Теллур (original) (raw)

Теллур
← Сурьма | Иод →
52 Se↑Te↓Po Периодическая система элементовПериодическая система элементов52Te
Внешний вид простого вещества
Образец теллура
Свойства атома
Название, символ, номер Теллу́р / Tellurium (Te), 52
Группа, период, блок 16 (устар. 6), 5, p-элемент
Атомная масса (молярная масса) 127,60(3)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Kr] 4d105s25p4
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 −2[3], +2, +4, +6
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 К (449,51 °С)
Температура кипения 1263 К (988 °С)
Мол. теплота плавления 17,91 кДж/моль
Мол. 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)
Номер CAS 13494-80-9

Теллу́р (химический символ — Te, от лат. Tellurium) — химический элемент 16-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы шестой группы, VIA), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 52.

Простое вещество теллур — хрупкий, малотоксичный редкий полуметалл (иногда его также относят к неметаллам) серебристо-белого цвета. Теллур является электронным аналогом кислорода, cелена и серы, а также полония. Относится к халькогенам. По химическим свойствам схож с селеном. Теллур гораздо более распространён во Вселенной в целом, чем на Земле. Его чрезвычайная редкость в земной коре, сравнимая с редкостью платины, отчасти объясняется образованием летучего гидрида, из-за которого теллур улетучился в космос в виде газа во время горячей фазы формирования Земли.

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.

От латинского tellus, род. падеж telluris — «Земля» (название предложил Мартин Клапрот)[6][7].

Содержание в земной коре 1⋅10−6% по массе[8]. Среди всех неметаллов, имеющих стабильные изотопы, является самым редким в земной коре (более редкий неметалл, к тому же ещё и являющийся самым редким элементом в земной коре — астат, ввиду крайне малого периода полураспада имеющихся в природе изотопов, входящих в ряды урана-238 и урана-235). 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.

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

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.

Теллур — хрупкое серебристо-белое вещество с металлическим блеском. В тонких слоях на просвет красно-коричневый, в парах — золотисто-жёлтый. При нагревании приобретает пластичность. Кристаллическая решётка — гексагональная. Коэффициент теплового расширения — 1,68·10−5 K−1. Диамагнетик. Полупроводник с шириной запрещённой зоны 0,34 эВ, тип проводимости — p в нормальных условиях и при повышенной температуре, n — при пониженной температуре (граница перехода от −80 °C до −100 °C в зависимости от чистоты)[9].

Известны 38 нуклидов и 18 ядерных изомеров теллура с массовыми числами от 105 до 142[10]. 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[10][11]. 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[12] лет, что примерно в 160 триллионов раз больше оценочного возраста Вселенной.

В химических соединениях теллур проявляет степени окисления −2; +2; +4; +6. Является аналогом серы и селена, но химически менее активен, чем сера. 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[9].

С кислородом образует соединения TeO, TeO2, TeO3. В виде порошка окисляется на воздухе даже при комнатной температуре, образуя оксид TeO2. При нагреве на воздухе сгорает, образуя TeO2 — прочное соединение, обладающее меньшей летучестью, чем сам теллур. Это свойство используется для очистки теллура от оксидов, которые восстанавливают проточным водородом при температуре 500—600 °C. Диоксид теллура плохо растворим в воде, хорошо — в кислых и щелочных растворах[9].

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

Теллур образует соединение с водородом при нагревании, легко реагирует с галогенами, взаимодействует с серой, фосфором и металлами. При взаимодействии с разбавленной серной кислотой образует сульфит. Образует слабые кислоты: теллурводородную (H2Te), теллуристую (H2TeO3) и теллуровую (H6TeO6), большинство солей которых плохо растворимы в воде[9].

Растворяется в концентрированной серной кислоте с образованием декаоксотрисульфата(VI) тетрателлура, оксида серы(IV) и воды:

4 Te + 4 H 2 SO 4 ⟶ Te 4 S 3 O 10 + SO 2 ↑ + 4 H 2 O {\displaystyle {\ce {4Te{}+4H2SO4->Te4S3O10{}+SO2\uparrow {}+4H2O}}} {\displaystyle {\ce {4Te{}+4H2SO4->Te4S3O10{}+SO2\uparrow {}+4H2O}}}

Основной источник — шламы электролитического рафинирования меди и свинца. Шламы подвергают обжигу, теллур остаётся 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 остаётся в растворе.

Из оксида ТеО2 теллур восстанавливают углём.

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

6 Te + 2 Al + 8 NaOH ⟶ 3 Na 2 Te 2 + 2 Na [ Al ( OH ) 4 ] {\displaystyle {\ce {6 Te + 2 Al + 8 NaOH -> 3 Na2Te2 + 2 Na[Al(OH)4]}}} {\displaystyle {\ce {6 Te + 2 Al + 8 NaOH -> 3 Na2Te2 + 2 Na[Al(OH)4]}}}

Для осаждения теллура через раствор пропускают воздух или кислород:

2 Na 2 Te 2 + 2 H 2 O + O 2 ⟶ 4 Te + 4 NaOH {\displaystyle {\ce {2 Na2Te2 + 2 H2O + O2 -> 4 Te + 4 NaOH}}} {\displaystyle {\ce {2 Na2Te2 + 2 H2O + O2 -> 4 Te + 4 NaOH}}}

Для получения теллура особой чистоты его хлорируют:

Te + 2 Cl 2 ⟶ TeCl 4 {\displaystyle {\ce {Te + 2 Cl2 -> TeCl4}}} {\displaystyle {\ce {Te + 2 Cl2 -> TeCl4}}}

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

TeCl 4 + 2 H 2 O ⟶ TeO 2 + 4 HCl , {\displaystyle {\ce {TeCl4 + 2 H2O -> TeO2 + 4 HCl,}}} {\displaystyle {\ce {TeCl4 + 2 H2O -> TeO2 + 4 HCl,}}}

а образовавшийся ТеО2 восстанавливают водородом:

TeO 2 + 2 H 2 ⟶ Te + 2 H 2 O {\displaystyle {\ce {TeO2 + 2 H2 -> Te + 2 H2O}}} {\displaystyle {\ce {TeO2 + 2 H2 -> Te + 2 H2O}}}

Возможно, этот раздел содержит оригинальное исследование. Проверьте соответствие информации приведённым источникам и удалите или исправьте информацию, являющуюся оригинальным исследованием. В случае необходимости подтвердите информацию авторитетными источниками. В противном случае этот раздел может быть удалён. (8 июня 2014)

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

Теллур используется в фундаментальных исследованиях физики элементарных частиц для изучения двойного β-распада при определении массы нейтрино[_источник не указан 380 дней_].

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. Также 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.

В составе сплава CZT (теллурид кадмия-цинка, CdZnTe) применяется в производстве детекторов рентгеновского и гамма- излучений, которые работают при комнатной температуре.

Монокристалл теллурида висмута

Теллур используется в производстве полупроводниковых материалов и, в частности, теллуридов свинца, висмута, сурьмы, цезия. Рассматривается 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[_источник не указан 1434 дня_].

Так, например, недавно[_когда?_] 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 кипения 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[_источник не указан 1434 дня_].

Сплавы КРТ (кадмий-ртуть-теллур) одни из наиболее часто используемых материалов для производства фотоприемных устройств (фотонных охлаждаемых) в тепловидении. КРТ является одним из наиболее дорогих материалов в современной электронной промышленности[_источник не указан 1378 дней_].

В ряде систем, имеющих в своем составе теллур, обнаружено существование фаз, сверхпроводимость в которых не исчезает при температуре несколько выше температуры кипения жидкого азота[_источник не указан 1378 дней_].

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

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), применяются в конструировании специальной химической аппаратуры (реакторов).

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

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

Микроколичества теллура всегда содержатся в живых организмах, его биологическая роль не выяснена[_источник не указан 3814 дней_].

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[13].

В целом соединения теллура менее токсичны, чем соединения селена[_источник не указан 3814 дней_].

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[14][15][16].

  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. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047—1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02. Архивировано 5 февраля 2014 года.
  2. ↑ Tellurium: electronegativities (англ.). WebElements. Дата обращения: 5 августа 2010. Архивировано 30 июля 2010 года.
  3. ↑ Leddicotte, G. W. (1961), The radiochemistry of tellurium (PDF), Nuclear science series, Subcommittee on Radiochemistry, National Academy of Sciences-National Research Council, p. 5, Архивировано из оригинала (PDF) 6 ноября 2021, Дата обращения: 10 октября 2010
  4. ↑ Химическая энциклопедия: в 5 т / Редкол.: Зефиров Н. С. (гл. ред.). — Москва: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — С. 514. — 639 с. — 20 000 экз. — ISBN 5—85270—039—8.
  5. ↑ Tellurium — 52Te: crystal structures (неопр.). WebElements. Дата обращения: 10 августа 2010. Архивировано 27 июля 2010 года.
  6. ↑ Илья Леенсон. Язык химии. Этимология химических названий. — Litres, 2017-09-05. — 433 с. — ISBN 9785040301225. Архивировано 22 декабря 2017 года.
  7. ↑ Николай Александрович Фигуровский. Открытие химических элементов и происхождение их названий. — Наука, 1970. — 218 с. Архивировано 22 декабря 2017 года.
  8. ↑ Глинка Н. Л. Общая химия. — М.: «Химия», 1977, переработанное. — С. 395. — 720 с.
  9. ↑ 1 2 3 4 Теллур — статья из Большой советской энциклопедии.
  10. ↑ 1 2 Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.Открытый доступ
  11. ↑ 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.
  12. ↑ 2,2 квадриллиона лет — по длинной шкале.
  13. ↑ Harrison, W.; Bradberry, S.; Vale, J. Tellurium (неопр.). International Programme on Chemical Safety (28 января 1998). Дата обращения: 12 января 2007. Архивировано 4 августа 2012 года.
  14. ↑ Wright, PL; B. Comparative metabolism of selenium and tellurium in sheep and swine (англ.) // AJP – Legacy : journal. — 1966. — Vol. 211, no. 1. — P. 6—10. — PMID 5911055.
  15. ↑ Müller, R.; Zschiesche, W.; Steffen, H. M.; Schaller, K. H. Tellurium-intoxication (англ.) // Klinische Wochenschrift[англ.] : journal. — 1989. — Vol. 67, no. 22. — P. 1152—1155. — doi:10.1007/BF01726117. — PMID 2586020.
  16. ↑ Taylor, Andrew. Biochemistry of tellurium (англ.) // Biological Trace Element Research[англ.]. — Springer, 1996. — Vol. 55, no. 3. — P. 231—239. — doi:10.1007/BF02785282. — PMID 9096851.