Теллур (Tellurium, Te)

Общие сведения и методы получения

Теллур (Те) — химический элемент серебристо-белого цвета с металлическим блеском.

Открыт в 1782 г. Рейхеиштейиом.

теллур постоянно сопутствует сере и селену.

Теллур имеет много собственных минералов, но технический теллур получают из отходов цветной металлургии н сернокислотного производства. Основной источник промышленного получения теллура — анодный шлам, выделяемый при электролитическом рафинировании меди и содержащий наряду с золотом, серебром и металлами платиновой группы также селен, теллур, мышьяк, сурьму, висмут и другие элементы. Кроме того, для получения теллура используется пыль каналов и пылевых камер, а также ил промывных башен сернокислого производства. Полученный из промышленных источников технический теллур содержит 95— 99 % основного вещества.

Для глубокой очистки теллура используют химические и физические методы. На стадиях химической очистки в основном осуществляют разделение селена и теллура. К физическим методам очистки относятся: дистилляция в токе инертного газа или в вакууме, дистилляция соединений теллура, зонная плавка и направленная кристаллизация.

Основной примесью теллура является селен; кроме того, в нем могут содержаться серебро, сера, углерод и другие примеси.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер 52, атомная масса — 127,61 а. е. м., атомный объем 20,02- 10~^в м^3/моль, атомный радиус 0,17 нм, ионные радиусы: Те^6+ 0,056 нм, Те^4+ 0,089 нм, Те^2- 0,211 нм.

Электронная конфигурация изолированного атома 5s^2 р^4. Значения потенциалов ионизации J (эВ): 9,01; 18,8; 31. Электроотрицательность 2,1.

Теллур может находиться в аморфном и кристаллическом состоянии. Кристаллический теллур имеет две модификации: а и В; температура полиморфного перехода а->В, установленная по изменению электропроводности, 354 "С.

Теллур кристаллизуется в гексагональной модификации с периодами а=0,4457 нм, с=0,5929 нм. Координационное число 2; 4. Энергия кристаллической решетки 199,5 мкДж/кмоль.

После плавления теллур в некотором температурном интервале сохраняет полупроводниковый ход проводимости (примерно до 973 К), а затем меняет его на металлический.

Электрофизические свойства теллура подтверждают его полупроводниковую природу. Ширина запрещенной зоны при 0 К Д£=0,32; 0,33 эВ. Вследствие малой ширины запрещенной зоны чистый теллур уже при комнатной температуре обладает собственной проводимостью. Собственная проводимость теллура при 293 К в направлении оси с в два раза больше, чем в перпендикулярном направлении. Ширина запрещенной зоны увеличивается с ростом температуры.

Температурная зависимость ширииы запрещенной зоны (dE/dT) = = 1,9 10-" эВ/К.

В области примесной проводимости теллур — полупроводник р-типа. Легирование его не приводит к проводимости я-типа.

Давление уменьшает ширину запрещенной зоны теллура и увеличивает электрическую проводимость. Зависимость ширины запрещенной зоны от давления (dE/dP) = — (Юн-13) • 10-" эВ/Па. При давлении 3 ГПа теллур приобретает металлическое состояние.

Химические свойства

В соединениях проявляет степень окисления +4, 1-6, —2 (реже).

При температурах, близких к комнатной, теллур устойчив против окисления в атмосферном воздухе и кислороде, однако при нагревании сгорает, образуя Те02 — белое негигроскопичное твердое вещество плотностью 5,75 Мг/м^3. При нагревании Те02 становится желтым и плавится около 733 "С. Оксид (IV) теллура малорастворим в воде и растворим в концентрированных кислотах и щелочах. При растворении в щелочах образуются теллуриды — соли теллуристой кислоты Н2Те03. С галогенами теллур реагирует непосредственно при обычной температуре или при нагревании. При действии воды или кислоты на халько-генид образуется халькогеноводород. Его можно получить и при непосредственном взаимодействии элементов.

Азотная кислота окисляет теллур до теллуристых кислот. Смесь азотной и хромовой кислот переводит теллур в теллуровую кислоту Н2Те04; эта кислота получается также при растворении теллура в перекиси водорода.

С металлами II группы теллур образует соединения A"B^VI (ZnTe, CdTe, HgTe). Для этих систем характерно наличие одного эквиатомио-го соединения и вырожденной эвтектики. При переходе от сульфидов к селенидам и теллуридам увеличивается доля ковалентио-металлической связи за счет уменьшения ионной составляющей и уменьшается ширина запрещенной зоны. HgTe — уже полуметалл, а не полупроводник.

С германием, оловом и свинцом теллур образует соединения типа ^ivgvi с важными для техники выпрямительными и фотоэлектрическими свойствами. В соответствующих системах образуются экви-атомиые соединения A^IVТе — моиотеллуриды.

С металлами V группы —мышьяком, сурьмой и висмутим — теллур образует соединения A^J^1 . As2Te3 — полупроводник к-типа с шириной запрещенной зоны 1 эВ. SbjTe3 — полупроводник р-типа с вы-

сокой концентрацией носителей (10^19—20^20 см^-3), шириной запрещенной зоны Д£=0,19 эВ, с абсолютным коэффициентом т.э.д.с, +100 мкВ/К и максимальной подвижностью дырок —0,0360 м^2/(В-с). В12Тез — полуметалл, обладающий в примесной области металлическим характером проводимости, а в собственной (выше 400 °С) — полупроводниковой.

В системах теллура с алюминием, галлием и индием наблюдается образование соединений типа А^В^^1 с кристаллическими решетками цинковой обманки или вюрцита, в которых 1/3 позиций для атомов А^ш вакантна. Образующиеся стехиометрические вакансии рассматриваются как структурный компонент кристалла. Электрофизические характеристики соединений типа А^'В^^1 устойчивы к воздействию ионизирующего излучения. Наряду с соединениями А2В3 теллур образует с металлами III группы полупроводниковые соединения эквиатомного состава A^T"BVI .

Теллуриды редкоземельных металлов характеризуются высокими температурами плавления и низкой теплопроводностью.

Теллур взаимодействует с переходными металлами, образуя соединения с полупроводниковыми свойствами, например FeTe2, МпТе2, СгТе2.

Технологические свойства

Теллур характеризуется высокой хрупкостью при комнатной температуре. При температурах, близких к плавлению, поддается прессованию.

Области применения

Теллур применяется в качестве присадки к чугуну, стали, в том числе нержавеющей, цветным металлам и сплавам (олово, свинец, медь). Микродобавки теллура значительно улучшают структуру, механические свойства и обрабатываемость чугуна и стали. Микродобавки теллура (0,05—0,1%) повышают механические и антикоррозионные свойства свинца. Сплав свинца с теллуром применяют для изготовления химической аппаратуры, используемой в производстве серной кислоты. Оловянистые сплавы (баббиты), содержащие теллур (0,1—1,0%), характеризуются повышенной твердостью, прочностью и износостойкостью. Теллур улучшает технологические свойства меди и медных сплавов, а также повышает их теплостойкость.

Известно применение теллура в технике измерения температур. Термопары теллур — медь и теллур — платина служат для измерения низких температур (от —75 до 90 °С).

Теллур применяется в стекольной промышленности при производстве коричневого стекла и глазури.

Как полупроводник теллур самостоятельного значения не имеет, но его многочисленные соединения (теллуриды) широко используются в качестве полупроводниковых материалов.

Благодаря высокой чувствительности к различного рода излучениям соединения теллура с металлами применяются в счетчиках излучения, в дозиметрических приборах, телевизионных трубках н т. д.

Тугоплавкость и сравнительно низкая теплопроводность позволяют использовать теллуриды редкоземельных металлов как материалы термоэлектрических генераторов.

Теллуриды применяются в качестве фотоэлементов.