Telur

 

 

Telur je 1782. otkrio austrijski hemičar i mineralog Franz Joseph Müller von Reichenstein (1740–1825) tokom ispitivanja rude zlata iz rudnika Fata Baii (mađ. Faczebaja) u blizini rumunskog gradića Zlatna, nakon što je iz rude izdvojio manje zlata od očekivanog. Na istraživanje te rude potaknuo ga je naučni rad Nachricht vom gediegenen Spiesglaskönig in Siebenbürgen^[5] (bos. Vijest od samorodnom mineralu "Spiesglaskönig" iz Transilvanije), Ignaza von Borna (1742–1791). Tim pojom Spiesglaskönig označavan je samorodni antimon, dok je Spiesglas bio stari naziv za mineral antimonit Sb₂S₃. Von Born je smatrao da je samorodni metal iz ruda zlata zapravo antimon, a svoje mišljenje je zasnivao na malim izdvojenim uzorcima spojeva zlata sa antimonom. S tim mišljenjem nije se slagao Müller von Reichenstein, koji je mislio da se radi o "zasumporenom" bizmutu.^[6] Poslije naknadnih ispitivanja, čije rezultate je objavio između 1783. i 1785 u raspravi u četiri dijela,^[7] isključio je mogućnost da se radi o bizmutu, jer ovaj metal za razliku od antimona i bizmuta, gotovo nikako nije reagirao sa sumpornom kiselinom. On je metalnoj fazi ovog elementa dao naziv metallum problematicum (također i aurum problematicum odnosno aurum paradoxum). Prema današnjim saznanjima, ovaj uzorak se, pored samorodnog telura, sastojao i iz minerala nagyágita (AuPb(Pb,Sb,Bi)Te_2–3S₆) i silvanita ((Au,Ag)Te₂). Müller von Reichenstein je pretpostavljao, da problematični metal možda sadrži neki novi, do tada još nepoznati, polumetal. Njegovu pretpostavku potvrdio je švedski mineralog i hemičar Torben Olof Bergman (1735–1784). Godine 1783. von Reichenstein je Bergmanu poslao uzorak ove rude na mišljenje, međutim konačni odgovor od njega nije dobio. Bergman je umro naredne godine, a von Reichenstein je ispitivanja problematičnog metala završio 1785. godine.

Tek dvanaest godina kasnije, Martin Heinrich Klaproth je 1797. u Berlinu dobio uzorak von Reichensteinove rude. Klaproth je razmatrao zaključke do kojih je došao von Reichenstein te prikupio dovoljno dokaza za otkriće novog elementa. U januaru 1798. Klaproth je u jednom radu naveo doprinose von Reichensteina te mu pripisao otkriće novog elementa. Pošto von Reichenstein nije ovom elementu dao ime, Klaproth se odlučio za naziv tellur (lat. tellus - Zemlja). On navodi: U svrhu zatvaranja dosadašnje praznine u hemijskoj mineralogiji ovdje sa ovim vrijednim rudama predstavljam svoje napore i iskustva, čiji osnovni rezultat se sastoji u potrazi i potvrdi "novog stvarnog metala", kojem dajem ime "tellurium" izvedeno iz imena stare "majke" Zemlje.^[8] Prvobitni uzrok materijala sa tipskog lokaliteta Zlatna, kojeg je Klaproth imao na raspolaganju, danas se nalazi u Muzeju prirodnih nauka u Berlinu.

Nezavisno od von Reichensteina i Klaprotha, mađarski hemičar i botaničar Paul Kitaibel također je otkrio telur 1789. prilikom ispitivanja ruda zlata iz rudnika kod Nagybörzsönya u Mađarskoj. U svom objavljenom radu Klaproth je naveo samo von Reichensteinova otkrića, iako je o tome 1796. imao dostupna saznanja i od Kitaibela. U jednom pismu upućenom Kitaibelu, Klaproth je objasnio da mu je bio dostupan sadržaj njegovih rukopisa, ali pri proučavanju von Reichensteinovih ruda nije uočio sličnost s njegovim radom. Napokon, Klaproth je ubijedio Kitaibela da otkriće telura treba u potpunosti pripisati von Reichensteinu, jer je on nekoliko godina ranije proveo ista istraživanja na novom elementu.

Simbol elementa Te predložio je 1814. Jacob Berzelius, a koristi se do danas. Prvo objašnjenje strukture kristalnog telura pomoću rendgenske difrakcije načinjeno je 1924. godine.^[9]

Kristalni telur je intrinsički direktni poluprovodnik sa širinom poluprovodne vrpce od 0,334 eV. Električna provodljivost kao i kod svih drugih poluprovodnika može se povećati putem povišenja temperature ili osvjetljenjem, mada je kod telura zabilježen vrlo malehni rast provodljivosti. Električna provodljivost i toplotna provodljivost kod telura zavise od pravca, tj. anizotropno. Kristalni telur je relativno mehak (Mohsova tvrdoća 2,25) i krhak materijal, koji se vrlo lahko može pretvoriti u prah. Povećanjem pritiska telur prelazi u druge kristalne modifikacije. Iznad 450 °C telur se topi u crvenu tekućinu, koja se pri temperaturi iznad 990 °C isparava u žuti dijamagnetični gas sastavljen iz dvoatomnih molekula Te₂. Na temperaturama iznad 2000 °C molekula Te₂ se raspada na pojedinačne atome.

Kristalni telur je nerastvorljiv u vodi i vrlo slabo rastvorljiv u mineralnim kiselinama poput hlorovodične i sumporne kao i u alkalnim rastvorima. Međutim, vrlo dobro je rastvorljiv u dušičnoj kiselini, koja je inače vrlo snažno oksidacijsko sredstvo te oksidira elementarni telur do telurata sa stabilnim oksidacijskim stanjem +4. Tečni telur napada bakar, željezo pa čak i hrđajuće plemenite čelike.

U spojevima sa nemetalima, telur se ponaša slično kao i lakši član iz njegove grupe u periodnom sistemu, selen. Pri sagorijevanju u zraku, telur gori zeleno-plavim plamenom dajući telur-dioksid TeO₂:

${\displaystyle \mathrm {Te\ +\ O_{2}\longrightarrow \ TeO_{2}} }$ 

Sa halogenim elementima telur spontano reagira dajući halogenide. Pri tome je zanimljivo da, za razliku od lakših homologa selena i sumpora, telur gradi termodinamički stabilne jodide, između ostalih telurjodid, TeI sa oksidacijskim stanjem +1. Sa neplemenitim metalima, naprimjer cinkom, telur reagira vrlo burno dajući odgovarajuće teluride.

Poznati su izotopi telura sa masenim brojevima između 105 i 142.^[10] Prirodni telur je izotopska smjesa sastavljena iz osam izotopa, od čega je pet (¹²²Te, ¹²³Te, ¹²⁴Te, ¹²⁵Te, ¹²⁶Te) stabilno. Izotop ¹²³Te bi se teoretski trebao raspadati na ¹²³Sb putem elektronskog zahvata. Međutim, ovaj raspad nije potvrđen u eksperimentima. Smatra se da je donja granica njegovog vremena poluraspada iznosi oko 9,2 · 10¹⁶ godina (92 bilijarde). Izotop ¹²⁰Te putem dvostrukog elektronskog zahvata direktno prelazi u izotop kalaja ¹²⁰Sn. Izotopi ¹²⁸Te i ¹³⁰Te putem emisije beta-zraka (dvostruki beta-raspad) prelaze u ¹²⁸Xe i ¹³⁰Xe, respektivno.

Najveći udio u prirodnom telura oko jedne trećine sačinjava izotop ¹³⁰Te koji ima pretpostavljeno vrijeme poluraspada od 7,9 · 10²⁰ godina, a slijedi ga izotop ¹²⁸Te. Prosječna atomska masa prirodne smjese izotopa iznosi 127,6 te je tako veća od sljedećeg (monoizotopskog) elementa u periodnom sistemu, joda, koji ima 126,9. ¹²⁸Te se smatra za izotop sa najsporijim raspadom među svim nestabilnim sličnim elementima. Ovaj posebno spori raspad sa vremenom poluraspada od 7,2 · 10²⁴ godina (7,2 kvadriliona godina tj. u 1 kg se svakih 18 mjeseci raspadne jedan atom)^[11] može se dokazati samo na osnovu detekcije proizvoda raspada (¹²⁸Xe) u nekim izuzetno starim uzorcima prirodnog telura.^[12]

Od ostalih izotopa, ima i nuklearni izomer ^121mTe koji sa 154 dana ima najduže vrijeme poluraspada. I kod izotopa ¹²⁷Te i ¹²⁹Te vremena poluraspada izomera prelaze ona kod njihovih osnovnih stanja. Kao traser u nuklearnoj medicini najčešće se koristi izotop ¹²⁷Te, a slijedi ga ¹²¹Te. Izotopi ¹²⁷Te i ¹²⁹Te se javljaju kao proizvodi cijepanja jezgara u atomskim reaktorima.

 

Telur je slabo rasprostranjen element. Njegov udio u Zemljinoj kori iznosi približno 0,01 ppm (grama po toni). Vrlo rijetko se može naći samorodan sa zlatom, odnosno u elementarnom obliku, a u podređenom obliku i sa srebrom, bakrom, olovom i bizmutom, kao i sa platinskim metalima.

Samorodni telur kao mineral pripada grupi elementata, tačnije polu- i nemetalima i u sistematici minerala po Strunzu klasificiran je pod brojem I/B.03-40 (8. izdanje sistematike) odnosno brojem 1.CC.10 (9. izdanje), dok je u sistematici po Danau podveden pod broj 1.3.4.2.

Samorodni telur može sadržavati selen, a raspon njegovog udjela može se kretati od tragova do veoma velikih količina (selentelur). Iako je telur rijedak element, poznat je veliki broj njegovih minerala, iako telur gradi i vlastite minerale, vrlo rijetko su oni ugrađeni u sulfide ili selenide odnosno sulfate ili selenate. Za njih, kristalna rešetka njegovih lakših homologa je isuviše velika. Nasuprot toga, oba njegova lakša homologa se nalaze mnogo češće od telura na njegovim mjestima rešetke u kristalnim strukturama telurovih minerala.

Od svih elemenata, telur iskazuje najviši afinitet prema zlatu, pa se u prirodi vrlo često javlja u obliku zlato-telurida, minerala sa teluridima (Te²⁻) odnosno ditelurid aniona (Te₂²⁻). Pored zlata i drugih plemenitih metala, najčešće olovo i bizmut grade ostale prirodne teluride, često prateći (u paragenezi) teluride samorodnih metala i ruda zlata. Dosta rjeđi su minerali sa kationima Te⁴⁺ u kristalnoj strukturi, pri čemu je najvažniji oksid telura, telur-dioksid TeO₂ koji se u prirodi javlja u dvije modifikacije: kao ortorompski telurit i tetragonalni paratelurit.

Kod drugih minerala sa kationima telura(IV) radi se o oksoteluratima(IV) (telurit) koji sadrže komplekse aniona [TeO₃]²⁻- ili [TeO₄]⁴⁻. Minerali sa kationima Te⁶⁺ u obliku oktaedarskih [TeO₆]⁶⁻ kompleksih aniona su izuzetno rijetki, a poznat je 21 takav mineral koji najvećim dijelom sadrže bakar i olovo. Osim navedenih minerala u prirodi se javljaju i minerali telura s miješanom valencijom, između ostalih kalcij-oksotelurat(IV,VI) karlfrisit CaTe₃O₈ s odnosom Te⁴⁺:Te⁶⁺ od 2:1.^[13][14] Kod minerala sa kationima Te⁴⁺ i Te⁶⁺ radi se o sekundarnim mineralima, koji su nastali atmosferskim djelovanjem na samorodni telur i teluride.

Minerali koji sadrže telur nisu od velikog značaja za tehničko dobijanje ovog elementa, jer su vrlo rijetki i praktično ne postoje njihova ekonomski isplativa nalazišta. Među najpoznatijim nalazištima samorodnog telura odnosno minerala sa sadržajem ovog elementa ubrajaju se pored tipskog lokaliteta Zlatna (Transilvanija, Rumunija) također i Moctezuma u Meksiku, Cripple Creek (Colorado), Kalgoorlie u Australiji i Calaveras u Kaliforniji. Do 2012. bilo je poznato 154 minerala sa sadržajem telura, od čega samo pet (dilitium, imgreit, kurilit, sztrokayit, protojoseit) do sad nisu priznati od strane Međunarodne mineraloške organizacije (IMA) kao zasebni minerali odnosno diskreditirani su kao takvi.^[15] Pregled poznatih minerala telura sa različitim oksidacijskim stanjima prikazan je u sljedećoj tabeli:

telurid	ditelurid	miješani halkogenid	mineral Te(IV)
hesit Ag2Te	kalaverit AuTe2 (monoklinski)	nagyágit AuPb(Pb,Sb,Bi)Te2–3S6	telurit TeO2 (ortorompski)
altait PbTe	silvanit (Au,Ag)Te2	tetradimit Bi2Te2S	zemanit Mg0,5ZnFe[TeO3]3•4,5 H2O

 

Godišnja svjetska proizvodnja telura u svijetu između 2007. i 2011. iznosila je prosječno 121,6 tona godišnje (t/god). Među glavne proizvođale ubrajaju se SAD 50 (t/god), Japan (prosječno 44,8 t/god), Peru (14 t/god) i Kanada (12,8 t/god). Pregled proizvedenih količina po pojedinim državama prikazan je u tabeli. I druge industrijske nacije također vjerovatno proizvode telur, međutim podaci o tim količinama nisu objavljeni.^[17]

Telur se industrijski dobija zajedno sa selenom isključivo kao sporedni proizvod elektrolitičke proizvodnje bakra i nikla. U istaloženom anodnom mulju sadržani su, između ostalih, nerastvorljivi teluridi i selenidi plemenitih metala opće formule M₂Ch (M = Cu, Ag, Au; Ch = Se, Te), koji dalje reagiraju na temperaturama iznad 500 °C u kontaktu sa kisikom iz zraka (O₂) i natrij-karbonatom (sodom, Na₂CO₃). Pri tome se kationi plemenitih metala reduciraju do elementarnih metala, dok se anioni telurida oksidiraju do oksotelurata(IV) (TeO₃²⁻):

${\displaystyle \mathrm {{\overset {+I}{M_{2}}}{\overset {-II}{Te}}\ +\ {\overset {0}{O}}_{2}\ +\ Na_{2}C{\overset {-II}{O}}_{3}\ \longrightarrow \ Na_{2}{\overset {+IV}{Te}}{\overset {-II}{O}}_{3}+\ 2\ {\overset {0}{M}}\ +C{\overset {-II}{O}}_{2}\uparrow } }$ 

Alternativno, ova reakcija se može odvijati i sa natrij-nitratom (šalitrom, NaNO₃) sa uvođenjem kisika iz zraka čime nastaju dušikovi oksidi (NO i NO₂):

${\displaystyle \mathrm {{\overset {+I}{M_{2}}}{\overset {-II}{Te}}\ +\ 2\ Na{\overset {+V}{N}}O_{3}\ \longrightarrow \ Na_{2}{\overset {+IV}{Te}}O_{3}+\ 2\ {\overset {0}{M}}\ +\ {\overset {+IV}{N}}O_{2}\uparrow \ +\ {\overset {+II}{N}}O\uparrow } }$ 

Nastali natrij-telurit(IV) Na₂TeO₃ se kasnije rastvara u vodi, gdje reagira bazično gradeći ione vodiktelurata(II) HTeO₃⁻. Izdvajanje telurata(IV) od selenata(IV) koji su također nastali u istoj reakciji u bazičnom rastvoru odvija se pomoću neutralizacije dodavanje sumporne kiseline (H₂SO₄), nakon čega se u vodi istaloži gotovo nerastvorljivi telur-dioksid TeO₂:

${\displaystyle \mathrm {2\ HTeO_{3}^{-}+\ H_{2}SO_{4}\ \longrightarrow \ 2\ TeO_{2}\downarrow \ +\ SO_{4}^{2-}\ +\ 2\ H_{2}O} }$ 

Telur-dioksid se može reducirati do elementarnog telura bilo u bazama pomoću elektrolize ili hemijskim putem rastvaranjem u koncentriranim mineralnim kiselinama i zatim uvođenjem u rastvor sumpor-dioksida SO₂, pri čemu se sumpor iz molekula SO₂ (odnosno onaj iz sulfitnih iona SO₃²⁻ nastalih u rastvoru) oksidira te nastaju sulfatni ioni SO₄²⁻:

${\displaystyle \mathrm {{\overset {+IV}{Te}}O_{2}+\ 2\ {\overset {+IV}{S}}O_{2}\ +\ 2\ H_{2}O\ \longrightarrow \ {\overset {0}{Te}}\ +\ 2\ {\overset {+VI}{S}}O_{4}^{2-}\ +\ 4\ H^{+}} }$ 

Za dobijanje veoma čistog elementarnog telura (> 99,9%) koristi se proces zonske prekristalizacije.

Kristalografski podaci[18]
Kristalni telur, dužina oko 2 cm
Kristalni sistem	trigonalni
Prostorna grupa	P3121 (br. 152) (P3221 (br. 154)
Parametar rešetke (elementarne ćelije)	a = 446 pm c = 592 pm c/a = 1,33
Broj (Z) formulskih jedinica	Z = 3

 

 

 

U standardnim uslovima temperature i pritiska, poznata je samo jedna kristalna modifikacija (Te-I odnosno α-Te), koja se označava kao kristalni ili metalni telur. On je također i izotip α-selena, što znači da imaju istu kristalnu strukturu. Telur se kristalizira u trigonalnom sistemu u prostornoj grupi P3₁21 sa parametrom rešetke a = 446 pm i c = 592 pm te tri formulske jedinice po elementarnoj ćeliji (najmanjoj jedinici kristalne strukture).

Prostorna grupa P3₁21, opisana prema Hermann-Mauguinovoj simbolici, objašnjava centriranje elementarne ćelije kao i s njom povezane elemente simetrije. P znači da je Bravaisova rešetka primitivna. Nakon navođenja centriranja slijedi navođenje elemenata simetrije prostorne grupe: 3₁ opisuje trobrojnu os (umnožavanje neke čestice putem rotiranja 120° i translacije u pravcu ¹/₃ ose vrtnje) paralelnu sa kristalografskom c-osom ([001]), cifra 2 opisuje dvobrojnu osu (umnožavanje putem rotacije za 180°) paralelnu sa tri kristalografske a-ose (<100>), cifra 1 element simetrije jednobrojne ose simetrije ili identitet (umnožavanje putem rotacije od 360°, čestica se gradi na samoj sebi) u pravcu pod pravim uglom u odnosu na a- i c-ose (<120>).

Kristalna struktura sadrži samo jedan atom telura koji se može kristalografski raspoznati sa koordinatama položaja x = 0,2636, y = 0 i z = ¹/₃. Svi ostali atomi u kristalnoj strukturi se mogu raspoznati pomoću elemenata simetrije prostorne grupe na tom jednom atomu. Pošto je atom telura u mogućnosti da se preklapa sa dvobrojnom simetrijskom osom prostorne grupe P3₁21, on se umnožava isključivo preko trobrojne ose (3₁). Pri tome nastaju spiralni lanci sastavljeni iz kovalentno spojenih atoma telura paralelnih sa c-osom. Atomi telura unutar lanca udaljeni su jedan od drugog 284 pm, a ugao veze iznosi 103,1°. Veze unutar lanca na slikama su istaknute crvenom bojoom, dok je jedan lanac radi pojašnjenja predstavljen plavo, pri čemu se tamnoplavi atom nalazi na z = ¹/₃, plavi na z = ²/₃ a svijetloplavi na z = 1 odnosno z = 0. Svaki treći atom unutar lanca podudara se po osi. Svaki lanac okružen je sa šest drugih lanaca. Između lanaca postoje Van-der-Waalsove veze gdje razmak Te-Te iznosi 349 pm (prikazan zeleno), koji ispod granice Van-der-Waalsovog radijusa (2 · 206 pm = 412 pm) završava sa atomom telura. Za svaki pojedinačni atom proizilazi koordinacijski broj 6, tačnije 2+4, jer dva atoma potječu iz istog lanca i pri tome imaju manji razmak od ostala četiri iz susjednih lanaca. Za koordinacijski poliedar može se reći da je razbijeni oktaedar (žuto naznačen).

Međutim, telur se može kristalizirati i u prostornu grupu P3₂21 umjesto P3₁21. Tako 3₂-osa umnožava atom također rotirajući ga za 120°, ali se na kraju translatira za ²/₃ umjesto ¹/₃ u pravcu ose zakretanja. Također nastaju spiralni lanci, ali su oni uzduž c-ose zakrenuti u smjeru kazaljke sata umjesto u suprotnom pravcu (oko 3₁-ose). Kristalna struktura u prostornoj grupi P3₂21 ("lijeva forma") je stoga odraz u ogledalu strukture u prostornoj grupi P3₁21 ("desna forma"). Pojava kristalne forme koja je odraz u ogledalu druge forme u kristalografiji se naziva hiralnost.

Kristalni sistem telura se u literaturi često navodi kao heksagonalni. Između heksagonalnog i trigonalnog kristalnog sistema postoje određene iste elementarne ćelije, ali se heksagonalna simetrija sastoji iz prisustva jedne šestobrojne ose simetrije (6, umnožavanje djelića putem rotacije od 60°). Međutim, kristalna struktura telura sadrži samo trobrojnu vijčanu osu (3₁) pa bez sumnje pripada u simetrijski niži trigonalni kristalni sistem.

U eksperimentima sa visokim pritiskom kojem je izložen kristalni telur (Te-I ili α-telur) otkrivene su njegove druge modifikacije. Stabilnost modifikacije pri određenom rasponu pritisaka u raznim naučnim izvorima navedena je drugačije:

• Te-II se kristalizira u monoklinskom kristalnom sistemu u rasponu pritisaka od 4 do 6,6 GPa. Kao moguće prostorne grupe u literaturi se navode C2/m (br. 12) i P2₁ (br. 4).
• Te-III se kristalizira u ortorompskom kristalnom sistemu a stabilan je pod pritiskom iznad 6,6 GPa. Za ovu ortorompsku modifikaciju postoje teoretski izračuni u prostornoj grupi Imma (br. 74).
• Te-IV se kristalizira u trigonalnom kristalnom sistemu u prostornoj grupi R3m (br. 166) i odgovara istoj strukturi β-polonija. On je stabilan u rasponu pritiska od 10,6 do 27 GPa. Rastojanje između atoma telura unutar lanca i između susjednih lanaca u ovoj modifikaciji je identično i iznosi 300 pm, pri čemu dolazi do više simetrije kao i one kod α-telura.
• Te-V je stabilan pri pritisku iznad 27 GPa. Za ovu modifikaciju prepostavlja se da ima kubičnu-prostorno centriranu rešetku (tipa volframa) sa prostornom grupom Im3m (br. 229).

Nepostojana amorfna modifikacija telura je u obliku smeđeg praha i može se dobiti iz teluraste kiseline (H₂TeO₃) putem njene reakcije sa sumporastom kiselinom (H₂SO₃) odnosno sa sulfitnim ionima (SO₃²⁻). Pri tome se sulfitni ioni oksidiraju do sulfatnih iona (SO₄²⁻) dok se istovremeno kationi telura Te⁴⁺ reduciraju do elementarnog telura:

${\displaystyle \mathrm {H_{2}TeO_{3}\ +\ 2\ SO_{3}^{2-}\longrightarrow \ Te\downarrow \ +\ 2\ SO_{4}^{2-}\ +\ H_{2}O} }$ 

Amorfni telur pod standardnim uslovima polahko prelazi u svoju kristalnu modifikaciju.

 

Commons ima datoteke na temu: Telur

• Telur na stranici Univerziteta u Nottinghamu