Telluriu: O Introducere în Elementele Perioadei

Tellurium⁚ O Introducere în Elementele Perioadei

Telluriul este un element chimic cu simbolul Te și numărul atomic 52. Este un metaloid, ceea ce înseamnă că are proprietăți atât ale metalelor, cât și ale nemetalelor. Telluriul este un element relativ rar, găsindu-se în scoarța terestră la o concentrație de aproximativ 1 ppm.

Prezentare generală

Telluriul, cu simbolul chimic Te, este un element chimic din grupa a 16-a a tabelului periodic, cunoscut și sub numele de calcogene. Este un metaloid, prezentând proprietăți intermediare între metale și nemetale. Telluriul este un element relativ rar, cu o abundență în scoarța terestră de aproximativ 1 ppm. Este găsit în mod natural în minerale precum telurura de aur (AuTe₂), telurura de argint (Ag₂Te) și telurura de plumb (PbTe). Telluriul este un element esențial pentru o serie de aplicații tehnologice, fiind utilizat în special în semiconductori, celule solare și aliaje.

1.1. Poziția în tabelul periodic

Telluriul se află în grupa a 16-a a tabelului periodic, cunoscută și sub numele de grupa calcogenilor. Această grupă include oxigenul (O), sulful (S), seleniul (Se), poloniul (Po) și livermoriul (Lv). Telluriul se află în perioada a 5-a a tabelului periodic, sub seleniu și deasupra poloniului. Numărul atomic al telluriului este 52, ceea ce înseamnă că un atom de telluriu are 52 de protoni în nucleul său. Configurația electronică a telluriului este [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴.

1.2. Proprietățile atomice

Telluriul are o masă atomică de 127,60 u.m.a. (unități de masă atomică). Raza atomică a telluriului este de 143 pm (picometri). Raza ionică a telluriului este de 221 pm pentru ionul Te^2-. Telluriul are o electronegativitate de 2,1 pe scara Pauling, ceea ce indică o tendință moderată de a atrage electroni în legăturile chimice. Energia de ionizare a telluriului este de 869,3 kJ/mol, ceea ce înseamnă că este necesară o cantitate considerabilă de energie pentru a elimina un electron dintr-un atom de telluriu. Telluriul are o afinitate electronică de 190,2 kJ/mol, ceea ce indică o tendință moderată de a accepta electroni.

Proprietățile fizice și chimice

Telluriul este un solid fragil, cu o culoare argintie-albă. Are o densitate de 6,24 g/cm³. Telluriul este un semiconductor, ceea ce înseamnă că conductivitatea sa electrică crește cu temperatura; Punctul de topire al telluriului este de 449,51 °C, iar punctul de fierbere este de 988 °C. Telluriul este insolubil în apă, dar se dizolvă în acidul azotic concentrat și în soluții alcaline. Telluriul este un element destul de reactiv, formând compuși cu multe alte elemente. De exemplu, telluriul reacționează cu oxigenul pentru a forma dioxidul de telluriu (TeO₂) și cu clorul pentru a forma tetraclorura de telluriu (TeCl₄). Telluriul formează, de asemenea, compuși organici, cum ar fi dietiltellurida (Te(C₂H₅)₂).

2.1. Proprietățile fizice

Telluriul este un solid fragil, cu o culoare argintie-albă, cu o strălucire metalică. Este un semiconductor, ceea ce înseamnă că conductivitatea sa electrică crește cu temperatura. Telluriul are o densitate de 6,24 g/cm³, ceea ce îl face mai dens decât apa. Punctul său de topire este de 449,51 °C, iar punctul de fierbere este de 988 °C. Telluriul este un element destul de fragil, putând fi zdrobit cu ușurință. Telluriul este un element diamagnetic, adică este respins de câmpurile magnetice.

2.2. Proprietățile chimice

Telluriul este un element relativ inert la temperatura camerei. Cu toate acestea, devine mai reactiv la temperaturi ridicate. Telluriul reacționează cu oxigenul pentru a forma dioxid de tellur (TeO₂), un solid alb. De asemenea, reacționează cu halogenii pentru a forma halogenuri de tellur, cum ar fi telurura de clor (TeCl₄). Telluriul reacționează cu metalele pentru a forma telururi, cum ar fi telurura de plumb (PbTe). Telluriul este un element relativ stabil în aer, dar poate fi oxidat la temperaturi ridicate. Telluriul este un element semiconductor, ceea ce înseamnă că conductivitatea sa electrică crește cu temperatura. Telluriul este un element diamagnetic, adică este respins de câmpurile magnetice.

Utilizări

Telluriul are o serie de aplicații importante în diverse domenii. Una dintre cele mai semnificative utilizări ale telluriului este în industria semiconductorilor. Telluriul este folosit pentru a produce semiconductori de tip p, care sunt utilizați în dispozitive electronice, cum ar fi tranzistoarele și diodele. De asemenea, telluriul este utilizat în fabricarea celulelor solare, unde contribuie la îmbunătățirea eficienței conversiei energiei solare în energie electrică. Telluriul este un element important în fabricarea aliajelor metalice. Aliajele de tellur cu metale precum plumbul și cuprul sunt utilizate în diverse aplicații industriale, cum ar fi fabricarea bateriilor, a cablurilor electrice și a rulmenților. Telluriul este, de asemenea, utilizat în industria cauciucului, unde contribuie la îmbunătățirea rezistenței la uzură și a proprietăților de frecare ale cauciucului.

3.1. Semiconductori

Telluriul are o importanță crucială în domeniul semiconductorilor, contribuind la fabricarea unor dispozitive electronice esențiale. Telluriul este un element semiconductor de tip p, ceea ce înseamnă că are un exces de goluri de electroni în structura sa cristalină. Această proprietate face telluriul ideal pentru a fi utilizat în fabricarea tranzistoarelor, diodelor și altor componente electronice. Telluriul este de obicei combinat cu alte elemente, cum ar fi cadmiul, pentru a crea aliaje semiconductoare cu proprietăți specifice. De exemplu, telurura de cadmiu (CdTe) este un semiconductor important utilizat în fabricarea celulelor solare cu peliculă subțire, cunoscute pentru eficiența lor ridicată și costul relativ scăzut. Telluriul joacă un rol esențial în dezvoltarea tehnologiei semiconductoare, contribuind la miniaturizarea și eficientizarea dispozitivelor electronice moderne.

3.2. Celule solare

Telluriul este un element esențial în fabricarea celulelor solare, mai ales în tehnologia celulelor solare cu peliculă subțire. Tellura de cadmiu (CdTe) este un semiconductor cu bandă interzisă optimă pentru absorbția luminii solare, ceea ce îl face un material ideal pentru celulele solare. Celulele solare CdTe sunt cunoscute pentru eficiența ridicată, costul relativ scăzut și durabilitatea lor. Acestea sunt utilizate pe scară largă în sistemele fotovoltaice rezidențiale și comerciale, contribuind la creșterea producției de energie solară la nivel mondial. De asemenea, telluriul este utilizat în fabricarea celulelor solare cu peliculă subțire din telurură de cupru, indiu și galiu (CuInGaSe₂), oferind o alternativă promițătoare la siliciu în tehnologia solară.

3.3. Aliaje

Telluriul este utilizat pentru a forma aliaje cu o gamă largă de metale, îmbunătățind proprietățile lor fizice și chimice. De exemplu, adăugarea de tellur la plumb crește rezistența la coroziune și îmbunătățește rezistența la tracțiune, făcându-l mai potrivit pentru utilizări în bateriile cu plumb-acid. Aliajele de tellur cu cupru și oțel sunt utilizate în industria electronică, datorită proprietăților lor de rezistență la coroziune și rezistență la uzură. Tellurul este, de asemenea, adăugat la aliajele de aluminiu pentru a îmbunătăți proprietățile de prelucrare și rezistența la coroziune. Aceste aliaje sunt utilizate în diverse aplicații, de la componentele automobilelor la produsele electronice.

Extracția și mineritul

Telluriul este extras în principal ca produs secundar al rafinării cuprului și aurului. Se găsește în mod natural în minerale precum telurura de aur (AuTe₂), telurura de argint (Ag₂Te) și telurura de plumb (PbTe). Telluriul este, de asemenea, recuperat din cenușa de cărbune, unde se acumulează în timpul arderii. Extracția tellurului implică mai multe etape, inclusiv macinarea minereului, flotația, prăjirea și rafinarea. În primul rând, minereul este măcinat fin și apoi supus flotației, un proces care separă telluriul de alte minerale. Apoi, concentratul de tellur este prăjit pentru a obține telurura de dioxid (TeO₂). În cele din urmă, telurura de dioxid este redusă cu carbon pentru a obține tellurul elementar.

4.1. Surse naturale

Telluriul este un element relativ rar, găsindu-se în scoarța terestră la o concentrație de aproximativ 1 ppm. Deși nu este găsit în formă nativă, telluriul este prezent în diverse minerale, dintre care cele mai importante sunt⁚ telurura de aur (AuTe₂), telurura de argint (Ag₂Te), telurura de plumb (PbTe) și calaverita (AuTe₂). Telluriul poate fi găsit și în alte minerale, cum ar fi telurura de cupru (Cu₂Te), telurura de fier (FeTe₂) și telurura de nichel (NiTe₂). De asemenea, telluriul se găsește în cantități mici în cenușa de cărbune, unde se acumulează în timpul arderii combustibilului. Sursele naturale de tellur sunt concentrate în principal în anumite regiuni din Statele Unite, Canada, Peru, China și Japonia.

4.2. Procese de extracție

Extracția telluriului se realizează în principal ca produs secundar al rafinării metalelor prețioase, cum ar fi aurul și argintul. Procesul începe cu extragerea mineralelor care conțin tellur, urmată de o serie de operații de concentrare și preparare. Telluriul este apoi separat de celelalte metale printr-o serie de procese de tratare chimică. O metodă comună implică oxidarea telluriului la oxid de tellur (TeO₂), care este apoi redus la tellur prin încălzire cu carbon. O altă metodă implică extracția telluriului din soluții apoase prin precipitare cu acid sulfuric. Telluriul extras este apoi purificat prin rafinare electrolitică sau prin distilare.

Toxicitate și impactul asupra mediului

Telluriul este considerat un element toxic, mai ales sub formă de pulbere sau vapori. Inhalarea telluriului poate provoca iritații ale căilor respiratorii, iar contactul cu pielea poate duce la dermatită. Ingerarea telluriului este, de asemenea, periculoasă, putând provoca tulburări gastrointestinale și leziuni ale ficatului. Telluriul se acumulează în organism și poate afecta funcția rinichilor și a sistemului nervos. Impactul telluriului asupra mediului este semnificativ, deoarece poate contamina solul și apa. Emisiile de tellur din procesele industriale pot contribui la poluarea aerului, afectând sănătatea umană și a animalelor. Deșeurile din industria extracției telluriului trebuie gestionate cu grijă pentru a preveni contaminarea mediului;

5.1. Toxicitate

Telluriul este un element toxic, mai ales sub formă de pulbere sau vapori. Expunerea la tellur poate afecta sănătatea umană în mai multe moduri. Inhalarea telluriului poate provoca iritații ale căilor respiratorii, inclusiv tuse, dificultăți de respirație și dureri în piept. Contactul cu pielea poate duce la dermatită, caracterizată prin roșeață, mâncărime și inflamație. Ingerarea telluriului este, de asemenea, periculoasă, putând provoca tulburări gastrointestinale, cum ar fi greață, vărsături, diaree și dureri abdominale. În cazuri severe, expunerea la tellur poate afecta ficatul, rinichii și sistemul nervos, ducând la leziuni organice și probleme neurologice. Telluriul se acumulează în organism, afectând funcția rinichilor și a sistemului nervos, și poate provoca, de asemenea, probleme de fertilitate.

5.2. Impactul asupra mediului

Telluriul, deși este un element relativ rar, poate avea un impact semnificativ asupra mediului. Eliberarea telluriului în mediu, prin activități industriale, cum ar fi extracția și rafinarea metalelor, poate afecta ecosistemele. Telluriul poate ajunge în sol, apă și aer, afectând diverse organisme. În sol, telluriul poate fi absorbit de plante, intrând în lanțul trofic. Plantele care absorb tellur pot deveni toxice pentru animalele care le consumă. În apă, telluriul poate afecta viața acvatică, reducând populațiile de pești și alte specii. De asemenea, telluriul poate contribui la poluarea aerului, afectând sănătatea umană și a animalelor. Impactul telluriului asupra mediului depinde de concentrația sa, de forma chimică și de durata expunerii. Este important să se monitorizeze și să se controleze emisiile de tellur pentru a reduce impactul său asupra mediului.

Concluzie

Telluriul este un element chimic cu o gamă largă de aplicații în diverse domenii, de la semiconductori la celule solare și aliaje. Proprietățile sale unice, cum ar fi conductivitatea electrică și sensibilitatea la lumină, îl fac un element esențial în tehnologiile moderne. Cu toate acestea, extracția și utilizarea telluriului ridică preocupări legate de toxicitatea sa și de impactul asupra mediului. Este important să se dezvolte tehnologii mai sustenabile pentru extracția și utilizarea telluriului, minimizând riscurile pentru sănătate și mediu. Cercetarea și inovarea în domeniul telluriului sunt esențiale pentru a găsi soluții care să permită utilizarea sa în mod responsabil, contribuind la dezvoltarea tehnologică fără a compromite sănătatea umană și a mediului.