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(稀散金屬)

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碲(tellurium)是一種準金屬,元素符號為Te。其名源自tellus,意為“土地”,1782年米勒·馮·賴興施泰因(F.J.Müller von Reichenstein)發現。碲為斜方晶系銀白色結晶,溶於硫酸、硝酸、王水、氰化鉀、氫氧化鉀;不溶於冷水和熱水、二硫化碳。高純碲以碲粉為原料,用多硫化鈉抽提精製而得,純度為99.999%。供半導體器件、合金、化工原料及鑄鐵、橡膠、玻璃等工業作添加劑用。
中文名
外文名
tellurium
分子量
127.6(3)
熔    點
452 ℃
沸    點
1390 ℃
水溶性
不溶於水
密    度
6.25×10³kg/m³
外    觀
銀白色固體
應    用
做半導體材料,催化劑等
安全性描述
有一定毒性
發現人
米勒·馮·賴興施泰因
原子序數
52
所在週期
第五週期
所在族
VIA族(氧族)
類    型
非金屬(類金屬)
氧化態
-2,0,+4,+6
元素符號
Te

發現簡史

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米勒·馮·賴興施泰因 米勒·馮·賴興施泰因
由德國礦物學家米勒·馮·賴興施泰因(F.J.Müller von Reichenstein)於1782年在研究德國金礦石時發現。1782年奧地利首都維也納一家礦場監督牟勒從這種礦石中提取出碲,最初誤認為是銻,後來發現它的性質與銻不同,因而確定是一種新元素。為了獲得其他人的證實,牟勒曾將少許樣品寄交瑞典化學家柏格曼,請他鑑定。由於樣品數量太少,柏格曼只能證明它不是銻而已。
1783年,由Franz Joseph Müller von Reichenstein在羅馬尼亞的錫比烏發現。他被來自Zalatna附近的一個礦中的礦石激起了興趣,它有金屬光澤而且他推測其是原生的銻或鉍(是碲化金,AuTe2。),初步研究證明了它既不包含銻也不包含鉍。Müller研究着這個礦石並證明了它包含一種新的元素。他在一個不著名的雜誌上發表了他的發現,但是被當時的科學界忽視了。
碲塊 碲塊
在1789年,匈牙利科學家Paul Kitaibel送給他了一些,Paul Kitaibel曾獨立發現了它。
在1796年,他給在柏林的Martin Klaproth送去了一個樣本,證明了他的發現。Klaproth生產出純淨的樣本並決定叫它tellurium(碲)。相當奇怪的是,這並不是經他手的第一份碲樣本。
牟勒的發現被忽略了16年後,1798年1月25日克拉普羅特在柏林科學院宣讀一篇關於特蘭西瓦尼亞的金礦論文時,才重新把這個被人遺忘的元素提出來。他將這種礦石溶解在王水中,用過量鹼使溶液部分沉澱,除去金和鐵等,在沉澱中發現這一新元素,命名為tellurium(碲),元素符號定為Te。這一詞來自拉丁文tellus(地球)。 [1] 

礦藏分佈

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碲 [2]
由於在20世紀90年代前,人們普遍認為世界大部分可回收碲都伴生於銅礦牀中,美國礦業局便以銅資源為基礎,按每噸銅可回收0.065kg碲計算,推算出全球碲儲量在22000t左右,儲量基礎38000t,主要分佈在美國、加拿大、秘魯、智利等國家和地區。國內外一系列重要的碲化物型金銀礦牀的發現和地質勘查研究表明:分散元素碲的地球化學性狀遠比傳統認識的要活躍得多,它可以大規模富集、礦化形成具有經濟價值的獨立礦牀或工業礦體,如四川石棉大水溝碲鉍金礦牀、山東歸來莊碲金礦牀、河南北嶺碲化物型金礦等。這使得人類不得不對碲資源的分佈有了重新認識。
中國現已探明伴生碲儲量在世界處於第三位。伴生碲礦資源較為豐富,全國已發現伴生碲礦產地約30處,保有儲量近14000t,碲礦區散佈於全國16個省(區),但儲量主要集中於廣東、江西、甘肅等省。中國的碲礦也主要伴生於銅、鉛鋅等金屬礦產中,據主礦產儲量推算,中國還有未計入儲量的碲礦資源約10000t。這將改變碲資源的分佈格局並有可能使中國成為一個碲礦資源大國。
碲資源的分佈類型:
1、伴生礦牀:世界上所有國家獲得的絕大多數純碲,是從冶煉有色金屬銅、鉛、鋅等過程中將碲作為伴生組分綜合回收來的。按照礦種劃分,作為伴生組分的碲,主要在下述類型礦牀中提取:1.斑岩銅礦及銅一鉬礦牀(美國、秘魯、智利等)和銅一鎳硫化物礦麻(美國、加拿大等);2.銅黃鐵礦礦牀(獨聯體國家、加拿大、日本、瑞典等);3.層狀砂岩銅礦牀(扎伊爾、贊比亞等);4.貴金屬礦牀(美國、日本、菲利賓等);5.黃鐵礦多金屬礦牀;6.錫石一硫化物礦牀;7.熱液鈾礦牀;8.碳酸鹽巖中的層控鉛~鋅礦牀;9.低温汞、銻礦牀。
2、獨立礦牀:世界上只有一個碲獨立礦牀,那就是位於中國四川省石棉縣大水溝的獨立碲礦牀。礦牀位於揚子地台西緣,產出於中下三疊統變質岩系構成的彎隆體的東北端。主要容礦圍巖為中下三疊統中部的一套片岩,而且碲礦脈也主要充填在這套片岩系的一組壓扭性斷裂中。
礦區共發現碲礦體九個,各礦體的基本特徵如不規則的扁平豆角狀。礦體形態為透鏡狀、脈狀等。在縱剖面上表現為傾向一致的透鏡狀,在橫切面(平面)上,則顯示出雁行脈狀,這在1450m中段上尤為明顯。碲礦脈往往充填在含磁黃鐵礦脈的裂隙中。圍巖蝕變主要有白雲石化、雲英巖化、電氣石化、絹雲母化及硅化、黑雲母化、綠泥石化等。礦石類型中的白雲石一碲化物型礦石最多,即白雲石為碲的重要載體礦物。組成礦石的礦物成分有:輝碲鉍礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、白雲石、石英、黃銅礦、葉碲鉍礦、硫碲鉍礦、方鉛礦等32種,其中以前5種最多(85%以上)。礦區最重要的碲化物為輝碲鉍礦(佔全部碲化物的90%以上),電子探針分析結果表明其基本化學式為Bi2Te1.97~2.05 S1.03~1.21,平均化學式為BiTe2.02~1.07。其次為葉碲鉍礦,基本化學式為BiTe0.95~0.99,平均化學式為BiTe0.97。
大水溝獨立碲礦形成於低温、富As、弱鹼性的介質環境,成礦物質主要源於沉積圍巖,部分物質源於深部,成礦溶液應為地下滷水或大氣降水,成礦時代為燕山期.
該碲礦牀發育在板塊拼接部位、深大斷裂構造及構造一岩漿強烈活動地帶,這種地帶不僅有豐富的成礦物質來源,而且有良好的賦礦空間及流體活動場所,從而有利於碲礦牀的形成;礦牀的形成與岩漿活動有密切的時空和成因關係,岩漿活動為成礦提供物質基礎;含礦流體、稀釉礦化劑來自深源岩漿熱液;礦牀屬於中一高温岩漿熱液礦牀;成礦過程是一個隨着温度、壓力的不斷降低,Eh值增加,而ptl值、氧逸度、硫逸度、碲逸度不斷降低的地球化學過程;Te在含礦流體中主要與Cl、S和H結合構成配合物,主要以氫碲酸HTe、氫碲酸根HTe一的形式進行遷移,其次以氯配合物及硫配合物形式進行遷移,並在含礦熱液的物理化學條件發生改變,即温度、壓力和pH值的降低和氧化還原電位的升高的情況下,發生解析作用,沉澱富集成礦。該成礦作用經歷早期碲的富集,成礦流體與深成作用有關;晚期發生金礦化,受古大氣降水影響;大水溝碲化物脈型礦牀屬於中深成、中高温岩漿熱液充填型獨立碲礦牀。 [3] 

理化性質

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物理性質

銅碲棒 銅碲棒
碲有兩種同素異形體,即黑色粉末狀、無定形碲和銀白色、金屬光澤、六方晶系的晶態碲.半導體,禁帶寬0.34電子伏。 [4] 
碲的兩種同素異形體中,一種是晶體的碲,具有金屬光澤,銀白色,性脆,是與銻相似的;另一種是無定形粉末狀,呈暗灰色。密度中等,熔、沸點較低。它是一種非金屬元素,可它卻有十分良好的傳熱和導電本領。在所有的非金屬同伴中,它的金屬性是最強的。
密度
6.25g/㎝³ [5] 
熔點
452℃ [5] 
沸點
1390℃ [5] 
無定形碲密度
6.0g/㎝³ [5] 
無定形碲熔點
449.5±0.3℃ [5] 
無定形碲沸點
989.8±3.8℃ [5] 
聲音在其中的傳播速率(m/S)
2610
地殼中含量(ppm)
0.005
元素在海水中的含量(ppm)太平洋表面
0.00000019
原子體積(立方厘米/摩爾
20.5
a = 445.72 pm [1] 
b = 445.72 pm [1] 
c = 592.9 pm [1] 
α = 90° [1] 
β = 90° [1] 
γ = 120° [1] 
電離能(kJ /mol):
M - M+ 869.2 [1] 
M+ - M2+ 1795 [1] 
M2+ - M3+ 2698 [1] 
M4+ - M5+ 5668 [1] 
M5+ - M6+ 6822 [1] 
M6+ - M7+ 13200 [1] 
M7+ - M8+ 15800 [1] 
M8+ - M9+ 18500 [1] 
M9+ - M10+ 21200 [1] 

化學性質

安瓿中的晶態碲 安瓿中的晶態碲
碲在空氣中燃燒帶有藍色火焰,生成二氧化碲;可與鹵素反應,但不與硫、硒反應。溶於硫酸、硝酸氫氧化鉀氰化鉀溶液。和熔融KCN反應產生K2Te [6] 
溶於水生成的氫碲酸具有類似氫硫酸的性質。碲也生成亞碲酸H2TeO3及相應的鹽。用強氧化劑(HClO、H2O2)作用於碲或TeO2(穩定白色晶態),生成H6TeO6,它在160℃轉變為粉末狀H2TeO4,進一步加熱則轉變為TeO3。H6TeO6易溶於水(25.3%)成為碲酸,是一種弱酸。
它的化學性質很像硫和硒,有一定的毒性。在空氣中把它加熱熔化,會生成氧化碲的白煙。它會使人感到噁心、頭痛、口渴,皮膚騷癢和心悸。人體吸入極低濃度的碲後,在呼氣、汗尿中會產生一種令人不偷快的大蒜臭氣。這種臭氣很容易被別人感覺到,但本人往往並不知道。
[4] 
52
所屬週期
5
所屬族數
VIA
136皮米
K-L-M-N-O
2-8-18-18-6
常見化合價
-2 0 4 6 [1] 
Main Te+4 [1] 
Other Te-2, Te-1, Te0, Te+2, Te+5, Te+6 [1] 
化學鍵能:(kJ /mol)
Te-H 240 [1] 
Te-O 268 [1] 
Te-F 335
Te-F 335 [1] 
Te-Cl 251 [1] 
Te-Te 235 [1] 

製備方法

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元素週期表 碲 元素週期表 碲
工業上是從銅冶煉電解銅的陽極泥中提取碲 [1]  。含碲約3%的陽極泥乾燥後在250℃下進行硫酸化焙燒,然後在700℃使二氧化硒揮發,碲留在焙燒渣中。用水浸出硫酸銅,再用氫氧化鈉溶液浸出,得到亞碲酸鈉溶液。浸出液用硫酸中和,生成粗氧化碲沉澱。兩次重複沉澱氧化物,然後進行水溶液電解,可得含碲為98%~99%的碲。 [4] 
可由煉鋅的煙塵中回收而得。 [7] 

應用領域

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安瓿中的無定型碲 安瓿中的無定型碲
碲消費量的80%是在冶金工業中應用:鋼和銅合金加入少量碲,能改善其切削加工性能並增加硬度;在白口鑄鐵中碲被用作碳化物穩定劑,使表面堅固耐磨;含少量碲的鉛,可提高材料的耐蝕性、耐磨性和強度,用作海底電纜的護套;鉛中加入碲能增加鉛的硬度,用來製作電池極板和印刷鉛字。碲可用作石油裂解催化劑的添加劑以及製取乙二醇的催化劑。氧化碲用作玻璃的着色劑。高純碲可作温差電材料的合金組分。碲化鉍為良好的製冷材料。碲和若干碲化物半導體材料。超純碲單晶是新型的紅外材料。
另外,在定時炸藥中,碲還是延時爆炸的引信。作為製造殺菌劑的原料,碲在醫療中,還可以提取碘的同位素,治癒甲狀腺類疾病。
主要用於石油裂化的催化劑,電鍍液的光亮劑、玻璃的着色材料,添加到鋼材中以增加其延性,添加到鉛中增加它的強度和耐蝕性。碲和它的化合物又是一種半導體材料。 [5] 
參考資料