Telluuri (Te, Z=52) – kemiallinen alkuaine, ominaisuudet ja isotoopit

Telluuri on kemiallinen alkuaine. Sen kemiallinen merkki on Te ja järjestysluku 52. Atomin ytimessä on 52 protonia ja ympärillä 52 elektronia. Sen keskimääräinen massaluku on noin 127,6. Telluurilla esiintyy luonnossa useita isotooppeja; sitä tavataan luonnollisena seoksena noin kahdeksasta eri isotoopista, joista osa on stabiileja ja osa radioaktiivisia. Yksi näistä radioaktiivisista isotoopeista, 128Te, on erityisen pitkäikäinen: sen puoliintumisaika on noin 2,2 × 10²⁴ vuotta, mikä on yksi pisimmistä tunnetuista radioaktiivisista puolintumisajoista maapallolla.

Perustiedot ja luokitus

• Ryhmä ja jakso: Telluuri kuuluu rikin ryhmään (ryhmä 16, myös chalcogenit) ja sijaitsee jaksollisen järjestelmän 5. jakson alueella.
• Luonne: Telluuri on metalloidiksi (puolimetalli) luokiteltava alkuaine, jolla on sekä metallisia että epämetallisia ominaisuuksia.
• Elektronirakenne: [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴.
• Esiintymismuoto ja ulkonäkö: hopeanvalkoinen, hauras aine, jolla on metallinhohtoinen pinta.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

• Sulamis- ja kiehumispiste: sulamispiste noin 449,5 °C ja kiehumispiste noin 988 °C.
• Tiheys: noin 6,2 g/cm³ (huoneenlämpö).
• Sähkö- ja lämmönjohtavuus: telluuri on heikommin johtava kuin tyypilliset metallit ja käyttäytyy puolijohteena tietyissä olosuhteissa.
• Halo ja hapetusluvut: tavallisia oksidaatiolukuja ovat −2, +2, +4 ja +6. Telluuri muodostaa yhdisteitä kuten telluridi-ionit (Te²⁻), oksidit (esim. TeO₂) ja halogenidit.
• Elektronegatiivisuus: noin 2,1 (Pauling)

Yhdisteet ja materiaalit

Telluuri muodostaa tärkeitä yhdisteitä ja materiaaleja, joita käytetään teollisuudessa ja tekniikassa:

• Telluridit: metallien telluridit (esim. CdTe, HgTe) ovat tärkeitä puolijohdemateriaaleja ja infrapunatekniikassa käytettyjä aineita.
• Bismutti- ja antimonitelluridit: Bi₂Te₃ on tunnettu termogeneraattori- ja jäähdytystehnologiaa hyödyntävä termoelementtimateriaali.
• Ge–Sb–Te-seokset: (esimerkiksi phase-change-muistiin käytettävät GeSbTe) muuttavat nopeasti olomuotoaan ja niitä käytetään tallennusmateriaalina optisissa ja elektroniikkalaitteissa.
• Suuret telluridi-yhdisteet: TeO₂ ja H₂Te (vedytelluridi) ovat esimerkkejä hapetus- ja hydridiyhdisteistä; H₂Te on hajuton ja myrkyllinen kaasu.

Luonto, esiintyminen ja tuotanto

• Telluuri on maapallolla harvinainen alkuaine. Sitä esiintyy usein pieninä pitoisuuksina mineraaleissa yhdessä kuparin, hopean ja kullan kanssa sekä sivutuotteena sulatus- ja jalostusprosessien yhteydessä.
• Suurin osa kaupallisesti käytetystä telluurista saadaan kaivosteollisuuden sivutuotteena kuparin ja muiden metallien rikastuksen yhteydessä.

Käyttö

• Puolijohdeteollisuus: CdTe- ja HgTe-pohjaiset materiaalit sekä muut telluridit.
• Termo- ja kylmälaitteet: Bi₂Te₃-pohjaiset termoelementit.
• Tallennusmateriaalit: GeSbTe-seokset phase-change-muisteissa ja optisissa tallenteissa.
• Seokset ja lisäaineet: pieniä määriä telluuria lisätään kupariin ja ruostumattomaan teräkseen parantamaan työstettävyyttä.
• Muita erikoissovelluksia: röntgen- ja gammasäteilyn havaitsemiseen tarkoitetut detektorit (esim. CdZnTe) hyödyntävät telluridipitoisia materiaaleja.

Isotoopit

Telluurilla on lukuisia isotooppeja. Luonnossa esiintyy useita vakaiksi alun perin luokiteltuja isotooppeja, mutta osa luonnonisotoopeista on radioaktiivisia ja hajoavat erittäin pitkällä ajanjaksolla (esim. kaksibetahajoaminen). Esimerkiksi 128Te ja 130Te ovat havaittu radioaktiivisiksi ja niiden puoliintumisajat ovat äärimmäisen pitkiä (kuten 128Te ≈ 2,2 × 10²⁴ vuotta ja 130Te ~10²⁰–10²¹ vuotta); nämä hajoamiset ovat merkittäviä ydinfysikaalisissa tutkimuksissa.

Terveys ja turvallisuus

• Telluuriyhdisteet voivat olla myrkyllisiä. Altistuminen suurille määrille voi aiheuttaa oireita, ja jotkin orgaaniset telluuriyhdisteet tuottavat vahvan valkosipulin hajun hengityksessä ja iholla.
• Työturvallisuudessa on tärkeää noudattaa asianmukaisia suojaimia ja käsittelyohjeita erityisesti pölyjen, höyryjen ja kaasujen kanssa työskenneltäessä.

Historia

Telluuri löydettiin 1700-luvulla: ensimmäisiä havaintoja tekivät tutkimukset alueilla, joissa esiintyi rikas monimetallinen malmi (esimerkiksi Franz-Joseph Müller von Reichenstein 1782). Nimi "telluuri" tulee latinankielisestä sanasta telluris (maa) ja sen antoi mm. Martin Heinrich Klaproth tunnustaen sen omaksi alkuaineekseen.

Telluuri on monipuolinen, vaikka harvinainen alkuaine, jonka erityisominaisuudet tekevät siitä arvokkaan materiaalin korkean teknologian sovelluksissa. Sen pitkäikäiset isotoopit ovat myös mielenkiintoisia ydinfysiikan ja kosmologian tutkimuksissa.