醇厚的聲音特性被一些玩家稱為『低壓電子管』因此一些生產於60年代的電聲設備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電晶體，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。
近年來電子材料界又燃起了對鍺材料的興趣，不過已不局限於純鍺晶體。鍺化矽合金（一般稱為「矽鍺」）正急速地成為一種重要的半導體材料，用於高速積體電路。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，鍺化矽正開始取代砷化鎵。有著高速特性的SiGe晶片，可以用矽晶片工業傳統的生產技巧，並以低廉的成本生產。
最近能源成本的上漲，使得太陽能板的經濟有所提高，而這也是鍺的一大潛在應用。鍺是太空用高效多結光伏電池的晶圓基板。因為鍺的晶格常數（lattice constant）與砷化鎵相近，所以可以用鍺基板來製造砷化鎵太陽能電池。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矽。其他電子應用還包括螢光燈的磷光體（phosphor），及鍺基固態發光二極體。

其他應用

在生產聚對苯二甲酸乙二酯的過程中，二氧化鍺還可以用於催化聚合作用。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。然而，美國不把鍺用作聚合催化劑。由於二氧化矽與二氧化鍺相近，所以氣相色譜柱中的固定相二氧化矽，可用二氧化鍺來取代。
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%。
高純度鍺單晶探測器，能準確地探測出輻射的來源，因此可用於機場保安系統。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，鍺的反射性比矽優勝。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著相當的毒性。就因為這項特性，所以這些鍺化合物可用作化學治療劑。

膳食補充劑，藥物開發，及健康危害

早在1922年，美國的醫生曾運用無機鍺來治療貧血。無機鍺還被用於其他治療，但療效存疑。它對癌症的療效已經被討論過，還沒有可靠證據可證實鍺對癌症的預防或治療有效。美國食品藥品監督管理局的研究結論為，當鍺被用作膳食補充劑時「有可能危害人體健康」。
一般認為鍺對動植物的健康並不重要。然而它的一些化合物能危害人體健康。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。由於鍺在礦石與碳質（carbonaceous）材料中是一種稀有元素，加上在商業應用中使用的量也不算多，所以它對自然並沒有甚麼影響。