Теллур: свойства, история и применение¶

Теллур (химический символ — Te, от лат. tellurium) — химический элемент 16-й группы (по старой классификации — главной подгруппы шестой группы) пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 52. Относится к семейству халькогенов (вместе с кислородом, серой, селеном и полонием). Простое вещество теллур представляет собой хрупкий, серебристо-белый кристаллический металлоид, обладающий полупроводниковыми свойствами. Название элемента происходит от латинского слова tellus, означающего «Земля».

¶История открытия

Теллур был открыт в 1782 году австрийским горным инспектором Францем Йозефом Мюллером (впоследствии фон Рейхенштейн) в золотоносных рудах Трансильвании (территория современной Румынии). Мюллер выделил из руды новый металл, который, однако, первоначально принял за сурьму. В 1798 году немецкий химик Мартин Генрих Клапрот повторно исследовал образец, подтвердил открытие нового элемента и дал ему название «теллур». Клапрот также установил, что новый элемент отличается от сурьмы и висмута. Промышленное значение теллур приобрёл лишь в XX веке с развитием полупроводниковой техники и металлургии.

¶Нахождение в природе

Теллур относится к числу редких и рассеянных элементов. Его содержание в земной коре оценивается примерно в 1×10⁻⁶ % по массе. Собственных минералов теллура известно около сотни, однако они встречаются крайне редко и не образуют крупных промышленных месторождений. Основные минералы: теллуриды — алтаит (PbTe), гессит (Ag₂Te), калаверит (AuTe₂), петцит (Ag₃AuTe₂), а также самородный теллур и оксиды (теллурит, TeO₂). Промышленное значение имеют комплексные золото-теллуридные и медно-порфировые месторождения. Основная масса теллура извлекается попутно из шламов электролитического рафинирования меди, а также из отходов переработки свинцово-цинковых и золотых руд. Крупнейшими производителями теллура являются Китай, Россия, США, Канада и Япония.

¶Физические и химические свойства

¶Физические свойства

Теллур — хрупкий металлоид серебристо-белого цвета с металлическим блеском. Существует в нескольких кристаллических модификациях; наиболее устойчивой является гексагональная (цепочная) модификация, по структуре аналогичная серому селену. Плотность теллура составляет около 6,24 г/см³. Температура плавления — 449,5 °C, температура кипения — 988 °C. Теллур является узкозонным полупроводником с шириной запрещённой зоны около 0,34 эВ. При освещении его электропроводность возрастает (фотопроводимость). В расплавленном состоянии теллур проявляет свойства жидкого металла.

¶Химические свойства

По химическим свойствам теллур является аналогом серы и селена, но проявляет более выраженные металлические свойства. В соединениях он проявляет степени окисления −2, +2, +4 и +6. При комнатной температуре теллур устойчив на воздухе, при нагревании сгорает с образованием диоксида теллура (TeO₂). С галогенами реагирует с образованием галогенидов. Взаимодействует с концентрированной серной и азотной кислотами, а также с растворами щелочей при нагревании. С водородом теллур непосредственно не реагирует; теллуроводород (H₂Te) получают косвенными методами. Важное свойство — способность образовывать теллуриды — соединения с металлами, аналогичные сульфидам.

¶Изотопы

В природе теллур встречается в виде восьми стабильных изотопов с массовыми числами 120, 122–126, 128 и 130. Наиболее распространены изотопы теллур-128 (около 31,7 %) и теллур-130 (около 33,8 %). Оба этих изотопа являются радиоактивными с чрезвычайно большим периодом полураспада (двойной бета-распад), превышающим 10²⁴ лет, что позволяет считать их практически стабильными. Искусственно получены радиоактивные изотопы теллура с массовыми числами от 105 до 142, используемые в научных исследованиях и медицине.

¶Получение

Основным источником теллура служат анодные шламы, образующиеся при электролитическом рафинировании меди. Шламы подвергают окислительному обжигу, при котором теллур переходит в диоксид теллура, улавливаемый из газовой фазы. Далее диоксид растворяют в щелочи с получением теллуритов, либо переводят в растворимые теллуриды. Металлический теллур выделяют электролизом щелочных растворов или восстановлением диоксида углеродом или сернистым газом. Для получения теллура высокой чистоты (до 99,9999 %) применяют методы зонной плавки и дистилляции.

¶Применение

Основная область применения теллура — металлургия. Добавки теллура к свинцу и меди улучшают их обрабатываемость резанием, повышают прочность и коррозионную стойкость. Теллур используется как легирующая добавка к нержавеющим сталям. В полупроводниковой промышленности теллур применяется для создания термоэлектрических материалов на основе теллурида висмута (Bi₂Te₃), используемых в термоэлектрических генераторах и охладителях. Кадмий-теллурид (CdTe) используется для производства тонкоплёночных солнечных батарей. Соединения теллура применяются в производстве инфракрасной оптики (теллурид кадмия-ртути), в качестве вулканизирующих агентов в резиновой промышленности, в производстве стекла и керамики для придания им цветовых оттенков. Органические соединения теллура используются как катализаторы в органическом синтезе.

¶Биологическая роль и токсичность

Теллур не является эссенциальным (жизненно необходимым) элементом для человека и животных. В малых концентрациях он может накапливаться в растениях, растущих на почвах с повышенным содержанием элемента. Соединения теллура токсичны. При попадании в организм даже небольших количеств теллура (например, в виде теллуроводорода или растворимых теллуритов) у человека появляется характерный неприятный запах чеснока изо рта, обусловленный образованием диметилтеллурида. Острые отравления теллуром поражают нервную систему, желудочно-кишечный тракт и органы дыхания. Предельно допустимая концентрация теллура в воздухе рабочей зоны составляет 0,01 мг/м³.

¶Интересные факты

• Несмотря на название, теллур был открыт в рудах золота, а не земли, и долгое время считался разновидностью сурьмы.
• Теллур — один из немногих элементов, способных образовывать соединения с золотом (теллуриды золота), что используется при извлечении золота из некоторых руд.
• В природе теллур часто сопровождает селен, однако их разделение представляет собой сложную технологическую задачу.
• Теллур придаёт некоторым сортам стекла голубовато-коричневый оттенок и используется в оптическом стекловарении.