Tel·luri

Aquest article tracta sobre l'element químic. Si cerqueu el mineral natiu, vegeu «tel·luri natiu».

El tel·luri o tel·lur és un element químic el símbol del qual és Te el seu nombre atòmic és 52. S'ubica en el 5è període de la taula periòdica i en el grup 16 dels calcògens. Fou descobert el 1783 pel químic Franz-Joseph Müller von Reichenstein en la calaverita, un mineral d'or. És un element químic escàs a l'escorça terrestre, malgrat que és present en molts de minerals. És semiconductor i s'usa en aliatges, com a catalitzador, en la fabricació de panells solars i els seus composts en la indústria electrònica.

Tel·luri
52Te
antimoni ← tel·luri → iode Se ↑ Te ↓ Po Taula periòdica
Aspecte
Gris platejat brillant Línies espectrals del tel·luri
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Tel·luri, Te, 52
Categoria d'elements	Metal·loides
Grup, període, bloc	16, 5, p
Pes atòmic estàndard	127,60
Configuració electrònica	[Kr] 4d10 5s2 5p4 2, 8, 18, 18, 6
Propietats físiques
Fase	Sòlid
Densitat (prop de la t. a.)	6,24 g·cm−3
Densitat del líquid en el p. f.	5,70 g·cm−3
Punt de fusió	722,66 K, 449,51 °C
Punt d'ebullició	1.261 K, 988 °C
Entalpia de fusió	17,49 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	114,1 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	25,73 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K)     (775) (888) 1.042 1.266
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	6, 5, 4, 2, -2 (àcid òxid bàsic)
Electronegativitat	2,1 (escala de Pauling)
Energies d'ionització	1a: 869,3 kJ·mol−1
	2a: 1.790 kJ·mol−1
	3a: 2.698 kJ·mol−1
Radi atòmic	140 pm
Radi covalent	138±4 pm
Radi de Van der Waals	206 pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Hexagonal
Ordenació magnètica	Diamagnètic
Conductivitat tèrmica	(1,97–3,38) W·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima)	(20 °C) 2.610 m·s−1
Mòdul d'elasticitat	43 GPa
Mòdul de cisallament	16 GPa
Mòdul de compressibilitat	65 GPa
Duresa de Mohs	2,25
Duresa de Brinell	180 MPa
Nombre CAS	13494-80-9
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del tel·luri
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD 120Te 0,09% >2,2×1016a ε ε 1,701 120Sn 121Te sin 16,78 d ε 1,040 121Sb 122Te 2,55% 122Te és estable amb 70 neutrons 123Te 0,89% >1,0×1013 a ε 0,051 123Sb 124Te 4,74% 124Te és estable amb 72 neutrons 125Te 7,07% 125Te és estable amb 73 neutrons 126Te 18,84% 126Te és estable amb 74 neutrons 127Te sin 9,35 h β− 0,698 127I 128Te 31,74% 2,2×1024 a β−β− 0,867 128Xe 129Te sin 69,6 min β− 1,498 129I 130Te 34,08% 7,9×1020 a β−β− 2,528 130Xe

Història

Segell romanès en commemoració del descobriment del tel·luri per F.J. Müller.

El tel·luri fou descobert el 1783 per Franz-Joseph Müller von Reichenstein (1740-1825) a Sibiu, Romania, aleshores de l'Imperi Austrohongarès. Quedà intrigat pel mineral d'una mina d'or de Zlatna, Romania, de la seva col·lecció de minerals rars que havia anat recollint en els seus viatges. Aquest mineral, la calaverita, tenia una brillantor metàl·lica i que sospitava que era antimoni o sulfur de bismut (en realitat era ditel·lurur d'or ${\ce {AuTe2}}$). La investigació que dugué a terme demostrà que no hi havia ni antimoni ni bismut. Durant tres anys, Müller investigà el mineral i arribà a la conclusió que contenia or i un element nou. Publicà les seves troballes en una revista obscura de Viena i el descobriment passà desapercebut per a la majoria de químics.

Calaverita ${\ce {AuTe2}}$.

El 1796, Müller envià una mostra al químic alemany Martin Heinrich Klaproth (1743-1817) a Berlín, que li confirmà el descobriment. Klaproth obtingué una mostra pura i decidí anomenar-ho tel·luri, derivat de la paraula llatina tellus, –ūris ‘Terra’. Curiosament, aquesta no era la primera mostra de tel·luri que li havia passat per les mans. El 1789, un científic hongarès, Pál Kitaibel (1757-1817), li havia enviat una mostra que havia aïllat i que demostrava que l'havia descobert de forma independent.

Abundància i obtenció

Tel·lurita ${\ce {TeO2}}$.

El tel·luri és un element escàs a la Terra, ocupa la posició 72a dels 90 elements naturals ordenats per abundància. Malgrat això se'l pot trobar en molts minerals poc abundants. Els minerals que contenen més d'un 70 % de tel·luri són: tel·luri natiu 100 %, diliti 90,19 %, frohbergita 82,05 %, melonita 81,30 %, mattagamita 81,24 %, paratel·lurita 79,95 %, tel·lurita 79,95 % i walfordita 72,24 %. La producció mundial el 2019 fou d'unes 470 tones, essent els principals productors de tel·luri: la Xina 290 t, Japó 55 t, Rússia 40 t i Suècia 40 t. S'ha calculat que hi existeixen unes reserves d'unes 31 000 t. Més del 90% del tel·luri s'obté a partir de llims d'ànodes recollits de la refinació electrolítica de coure, i la resta a partir dels residus de les refineries de plom i dels gasos de combustió generats durant la fosa de bismut, coure i minerals de plom-zinc.

L'extracció del tel·luri és complexa, ja que el mètode emprat depèn de quins altres compostos o elements estiguin presents. El primer pas sol comportar una oxidació en presència de carbonat de sodi:

$${\ce {Cu2Te + Na2CO3 + 2O2 -> 2CuO + Na2TeO3 + CO2}}$$

El tel·lurit de sodi ${\ce {Na2TeO3}}$ s'acidifica amb àcid sulfúric i el tel·luri precipita com a diòxid (deixant àcid tel·lurós, ${\ce {H2TeO3}}$ en la dissolució). El tel·luri s'allibera del diòxid mitjançant una dissolució en hidròxid de sodi ${\ce {NaOH}}$ i reducció electrolítica:

$${\ce {TeO2 + 2NaOH -> Na2TeO3 + H2O -> Te + 2NaOH + O2}}$$

Propietats

Propietats físiques

Estructura d'un cristall de tel·luri amb la cadena en espiral en blau.

El tel·luri a temperatura ambient és un sòlid de densitat 6,23 g/cm³, punt de fusió 449,51 °C i punt d'ebullició 988 °C. Té propietats a mig camí entre els metalls i els no-metalls. L'element cristal·litza en forma romboèdrica. És de color blanc platejat i isomorf amb el seleni gris, és a dir, que l'estructura i les dimensions dels cristalls són molt similars. És trencadís, però no gaire dur. Els àtoms de tel·luri formen cadenes espirals al cristall amb distàncies Te—Te de 3,74 Å. És mal conductor de la calor. Presenta semiconductivitat del tipus p, i presenta conductivitat elèctrica en certes direccions en funció de l'ordenació dels àtoms. Aquesta conductivitat s'incrementa significativament quan se l'exposa a la llum.

Propietats químiques

• Estructures de cations del tel·luri
• 
  ${\ce {Te6^2+}}$
• 
  ${\ce {Te8^2+}}$

La configuració electrònica del tel·luri és [Kr]4d¹⁰5s²5p⁴ i presenta els estats d'oxidació −2, +2, +4, +6.

El tel·luri forma diferents cations essent el calcogen que en forma més. Així s'han observat els cations: ${\ce {Te4^2+}}$, ${\ce {Te4^2+}}$, ${\ce {Te6^2+}}$, ${\ce {Te6^4+}}$, ${\ce {Te8^2+}}$ i ${\ce {Te8^4+}}$, i també les espècies polimèriques $\mathrm {(Te_{4}^{2+})_{n}}$, $\mathrm {(Te_{6}^{2+})_{n}}$, $\mathrm {(Te_{7}^{2+})_{n}}$ i $\mathrm {(Te_{8}^{2+})_{n}}$.

El tel·luri no reacciona amb l'aigua i amb l'aire reacciona amb l'oxigen per donar diòxid de tel·luri segons la reacció:

$${\ce {Te(s) + 2O2(g) -> TeO2(s)}}$$

Diòxid de tel·luri ${\ce {TeO2}}$.

En condicions controlades amb cura en un tub segellat, el tel·luri reacciona amb el clor per formar diclorur de tritel·luri ${\ce {Te3Cl2}}$. Reacciona també amb el fluor per formar l'hexafluorur de tel·luri de color taronja:

$${\ce {Te8(s) + 24F2(g) -> 8TeF6(l)}}$$

Amb cura, el tel·luri reacciona amb el fluor barrejat amb gas nitrogen a 0 °C per formar el tetrafluorur de tel·luri. El tel·luri també reacciona en condicions controlades amb els altres halògens (clor, brom i iode) per formar els respectius tetrahalurs de tel·luri: $${\ce {Te8(s) + 16F2(g) -> 8TeF4(s)}}$$$${\ce {Te8(s) + 16Cl2(g) -> 8TeCl4(s)}}$$$${\ce {Te8(s) + 16Br2(g) -> 8TeBr4(s)}}$$$${\ce {Te8(s) + 16I2(g) -> 8TeI4(s)}}$$

Tel·lurur de cadmi ${\ce {CdTe}}$.

El tel·luri mostra la capacitat de combinar-se amb els metalls per formar tel·lururs, espècies químiques amb propietats semblants als sulfurs i, sovint, amb aspecte metàl·lic. Quan els metalls alcalins —liti, sodi, potassi, rubidi i cesi— es combinen amb el tel·luri, tenen una alta solubilitat en aigua, produint ions ${\ce {Te^2-}}$ i ${\ce {HTe-}}$ que es dissolen en el medi aquós. Un bon nombre de minerals que són químicament tel·lurs. Com a exemples, hi ha l'altaïta, constituïda per tel·lurur de plom(II), ${\ce {PbTe}}$; que és una important mena metàl·lica del plom; la calaverita, ditel·lurur d'or, ${\ce {AuTe2}}$, que és mena d'or; la coloradoïta, que és tel·lurur de mercuri(II), ${\ce {HgTe}}$; l'hessita, tel·lurur d'argent(I), ${\ce {Ag2Te}}$; o la petzita, ditel·lurur de triargent i or, ${\ce {Ag3AuTe2}}$. Tenen importància industrial el tel·lurur de cadmi ${\ce {CdTe}}$, el tel·lurur de cadmi i manganès ${\ce {CdMnTe}}$, el tel·lurur de cadmi i zinc ${\ce {CdZnTe}}$ i el tel·lurur de bismut ${\ce {Bi2Te3}}$.

Isòtops

Article principal: Isòtops del tel·luri

Es coneixen 55 isòtops i isòmers nuclears del tel·luri amb números màssics des del 105 al 142. El tel·luri natural presenta vuit isòtops, dels quals quatre són radioactius amb períodes de semidesintegració superiors als deu bilions d'anys, per la qual cosa se'ls considera estables. El tel·luri 128 té el període de semidesintegració més llarg conegut entre tots els radioisòtops de tel·luri (2,2 × 10²⁴ anys). El tel·luri és l'element amb menor nombre atòmic que pot experimentar la desintegració alfa, amb els isòtops del tel·luri 105 al tel·luri 110 pot experimentar aquest tipus de desintegració. Un exemple és:

$${\ce {^105_52Te -> ^101_50Sn + ^4_2He}}$$

El tel·luri 120 s'utilitza per a la producció de iode 120 que té una aplicació com a isòtop emissor de positrons de tomografia per emissió de positrons o PET i radiació beta. El tel·luri 122 s'usa en la producció del radioisòtop iode 122 que es fa servir en gammagrafies. El tel·luri 123 s'empra per a la producció de iode 123 radioactiu que es fa servir en gammagrafies de tiroides. El tel·luri 124 es fa ús tant per a la producció de iode 123 com de l'isòtop iode 124 que s'empra en PET. Finalment, el tel·luri 130 es fa servir en la investigació sobre la doble desintegració beta.

Aplicacions

Indústria metal·lúrgica

Aproximadament el 55 % de la demanda del mercat de tel·luri és per a la producció d'aliatges. L'ús principal del tel·luri és la seva addició a l'acer per a millorar-ne les propietats mecàniques, com són la duresa i la resistència a la corrosió. També és fet servir com a additiu en els aliatges de coure perquè millora la maquinabilitat sense perdre conductivitat elèctrica. El tel·luri, afegit al plom, en millora la duresa i n'incrementa la resistència als àcids.

Indústria química

Pneumàtics.

El tel·luri és un catalitzador usat en la producció de fibra sintètica. També s'utilitza en la producció de pneumàtics per a accelerar el procés de vulcanització del cautxú, procés pel qual s'escalfa el cautxú en presència de tel·luri, en substitució del sofre o del seleni, i se'l fa més dur i resistent. En aquest camp s'empra el 25 % del tel·luri consumit.

Generació d'energia

Imatge PET d'un malalt d'Alzheimer.

El tel·luri s'empra cada vegada més en la fabricació de cèl·lules solars de cadmi i tel·luri. El tel·lurur de cadmi ${\ce {CdTe}}$ es fa servir com a finestra òptica d'infraroig i com a material de cèl·lula solar. En general s'intercala amb sulfur de cadmi per a formar una cèl·lula fotoelèctrica de junció PN. Normalment, les cèl·lules de tel·lurur de cadmi fan servir una estructura nip.

Indústria electrònica

Tel·lurur de cadmi i zinc ${\ce {CdZnTe}}$ s'utilitza en detectors de raigs gamma per a la medicina (en tomografia per emissió de positrons, PET) i la indústria; el tel·lurur de cadmi i manganès ${\ce {CdMnTe}}$ s'utilitza com a semiconductor sensible a la radiació infraroja. L'òxid de tel·luri ${\ce {TeO2}}$ s'usa en la preparació de la superfície regravable dels DVD i Blu-ray. El tel·lurur de bismut ${\ce {Bi2Te3}}$ és un dels composts clau de les plaques Peltier, que produeixen fred o calor a conseqüència del pas d'un corrent elèctric a través de la junció de dos metalls, aliatges o semiconductors (efecte Peltier).

Toxicitat

El tel·luri no té un paper biològic conegut. És molt tòxic i teratogen, ja que pertorba el desenvolupament d'un embrió o fetus. Les intoxicacions són rares i gairebé exclusivament els treballadors exposats laboralment es veuen afectats. Només hi ha constància d'alguns casos d'intoxicació no laboral. Una intoxicació greu provoca depressió respiratòria i col·lapse circulatori. Després de l'exposició laboral, els principals símptomes i signes inclouen pèrdua de gana, sequedat de la boca, supressió de la sudoració, gust metàl·lic a la boca i, el més notable, una forta olor d'all de l'alè, la suor i l'orina.

Vegeu també

• Química de l'organotel·luri

Enllaços externs

• Los Alamos National Laboratory - Tel·luri (anglès)
• webelements.com - Tel·luri (anglès)
• environmentalchemistry.com - Tel·luri (anglès)

Viccionari