Теллур

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
52 СурьмаТеллурИод
Se

Te

Po
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
52Te
Hexagonal.svg
Electron shell 052 Tellurium.svg
Внешний вид простого вещества
Tellurium crystal.jpg
Серебристый блестящий неметалл
Свойства атома
Название, символ, номер

Теллу́р / Tellurium (Te), 52

Атомная масса
(молярная масса)

127,60(3)[1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Kr] 4d10 5s2 5p4

Радиус атома

160 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

136 пм

Радиус иона

(+6e) 56 211 (−2e) пм

Электроотрицательность

2,1[2] (шкала Полинга)

Электродный потенциал

0

Степени окисления

+6, +4, +2, −2[3]

Энергия ионизации
(первый электрон)

 869,0 (9,01) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

6,24 г/см³

Температура плавления

722,7 K

Температура кипения

1263 K

Уд. теплота плавления

17,91 кДж/моль

Уд. теплота испарения

49,8 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

25,8[4] Дж/(K·моль)

Молярный объём

20,5 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

гексагональная

Параметры решётки

a=4,457 c=5,929[5]

Отношение c/a

1,330

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) 14,3 Вт/(м·К)

52
Теллур
Te
127,60
4d105s25p4

Теллу́р — химический элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы VI группы, халькогены), 5-го периода в периодической системе, имеет атомный номер 52; обозначается символом Te (лат. Tellurium), относится к семейству металлоидов.

История[править | править вики-текст]

Впервые был найден в 1782 году в золотоносных рудах Трансильвании горным инспектором Францем Йозефом Мюллером (впоследствии барон фон Райхенштейн), на территории Австро-Венгрии. В 1798 году Мартин Генрих Клапрот выделил теллур и определил важнейшие его свойства.

Происхождение названия[править | править вики-текст]

От латинского tellus, родительный падеж telluris, Земля.

Нахождение в природе[править | править вики-текст]

Содержание в земной коре 1·10−6 % по массе. Известно около 100 минералов теллура. Наиболее часты теллуриды меди, свинца, цинка, серебра и золота. Изоморфная примесь теллура наблюдается во многих сульфидах, однако изоморфизм Te — S выражен хуже, чем в ряду Se — S, и в сульфиды входит ограниченная примесь теллура. Среди минералов теллура особое значение имеют алтаит (PbTe), сильванит (AgAuTe4), калаверит (AuTe2), гессит (Ag2Te), креннерит [(Au, Ag)Te], петцит (Ag3AuTe2), мутманнит [(Ag, Au)Te], монбрейит (Au2Te3), нагиагит ([Pb5Au(Te, Sb)]4S5), тетрадимит (Bi2Te2S). Встречаются кислородные соединения теллура, например ТеО2 — теллуровая охра.

Встречается самородный теллур и вместе с селеном и серой (японская теллуристая сера содержит 0,17 % Те и 0,06 % Se).

Типы месторождений[править | править вики-текст]

Большая часть упомянутых минералов развита в низкотемпературных золото-серебряных месторождениях, где они обычно выделяются после основной массы сульфидов совместно с самородным золотом, сульфосолями серебра, свинца, а также с минералами висмута. Несмотря на развитие большого числа теллуровых минералов, главная масса теллура, извлекаемого промышленностью, входит в состав сульфидов других металлов. В частности, теллур в несколько меньшей степени, чем селен, входит в состав халькопирита медно-никелевых месторождений магматического происхождения, а также халькопирита, развитого в медноколчеданных гидротермальных месторождениях. Теллур находится также в составе пирита, халькопирита, молибденита и галенита месторождений порфировых медных руд, полиметаллических месторождений алтайского типа, галенита свинцово-цинковых месторождений, связанных со скарнами, сульфидно-кобальтовых, сурьмяно-ртутных и некоторых других. Содержание теллура в молибдените колеблется в пределах 8 — 53 г/т, в халькопирите 9 — 31 г/т, в пирите до 70 г/т.

Получение[править | править вики-текст]

Основной источник — шламы электролитического рафинирования меди и свинца. Шламы подвергают обжигу, теллур остается в огарке, который промывают соляной кислотой. Из полученного солянокислого раствора теллур выделяют, пропуская через него сернистый газ SO2.

Для разделения селена и теллура добавляют серную кислоту. При этом выпадает диоксид теллура ТеО2, а H2SeO3 остается в растворе.

Из оксида ТеО2 теллур восстанавливают углем.

Для очистки теллура от серы и селена используют его способность под действием восстановителя (Al, Zn) в щелочной среде переходить в растворимый дителлурид динатрия Na2Te2:

\mathsf{6Te + 2Al + 8NaOH \rightarrow 3Na_2Te_2 + 2Na[Al(OH)_4]}

Для осаждения теллура через раствор пропускают воздух или кислород:

\mathsf{2Na_2Te_2 + 2H_2O + O_2 \rightarrow 4Te + 4NaOH}

Для получения теллура особой чистоты его хлорируют

\mathsf{Te + 2Cl_2 \rightarrow TeCl_4}

Образующийся тетрахлорид очищают дистилляцией или ректификацией. Затем тетрахлорид гидролизуют водой:

\mathsf{TeCl_4 + 2H_2O \rightarrow TeO_2 + 4HCl}

а образовавшийся ТеО2 восстанавливают водородом:

\mathsf{TeO_2 + 2H_2 \rightarrow Te + 2H_2O}

Цены[править | править вики-текст]

Теллур — редкий элемент, и значительный спрос при малом объёме добычи определяет высокую его цену (около $200–300 за кг в зависимости от чистоты), но, несмотря на это, диапазон областей его применения постоянно расширяется.

Физические свойства[править | править вики-текст]

Теллур — хрупкое серебристо-белое вещество с металлическим блеском. В тонких слоях на просвет красно-коричневый, в парах — золотисто-жёлтый.

Химические свойства[править | править вики-текст]

Химически теллур менее активен, чем сера. Он растворяется в щелочах, поддается действию азотной и серной кислот, но в разбавленной соляной кислоте растворяется слабо. С водой металлический теллур начинает реагировать при 100 °C, а в виде порошка он окисляется на воздухе даже при комнатной температуре, образуя оксид TeO2.

При нагреве на воздухе теллур сгорает, образуя TeO2. Это прочное соединение обладает меньшей летучестью, чем сам теллур. Поэтому для очистки теллура от оксидов их восстанавливают проточным водородом при 500—600 °C.

В расплавленном состоянии теллур довольно инертен, поэтому в качестве контейнерных материалов при его плавке применяют графит и кварц.

Изотопы[править | править вики-текст]

Известны 38 нуклидов и 18 ядерных изомеров теллура с атомными числами от 105 до 142[6]. Теллур — самый лёгкий элемент, чьи известные изотопы подвержены альфа-распаду (изотопы от 106Te до 110Te). Атомная масса теллура (127,60 г/моль) превышает атомную массу следующего за ним элемента — иода (126,90 г/моль).

В природе встречается восемь изотопов теллура. Шесть из них, 120Te, 122Te, 123Te, 124Te, 125Te и 126Te — стабильны[6][7]. Остальные два — 128Te и 130Te — радиоактивны, оба они испытывают двойной бета-распад, превращаясь в изотопы ксенона 128Xe и 130Xe, соответственно. Стабильные изотопы составляют лишь 33,3 % от общего количества теллура, встречающегося в природе, что является возможным благодаря чрезвычайно долгим периодам полураспада природных радиоактивных изотопов. Они составляют от 7,9·1020 до 2,2·1024 лет. Изотоп 128Te имеет самый долгий подтверждённый период полураспада из всех радионуклидов — 2,2·1024 лет или 2,2 септиллиона[8] лет, что примерно в 160 триллионов раз больше оценочного возраста Вселенной.

Применение[править | править вики-текст]

Сплавы[править | править вики-текст]

Теллур применяется в производстве сплавов свинца с повышенной пластичностью и прочностью (применяемых, например, при производстве кабелей). При введении 0,05 % теллура потери свинца на растворение под воздействием серной кислоты снижаются в 10 раз, и это используется при производстве свинцово-кислотных аккумуляторов. Так же важно то обстоятельство, что легированный теллуром свинец при обработке пластической деформацией не разупрочняется, и это позволяет вести технологию изготовления токоотводов аккумуляторных пластин методом холодной высечки и значительно увеличить срок службы и удельные характеристики аккумулятора.

Термоэлектрические материалы[править | править вики-текст]

Монокристалл теллурида висмута

Также велика его роль в производстве полупроводниковых материалов и, в частности, теллуридов свинца, висмута, сурьмы, цезия. Очень важное значение в ближайшие годы приобретёт производство теллуридов лантаноидов, их сплавов и сплавов с селенидами металлов для производства термоэлектрогенераторов с весьма высоким (до 72—78 %) КПД, что позволит применить их в энергетике и в автомобильной промышленности.

Так, например, недавно обнаружена очень высокая термо-ЭДС в теллуриде марганца (500 мкВ/К) и в его сочетании с селенидами висмута, сурьмы и лантаноидов, что позволяет не только достичь весьма высокого КПД в термогенераторах, но и осуществить уже в одной ступени полупроводникового холодильника охлаждение вплоть до области криогенных (температурный уровень жидкого азота) температур и даже ниже. Лучшим материалом на основе теллура для производства полупроводниковых холодильников в последние годы явился сплав теллура, висмута и цезия, который позволил получить рекордное охлаждение до −237 °C. В то же время, как термоэлектрический материал, перспективен сплав теллур-селен (70 % селена), который имеет коэффициент термо-ЭДС около 1200 мкВ/К.

Узкозонные полупроводники[править | править вики-текст]

Совершенно исключительное значение также получили сплавы КРТ (кадмий-ртуть-теллур), которые обладают фантастическими характеристиками для обнаружения излучения от стартов ракет и наблюдения за противником из космоса через атмосферные окна (не имеет значение облачность). КРТ является одним из наиболее дорогих материалов в современной электронной промышленности.

Высокотемпературная сверхпроводимость[править | править вики-текст]

Ряд систем, имеющих в своем составе теллур, недавно обнаружили существование в них трёх (возможно четырёх) фаз, сверхпроводимость в которых не исчезает при температуре несколько выше температуры кипения жидкого азота.

Производство резины[править | править вики-текст]

Отдельной областью применения теллура является его использование в процессе вулканизации каучука.

Производство халькогенидных стёкол[править | править вики-текст]

Теллур используется при варке специальных марок стекла (где он применяется в виде диоксида), специальные стёкла, легированные редкоземельными металлами, применяются в качестве активных тел оптических квантовых генераторов.

Кроме того, некоторые стёкла на основе теллура являются полупроводниками, это свойство находит применение в электронике.

Специальные сорта теллурового стекла (достоинство таких стёкол — прозрачность, легкоплавкость и электропроводность), примененяются в конструировании специальной химической аппаратуры (реакторов).

Источники света[править | править вики-текст]

Ограниченное применение теллур находит для производства ламп с его парами — они имеют спектр, очень близкий к солнечному.

CD-RW[править | править вики-текст]

Сплав теллура применяется в перезаписываемых компакт-дисках (в частности, фирмы Mitsubishi Chemical Corporation марки «Verbatim») для создания деформируемого отражающего слоя.

Биологическая роль[править | править вики-текст]

Микроколичества теллура всегда содержатся в живых организмах, его биологическая роль не выяснена[источник не указан 81 день].

Физиологическое действие[править | править вики-текст]

Теллур и его летучие соединения токсичны. Попадание в организм вызывает тошноту, бронхиты, пневмонию. ПДК в воздухе колеблется для различных соединений 0,007—0,01 мг/м³, в воде 0,001—0,01 мг/л. Канцерогенность теллура не подтверждена.[9]

В целом соединения теллура менее токсичны, чем соединения селена[источник не указан 81 день].

При отравлениях теллур выводится из организма в виде отвратительно пахнущих летучих теллурорганических соединений — алкилтеллуридов, в основном диметилтеллурида (CH3)2Te. Их запах напоминает запах чеснока, поэтому при попадании в организм даже малых количеств теллура выдыхаемый человеком воздух приобретает этот запах, что является важным симптомом отравления теллуром[10][11][12].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. Tellurium: electronegativities (англ.). WebElements. Проверено 5 августа 2010.
  3. Leddicotte, G. W. (1961), «The radiochemistry of tellurium», Nuclear science series, Subcommittee on Radiochemistry, National Academy of Sciences-National Research Council, с. 5, <http://library.lanl.gov/cgi-bin/getfile?rc000049.pdf> 
  4. Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 514. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8
  5. WebElements Periodic Table of the Elements | Tellurium | crystal structures
  6. 1 2 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
  7. Изотоп теллур-123 считался радиоактивным (β-активным с периодом полураспада 6·1014 лет), однако после дополнительных измерений он был признан стабильным в пределах чувствительности эксперимента.
  8. 2,2 квадриллиона лет — по длинной шкале.
  9. Tellurium. International Programme on Chemical Safety (28 января 1998). Проверено 12 января 2007. Архивировано из первоисточника 4 августа 2012.
  10. Wright, PL (1966). «Comparative metabolism of selenium and tellurium in sheep and swine». AJP – Legacy 211 (1): 6–10. PMID 5911055.
  11. (1989) «Tellurium-intoxication». Klinische Wochenschrift 67 (22): 1152–5. DOI:10.1007/BF01726117. PMID 2586020.
  12. Taylor, Andrew (1996). «Biochemistry of tellurium». Biological Trace Element Research 55 (3): 231–239. DOI:10.1007/BF02785282. PMID 9096851.

Ссылки[править | править вики-текст]