8.11.5: Хімія телуру (Z = 52)

Last updated
Save as PDF

Page ID: 33445

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Виявлений фон Райхенштейном в 1782 році, телур є крихким металоїдом, який зустрічається відносно рідко. Він названий від латинського tellus для «земля». Телур може бути легований деякими металами для підвищення їх оброблюваності і є основним інгредієнтом у виробництві вибухових ковпачків. Елементарний телур іноді зустрічається в природі, але частіше видобувається з різних золотих руд, що містять\(AuTe_2\).

Історія

Телур був виявлений в золотій руді з шахт в Златні, поблизу нинішнього Сібіу, Трансільванія. Руда була відома як «Faczebajer weißes blättriges Golderz» (біла листова золота руда з Faczebaja) або антимоналішер Goldkies (антимонічний золотий пірит). У 1782 році під час служби австрійським головним інспектором шахт в Трансільванії Франц-Йозеф Мюллер фон Райхенштейн прийшов до висновку, що руда не містить сурми, але що в ній міститься сульфід вісмуту. Однак наступного року він повідомив, що це помилково і що руда містила в основному золото і невідомий метал, дуже схожий на сурму. Після 3-х років випробувань Мюллер визначив питому вагу мінералу і відзначив редисоподібний запах білого диму, який відходив при нагріванні нового металу. У 1789 році інший угорський вчений, Пал Кітайбель, також відкрив елемент самостійно в руді з Deutsch-Pilsen, яка вважалася аргентинським молібденітом, але пізніше він віддав заслугу Мюллера. У 1798 році його назвав Мартін Генріх Клапрот, який раніше виділив його з мінералу калаверит.

Властивості

Телур - напівметалевий, блискучий, кристалічний, крихкий, сріблясто-білий елемент. Зазвичай він доступний у вигляді темно-сірого порошку і має металеві та неметалеві властивості. Він утворює багато сполук, відповідних сірці та селену. При згорянні в повітрі телур має зеленувато-блакитне полум'я і в результаті утворює діоксид телуру. Телур не піддається впливу води або соляної кислоти, але розчиняється в азотній кислоті. Він має атомну масу 127,6 г/моль ^-1 і щільність 6,24 г-см ^-3. Температура кипіння становить 450 градусів Цельсія, а температура плавлення - 1390° C.

Джерело і достаток

Існує вісім природних ізотопів телуру, з яких три радіоактивні. Телур є одним з найрідкісніших стійких твердих елементів в земній корі. При 0,005 проміле він можна порівняти з платиною в достатку. Однак телур набагато більш багатий у ширшому Всесвіті. Телур був спочатку і найчастіше зустрічається в золотих телуридах. Однак найбільшими джерелами сучасного виробництва телуру є як побічний продукт рафінування блістерної міді. Обробка 500 тонн мідної руди призводить до 0,45 кг телуру. Телур також можна знайти в свинцевих родовищах. Інші джерела телуру, відомі як субекономічні родовища, оскільки вартість абстрагування перевищує вихід телуру, - це мідь нижчого класу та деяке вугілля.

Спочатку мідна телурова руда обробляється бікарбонатом натрію та елементарним киснем для отримання солі оксиду телуру, оксиду міді та вуглекислого газу:

\[Cu_2Te + Na_2CO_3 + 2O_2 \rightarrow 2CuO + Na_2TeO_3 + CO_2\]

Потім оксид телуру натрію обробляють сірчаною кислотою для осаду діоксиду телуру, який можна обробити водним гідроксидом натрію для зменшення до чистого телуру та газу кисню:

\[TeO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2TeO_3 + H_2O \rightarrow Te + 2NaOH + O_2\]

Промислове та комерційне використання

Телур має багато унікальних промислових та комерційних застосувань, які покращують якість продукції та якість життя. Багато з цих технологій, які використовують телур, мають важливе застосування для енергетичної промисловості, військової та медичної промисловості. Телур використовується для фарбування скла та кераміки і може покращити якість обробки металевих виробів. При додаванні до мідних сплавів телур робить сплав більш пластичним, тоді як він може запобігти корозії в свинцевих виробах. Телур є важливим компонентом інфрачервоних детекторів, що використовуються військовими, а також рентгенівських детекторів, що використовуються в різних областях, включаючи медицину, науку та безпеку. Крім того, каталізатори на основі телуру використовуються для отримання більш якісної гуми. Плівки CdTe є однією з найбільш ефективних фотоелектричних батарей, металів, які перетворюють сонячне світло безпосередньо в електричну енергію, з ефективністю 11-13% і, отже, широко використовуються в сонячних батареях. CdTe - тонкоплівковий напівпровідник, який поглинає сонячне світло

Телур може бути замінений іншими елементами в деяких його застосуваннях. Для багатьох металургійних цілей ефективними замінниками є селен, вісмут або свинець. Як селен, так і сірка можуть замінити телур у виробництві каучуку. Технології на основі телуру мають глобальний вплив. Як фотоелектричний, CdTe є другим найбільш використовуваним сонячним елементом у світі, незабаром сказав, що перевершує кристалічний кремній і стає першим. На думку американських військових, інфрачервоні детектори на основі телуру є причиною того, що військові мають таку перевагу вночі, перевага, яка, в свою чергу, впливає на глобальну та внутрішню політику.

Вплив на навколишнє середовище

Видобуток телуру, як побічний продукт переробки міді, поділяє вплив на навколишнє середовище, пов'язане з видобутком та видобутком міді. Хоча в цілому безпечний процес, видалення міді від інших домішок в руді може призвести до вилуговування різних небезпечних відкладень. Крім того, видобуток міді має тенденцію до зниження витрати та якості води, порушення ґрунтів та ерозії берегів річок, зниження якості повітря.

Обмеження ресурсів проти попиту

Щороку по всій земній кулі видобувається близько 215-220 тонн телуру. У 2006 році США виробляли 40% продукції, Перу виробляли 30%, Японія виробляла 20%, а Канада виробляла 10% світової пропозиції телуру (оскільки діаграма не може бути більшою). Лідируючими країнами по виробництву є США з 50 тонн на рік, Японія - 40 тонн на рік, Канада з 16 тонн на рік, і Перу з 7 тонн на рік (2009 рік). У чистому вигляді телур коштує 24 долари за 100 грам. Оскільки телур приблизно такий же рідкісний, як платина на землі, Міністерство енергетики Сполучених Штатів очікує дефіциту поставок до 2025 року, незважаючи на постійно вдосконалювані методи видобутку. Зі збільшенням попиту на забезпечення телуру, необхідного для сонячних панелей та інших подібних речей, пропозиція продовжуватиме знижуватися, і, таким чином, ціна буде стрімко зростати. Це призведе до хвиль у русі сталої енергетики, а також військової практики та сучасної медицини.