Теллур- формы, свойства, особенности, область применения

Теллур

Элемент периодической системы Теллу́р (лат. Tellurium от латинского tellus — Земля), Te (читается «теллур») — химический элемент с атомным номером 52, атомная масса 127, 60. Природный теллур состоит из восьми стабильных изотопов: 120Te (содержание 0, 089% по массе), 122Te (2, 46%), 123Te (2, 46%), 124Te (4, 74%), 125Te (7, 03%), 126Te (18, 72%), 128Te (31, 75%) и 130Te (34, 27%). Радиус атома 0, 17 нм. Радиусы ионов: Te2– — 0, 207 нм (координационное число 6), Te4+ — 0, 066 нм (3), 0, 08 нм (4), 0, 111 нм (6), Te6+— 0, 057 (4) и 0, 070 нм (6). Энергии последовательной ионизации: 9, 009, 18, 6, 28, 0, 37, 42 и 58, 8 эВ. Расположен в VIA группе, в 5 периоде периодической системы элементов. Халькоген , неметалл. Конфигурация внешнего электронного слоя 5s2p4. Степени окисления: –2, +2, +4, +6 (валентности II, IV и VI). Электроотрицательность по Полингу 2, 10. Теллур — хрупкое серебристо-белое вещество с металлическим блеском.

История

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

Происхождение названия

От латинского tellus, родительный падеж telluris, Земля.

Электронное строение атома теллура

Атом теллура состоит из положительно заряженного ядра (+52), внутри которого есть 52 протона и 76 нейтронов, а вокруг, по пяти орбитам движутся 52 электрона.

Рис.1. Схематическое строение атома теллура.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

+52Te)2)8)18)18)6;

1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p4.

Внешний энергетический уровень атома теллура содержит 6 электронов, которые являются валентными. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Валентные электроны атома теллура можно охарактеризовать набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l (орбитальное), ml (магнитное) и s (спиновое):

Степень окисления теллура

Атомы теллура в соединениях имеют степени окисления 6, 5, 4, 2, 1, -2.

Степень окисления — это условный заряд атома в соединении: связь в молекуле между атомами основана на разделении электронов, таким образом, если у атома виртуально увеличивается заряд, то степень окисления отрицательная (электроны несут отрицательный заряд), если заряд уменьшается, то степень окисления положительная.

Ионы теллура

6+Te 5+Te 4+Te 2+Te 1+Te 2-Te Te 0

Нахождение в природе

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

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.

Депозиты

Кларк составляет 0,002  г / т . Если он является источником естественного простого тела, он особенно связан с халькофильными элементами, в частности, Au, Ag, Fe, Hg, Se, As, Sb.

Простой корпус с металлическим внешним видом.

Теллур характеризуются большим минералогическим разнообразием  : 158 известных минералы теллура, который является исключительным для элемента , как мало в изобилии в земной коре . Ионы (поли) теллурита или теллураты, стабильные в очень щелочной среде, однако очень редки в природе.

Специфических минералов теллура очень мало . Теллуритно ТеО 2, ранее называемый теллурином, является редким минералом.

Теллур также часто встречается в сочетании с золотом Au, свинцом Pb, висмутом Bi, сурьмой Sb  и т. Д.

Самое глубокое известное месторождение теллура находится на глубине 2 690 метров под землей в Канадском щите . Это связано с блоком 123A и добычи полезных ископаемых должны были начаться в 2012 году. Подтверждение получено после открытия теллура на глубине 2990 метров в ядре алмазного сверла BQ- го калибра.. Его качество как крупнейшего месторождения теллура, кажется, проявляется в присутствии тех же теллуров на глубине 2590 метров.

Подсказка ниже уровня 311 ( глубина 3110  м ) показывает возможные углеродистые теллуриды. При сильном давлении там могли быть найдены необработанные алмазы, даже если они обычно находятся на глубине 120-150 км. Он попадает в матрицу порфиробласта . Это будет первое в мире месторождение золота и алмазов.

Физические свойства

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).

Изотопы

Известны 38 нуклидов и 18 ядерных изомеров теллура с атомными 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. 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 лет, что примерно в 160 триллионов раз больше оценочного возраста Вселенной.

Химические свойства

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

С кислородом образует соединения TeO, TeO 2 , TeO 3 . В виде порошка окисляется на воздухе даже при комнатной температуре, образуя оксид TeO 2 . При нагреве на воздухе сгорает, образуя TeO 2 — 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

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 концентрированной серной кислотой образует сульфит. Образует слабые кислоты: теллурводородную (H 2 Te), теллуристую (H 2 TeO 3 ) и теллуровую (H 6 TeO 6 ), большинство солей которых плохо растворимы в воде

Технология получения

Теллур как элемент получают при переработке руд. Его извлекают из золотого, медного, свинцового, цинкового «полуфабриката».

Исходник для производства вещества – шламы электролиза (0,51 – 1,99% теллура).

Процесс стандартный:

1. Шламы обжигают.
2. Остаток с теллуром обрабатывают соляной кислотой.
3. Смесь окутывают сернистым газом.
4. Добавляют серную кислоту, чтобы отделить теллур от селена.
5. Диоксид теллура выпадает осадком.
6. Из него вещество восстанавливают углем.

Особо чистый материал – результат хлорирования, дистилляции, гидролиза.

Теллур, его свойства и особенности

Теллур – неметалл, который обладает металлическим блеском. Цвет его серебристо-белый. Этот элемент является очень редким и рассеянным. Его открыл горный инспектор Франц Йозеф Мюллер в1782 году. Извлекают теллур из полиметаллической руды. Содержится данное вещество в виду соединений в гидротермальных месторождениях золота и другие цветных металлов.

Таллий – хрупкий материал, который в процессе нагрева приобретает пластические свойства. Значение плотности данного неметалла – 6,25 г/см3. Теллий начинает плавиться при достижении температуры значения 450 °C, а кипеть при 990 °С. Материал обладает свойствами диамагнетика и при 18 °С значение удельной магнитной восприимчивости составляет -0,31•10-6.

Теллур является полупроводником р-типа, когда условия окружающей среды нормальные или же при нагреве материала до кипения. Когда неметалл охлаждать, при переходе около -100 °С он изменяет свое свойства и обретает проводимость n-типа. Запрещенная зона по ширине составляет 0,34 эв. Температура перехода снижается в зависимости от чистоты вещества.

Таллий используется как легирующая добавка при производстве свинца. Она способствует улучшению прочности и химической стойкости. Свинцово-теллуровый сплав используют в кабельном и химическом производстве. Легируют теллуром, также, медь и сталь. Это позволяет улучшить их механическую обработку.

Теллур применяют и в стекольном производстве. Стекло, благодаря такой примеси, обретает коричневый окрас, и коэффициент лучепреломления его увеличивается. В промышленности по производству резины теллур применяется для проведения процесса по вулканизации каучука.

Значительному спросу на теллур способствуют его полупроводниковые свойства. Он считается, как типичным, так и технологичным полупроводником. Это вещество используется в микроэлектронике. Из него получают тонкую пленку, которая способна плавится при более низких температурах, по сравнению с множеством металлов.

В чистом виде теллур, в виде полупроводника, применяется редко из-за его ограниченного запаса в недрах Земли. В большинстве случаев его используют при изготовлении транзисторов и приборов, которые предназначены для измерения интенсивности гамма-излучений.

Чаще всего в промышленности используется не чистый неметалл, а его соединения с металлами, которые называют теллуридами. С их применением производят важные части термоэлектрогенераторов.

Годовое производство

По оценкам, мировое производство составляет от 250 до 1000 тонн в год, в основном извлекаемых, наряду с селеном, из остатков свинца и меди .

В 1990-е годы производство теллура контролировалось четырьмя основными странами: США, Канадой, Японией и Перу. Годовое производство, связанное с производством селена, оценивается примерно в 1 000 тонн при стоимости 1 200  FF / т .

Инженеры- химики вслед за Элиасом Антоном Каппеленом Смитом извлекли его из анодного шлама очищенных медных руд.

Применение теллура

Этот металл применяется при изготовлении множества различных сплавов  (медных, свинцовых, железных), поэтому отрасль металлургии является его основным потребителем. Теллур делает нержавеющую сталь и медь более обрабатываемыми. Также добавление этого элемента в ковкий чугун, придаёт ему положительные свойства серого чугуна.

Улучшаются его литейные качества и обрабатываемость. Он способен заметно улучшить физические свойства свинца, уменьшая отрицательную коррозию от серной кислоты, во время его обработки.

Теллур широко распространён в полупроводниковых устройствах и электронике. В частности, он используется для производства солнечных батарей. Применение теллура открывает широкие перспективы в применении этих передовых технологий. Процент производства подобного оборудования значительно возрос за последние годы. Это привело к заметному росту товарооборота теллура на мировом рынке.

Металл применяется, в том числе в космических технологических разработках, в частности, это сплавы с добавлениями теллура, обладающие уникальными свойствами. Используются они в технологиях обнаружения излучения оставляемых космическими аппаратами.

По этой причине дорогостоящий сплав, в значительной мере востребован в военной промышленности, для слежения за противником в космическом пространстве. Помимо этого смесь селен – теллур входит в состав порошка задержки в капсюлях-детонаторах для взрывных устройств, выпускаемых военными заводами.

Различные соединения теллура используются при производстве соединений полупроводникового характера с многослойной структурой. Многие соединения, включающие в себя теллур, обладают поразительной сверхпроводимостью.

Работает теллур и на благо обывательских нужд. В частности, как подокись металл применяется при производстве компакт-дисков, для создания перезаписываемого тончайшего слоя на них. Также он присутствует в некоторых микросхемах, к примеру, производимых компанией Intel. Теллурид свинца  и висмута включён в состав многих термоэлектрических устройств и инфракрасных датчиков.

При окраске керамических изделий также используют этот металл. При изготовлении стекловолокна для информационных коммуникаций (телевидения, интернета и т.д.), участие теллура в  производстве кабеля, основывается, на положительном свойстве теллуридов и селенидов увеличивать оптическое преломление при добавлении в стекло.

Вулканизация резины, также подразумевает использование близких металлу веществ – селена или серы, которые могут быть заменены по возможности теллуром. Резина с его добавлением будет демонстрировать гораздо более лучшие качества. Теллур нашёл свою нишу и в медицине – его используют при диагностике дифтерии.

Коварное свойство полуметалла

Узнать о том, что перед вами теллур можно, подержав несколько секунд этот полуметалл в руках. Мельчайшие его частицы легко связываются с молекулами кожного жира, и легко проникают внутрь организма. Это не является смертельной угрозой для человека.

Но, люди знакомые с этим элементом стараются всячески избегать его попадания на кожу. Дело в том, что в организме он метеболизируется до метадетилтаурида. В результате этих процессов у человека появляется очень неприятный чесночный запах изо рта, при том, что чеснока в пищу, он не употреблял. Запах может сохраняться до нескольких недель.

Какими еще свойствами обладает теллур

Элемент Th может существовать в двух формах: кристаллической и аморфной (выглядит, как черный порошок).

Кристаллическая форма имеет температуру плавления 450˚С. Очень слабо реагирует элемент с концентрированной серной кислотой. Аморфная форма быстрее вступает в реакцию с кислотами.

Многие соединения теллура токсичны для человека.

Кроме кислот вещество может реагировать с некоторыми металлами. Например, с натрием в процессе нагревания. В результате реакции получается теллурид натрия. Это вещество используется в процессах органического синтеза.

Продукт, получаемый при взаимодействии с кадмием, называется теллурид кадмия. Он используется для создания тонкопленочных солнечных панелей нового типа.

Соединения германия и теллура используется для создания устройств оперативной памяти, обладающих высокой скоростью.

Цена теллура

По потреблению этого редкоземельного металла в мире, Китай стоит на первом месте, Россия на втором, а США на третьем. Общее потребление равняется 400 тоннам металла в год. На продажу теллур обычно идёт в виде порошка, прутков или слитков .

За счёт малых объёмов добычи, в связи с его сравнительно небольшим содержанием в породах, цена на теллур довольна высокая. Приблизительно, если не принимать во внимание постоянные скачки цен на теллур, купить его на мировом рынке можно за 200-300 $ за один килограмм металла. Цена также зависит от степени очистки металла от нежелательных примесей.

Но, несмотря на труднодоступность этого уникального элемента, на него всегда имеется немалый спрос, имеющий постоянные тенденции роста. С каждый годом ширится спектр областей, требующих применения теллура и его соединений.

Проследить за тенденцией роста цен на теллур несложно, сравнив цены в начале 2000 года, когда она равнялась 30$ за 1 кг, и десять лет спустя, когда она дошла до 350$. И несмотря на то, что через год она всё-же упала, имеется серьёзная тенденция роста цен, в связи с падением объёмов производства теллура.

Дело в том, что рынок теллура напрямую зависит от объёма производства меди , так как теллур является одним из побочных продуктов при её извлечении. На данный момент рынок меди значительно уменьшил свой товарооборот, к тому появились новые технологии её производства, особенности которых значительно повлияют на объём дополнительно получаемого теллура.

Это непременно скажется на его поставках, и естественно расценках. По предположительным данным новый скачок цен ожидается уже через пару лет. Несмотря на то, что у теллура в промышленности имеются определённые аналоги, они не обладают столь ценными свойствами.

Подобная ситуация на мировом рынке, отнюдь не на руку многим производителям, в производстве которых задействован теллур. В частности это производители солнечных батарей, чья продукция в последние годы набирает всё большую популярность.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Ваша оценка?

Петр Иваныч

Возможно этот человек ответит на ваши вопросы

Задать вопрос