52 Te 碲 127.6
类金属 p区 第5周期 第16族

碲

Te · 元素52 · 类金属

在地球上稀有，在宇宙中常见，也是使可重写光盘能够工作的元素。

20°C时的状态 固态
原子量 127.6 u
电子排布[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴
51Sb 全部 118 种 53I

结构

碲原子

这不是环上点阵图，而是对每个已占据亚层的实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号，这正是成键成为可能的原因。

轨道云

测量值

属性表

每个条形图显示碲在全部118种元素中该属性所处的位置。

物理

密度 6.24 g/cm³ 36%
熔点 722.7 K 36%
沸点 1261 K 31%
比热容 0.202 J/g·K
热导率 3 W/m·K 18%

原子

原子半径 139 pm 30%
共价半径 139 pm
范德华半径 206 pm

电子

电负性 2.1 74%
电离能 869.3 kJ/mol 78%
电子亲和能 190.1 kJ/mol 88%

存在情况

地壳中的丰度 0.001 mg/kg 32%

身份

符号Te
原子序数52
原子量127.6 u
类别类金属
区p
晶体结构六方晶系
氧化态-2, +2, +4, +5, +6
发现1783
发现者Franz-Joseph Muller von Reichenstein

来源：IUPAC 2021标准原子量、CRC《化学与物理手册》、NIST。标有~的数值为预测值，而非测量值。

尺寸，按比例显示

碲的原子有多大？

半径139 pm——即0.139 nm，因此大约3.6百万个这样的原子并排起来才有一毫米长。

温度范围

固态、液态、气态——以及转变时机

碲在538 K的范围内呈液态，温度从723 K到1261 K。

所在位置

在表中的位置

碲位于第5周期、第16族。 第16族中的所有元素具有相同的最外层电子数，因此它们的性质非常相似。

其他类金属

5B 14Si 32Ge 33As 51Sb 85At
所有类金属

背后的故事

碲是什么，以及我们如何发现它

在地球上稀有，在宇宙中常见，也是使可重写光盘能够工作的元素。

碲的发现

黄金之乡的意外发现

特兰西瓦尼亚，1782年

Franz-Joseph Müller von Reichenstein是特兰西瓦尼亚（现为罗马尼亚）的矿山总督察，他在Zlatna金矿发现了一种奇特的金属矿石。当地矿工称其为“aurum paradoxum”（矛盾之金），因为它看起来像金子，但加工时却表现异常。

化学侦探工作

Müller花了三年时间研究这种神秘物质：

  • 1782年：初步化学测试表明它不是锑、铋或任何已知金属
  • 1783年：证明其中含有一种与金结合的新金属元素
  • 1784年：分离出该元素，但无法确定其确切性质
  • 1785年：以“Tellurium”为名发表研究结果，名称源自拉丁语“tellus”（地球）
“这种矿物含有一种白色的奇特金属，尚未被描述过。我提议根据拉丁语中表示地球的词，将其命名为tellurium。”——Müller的原始描述

柏林确认

Martin Heinrich Klaproth（1798年）是发现铀和锆的著名德国化学家，他证实了Müller的研究。Klaproth从同一特兰西瓦尼亚矿石中独立分离出碲，并验证了其元素性质。

早期误解

几十年来，由于性质相似，碲一直与硒混淆：

  • 颜色变化：两种元素都能形成有色化合物
  • 类金属行为：具有相似的半导体性质
  • 化学相似性：两者属于同一化学族
  • 稀有性：两者以纯元素形式存在时都极其稀有

揭示黄金关联

1860年代的发现：地质学家意识到，科罗拉多州Cripple Creek和澳大利亚Kalgoorlie等地富含碲的金矿，包含世界上一些最丰富的金矿床。碲化物逐渐成为巨量金矿发现的代名词。

工业应用兴起

  • 1900年代：碲用于铸铁和钢合金，以改善切削性能
  • 1920年代：发现碲化铋的热电性质
  • 1940年代：用于红外探测系统的军事应用
  • 1960年代：半导体研究揭示其独特的电子性质

太阳能革命

1970年代的突破：特拉华大学的科学家开发出第一批高效碲化镉太阳能电池，开启了碲最重要的现代应用。这一发现将碲从一种鲜为人知的类金属转变为可再生能源的关键材料。

数字时代的应用

1990-2000年代：相变存储研究揭示了碲能够在晶态和非晶态之间快速转换的独特能力，从而实现：

  • 可重写光学介质（CD、DVD、蓝光）
  • 下一代计算机存储器
  • 高速数据存储系统
从神秘到非凡：碲从特兰西瓦尼亚金矿中令人困惑的矿石，发展为支持太阳能和量子计算的材料，这段历程表明，对罕见现象的科学好奇心能够带来改变世界的技术！

用途

碲的用途

太阳能革命

碲化镉（CdTe）太阳能电池是最具成本效益的光伏技术之一，能以超过22%的效率将阳光转化为电能。这些薄膜太阳能电池每千瓦仅需3-5克碲，使大规模部署太阳能在经济上可行。

热电应用

  • 碲化铋（Bi₂Te₃）：用于固态制冷和发电的先进热电材料
  • 珀耳帖制冷器：CPU冷却、激光二极管温度控制和科学仪器
  • 热电发电机：在汽车和工业应用中将余热转化为电能
  • 航天应用：用于深空任务的放射性同位素热电发电机

数据存储技术

  • 相变存储器（PCM）：用于下一代计算机存储器的Ge₂Sb₂Te₅（GST）合金
  • 蓝光光盘：碲合金实现高密度光学数据存储
  • DVD技术：银-铟-锑-碲用于可重写光学介质
  • 全息存储：先进碲化合物用于三维数据存储系统

冶金应用

  • 易切削钢：0.04-0.1%的碲可改善切削性能和表面光洁度
  • 铅合金：碲可使铅硬化，用于电池板栅和电缆护套
  • 铜合金：提高导电性和耐腐蚀性
  • 铸铁：碲可细化晶粒结构并减小白口层深度

化学催化

  • 橡胶硫化：碲促进剂用于高温橡胶应用
  • 氧化催化剂：碲化合物用于选择性氧化反应
  • 聚合：碲介导的自由基聚合用于可控聚合物合成

光学应用

  • 红外光学：碲化锌窗口用于CO₂激光系统
  • 电光器件：碲化镉用于红外探测和成像
  • 非线性光学：碲晶体用于频率转换和光开关
  • 光纤：碲酸盐玻璃光纤用于中红外激光传输

半导体技术

  • 碲镉汞（HgCdTe）：用于军事和航天应用的先进红外探测材料
  • 拓扑绝缘体：碲化铋用于量子计算研究
  • X射线探测器：碲化镉锌用于医学成像系统
  • 光伏研究：新型碲化合物用于下一代太阳能电池

国防与安全

  • 热成像：基于碲的红外传感器用于夜视系统
  • 核辐射探测：碲化镉伽马射线探测器用于安全检查
  • 导弹制导：使用碲镉汞传感器的红外导引头
未来技术：碲推动可再生能源转型、量子计算发展和下一代数据存储，使其成为21世纪技术中最具战略重要性的元素之一！

日常生活中的碲

可再生能源

  • 太阳能电池板：许多商业太阳能装置使用碲化镉薄膜技术
  • 家庭太阳能系统：CdTe电池板提供经济实惠的家庭太阳能
  • 太阳能计算器：小型CdTe电池为袖珍计算器和手表供电
  • 庭院太阳能灯：户外照明中使用基于碲的光伏电池

数字媒体与存储

  • 蓝光播放器：碲合金支持高清电影的存储和播放
  • 可重写DVD：相变材料允许数据多次写入和擦除
  • 计算机存储器：高端电子设备中的先进碲基存储器
  • 归档存储：长期数据保存系统使用碲化合物

冷却与温度控制

  • 热电制冷器：用于酒柜、迷你冰箱和便携式制冷设备
  • CPU冷却：计算机处理器使用碲化铋热电制冷器
  • 汽车座椅制冷器：配备热电座椅温控系统的豪华汽车
  • 医疗设备：温控样品存储和患者降温系统

汽车应用

  • 精密零件：碲增强钢用于改善发动机部件的加工性能
  • 铅蓄电池：碲可改善某些汽车应用中的电池性能
  • 热管理：使用热电发电机的余热回收系统

成像与探测

  • 安防摄像机：使用基于碲的探测器的红外夜视系统
  • 医学成像：医院和诊所中的X射线探测器
  • 热成像摄像机：建筑检查和能源审计设备
  • 火灾探测：配备碲传感器的烟雾和热量探测器
无形影响：碲是化学领域最“隐形”的元素之一——你每天通过太阳能、数字存储和冷却系统享受它带来的益处，但大多数人从未听说过它！

来源

自然存在

地壳中含量为0.001 mg/kg · 比32%的元素更丰富

碲：地球上最稀有的稳定元素

极度稀有

碲在地壳中的含量比金还低，丰度仅为0.001 ppm（1 ppb）。这种极端稀缺性使其成为最稀有的稳定元素之一，比锡或锑稀有1000多倍。

主要矿物

  • 碲化物：碲通常与金属结合存在，而不是以自然元素形式存在
  • 碲金矿（AuTe₂）：金碲化物，是一些金矿的重要来源
  • 硫碲金银矿（AuAgTe₄）：产于浅成热液矿床的金银碲化物
  • 碲铅矿（PbTe）：热液脉中的铅碲化物
  • 碲银矿（Ag₂Te）：贵金属矿床中的银碲化物
  • 自然碲：氧化带中的罕见金属晶体

商业来源

不存在原生碲矿——所有商业碲都作为以下过程的副产品获得：

  • 铜精炼（80%）：电解铜精炼会产生富碲阳极泥
  • 铅精炼（15%）：铅冶炼使碲富集于浮渣和残渣中
  • 金矿开采（5%）：加工金碲化物矿石可获得碲精矿

全球生产中心

  • 中国（50%）：江西铜业公司及其他冶炼厂主导全球生产
  • 日本（20%）：JX Nippon Mining从铜精炼中回收碲
  • 俄罗斯（10%）：Norilsk Nickel及其他矿业公司
  • 美国（8%）：Kennecott Utah Copper和ASARCO精炼厂
  • 加拿大（5%）：各种铜和贵金属生产企业

地球化学行为

碲的亲硫性意味着它会在硫化物矿物中富集，并在地质过程中跟随硫。它极度稀有的原因包括：

  • 挥发性损失：碲在地球早期形成过程中逃逸到太空
  • 地幔耗竭：优先富集于地球核心
  • 热液迁移：容易被热流体溶解并分散

宇宙丰度

在宇宙中，碲通过渐近巨星支星中的s过程核合成形成。尽管碲在宇宙中很稀有，但地球上碲的耗竭使其相对于邻近元素而言极其稀缺。

供应链关键性

  • 战略材料：供应有限，制约太阳能电池板生产
  • 回收工作：CdTe太阳能电池板回收可获得有价值的碲
  • 替代研究：由于供应限制，科学家正在寻找替代品
稀有性视角：如果地壳是一座足球场，碲所占的面积还不到针头大小——然而这种极其稀有的元素却推动着可再生能源革命！

处理

安全

碲的安全特性

中等毒性——独特危害

碲及其化合物具有中等毒性，会产生其他元素没有的一些独特生物效应。虽然其毒性低于汞或铅，但碲仍需谨慎处理并采取特定的安全措施。

独特的“蒜味口气”效应

碲味口气是接触碲后最具特征性的影响：

  • 二甲基碲：人体会将碲转化为带有强烈蒜味的挥发性化合物
  • 持续时间：接触结束后，碲味口气可能持续数周
  • 检测：可作为接触碲的生物指标
  • 无害指标：气味本身没有危险，但表明发生了接触

呼吸系统与全身影响

  • 吸入：碲尘会引起呼吸道刺激和类似肺炎的症状
  • 长期接触：可能导致碲在肝脏和肾脏中蓄积
  • 神经系统：高剂量可能影响周围神经系统
  • 生殖：有限数据表明可能产生发育影响

工作场所安全

  • 接触限值：OSHA规定碲及其化合物的PEL为0.1 mg/m³
  • 防护装备：必须使用呼吸器、手套和护目装备
  • 通风：碲加工场所应配备局部排风系统
  • 卫生：必须彻底洗手并使用单独的工作服

电子行业安全

  • 半导体工厂：碲化合物需要特殊的处理程序
  • 太阳能电池板制造：CdTe生产同时涉及碲和镉危害
  • 回收作业：含碲电子废物需要遵循适当的处理规程

消费品安全

  • 太阳能电池板：正常使用时，封装的CdTe风险极低
  • 电子设备：存储器件中的碲已密封，不会带来接触风险
  • 处置：电子废物应通过正规渠道回收

应急响应

  • 吸入：转移到新鲜空气处，观察呼吸道症状
  • 皮肤接触：用肥皂和水彻底清洗
  • 眼睛接触：用水冲洗15分钟，并就医
  • 摄入：联系中毒控制中心，不要催吐
安全提示：虽然工业环境中的碲需要谨慎处理，但通过太阳能电池板和电子设备产生的消费者接触风险很低。独特的“蒜味口气”效应使碲接触容易被发现和监测。

快速解答

碲：常见问题

碲是什么？

碲（符号Te）是元素周期表中的第52号元素，属于5周期16族的类金属。 在地球上稀有，在宇宙中常见，也是使可重写光盘能够工作的元素。 在室温下为固态。

碲的电子排布是什么？

碲的基态电子排布为[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴，共有5个已占据的电子层，电子分布为2, 8, 18, 18, 6。 它的最外层有6个电子，这决定了它的成键行为。

碲的熔点和沸点是多少？

碲在722.7 K（449.5 °C）熔化，在1261 K（987.9 °C）沸腾。

碲的原子量是多少？

碲的标准原子量为127.6 u。这是其自然存在的同位素的加权平均值，因此通常不是整数。

碲的密度是多少？

碲的密度为6.24 g/cm³。水的密度为1.0 g/cm³，因此碲块约重6.2倍。

碲的电负性是多少？

碲的鲍林电负性为2.1。该标度范围为0.70（钫，吸引电子能力最弱）至3.98（氟，吸引电子能力最强）。 处于这一中间范围的数值通常对应共价键，而不是强离子键。

谁发现了碲，是在什么时候？

碲由Franz-Joseph Muller von Reichenstein于1783年发现。 它以拉丁语 tellus，“大地”命名。

碲在地球上有多常见？

碲约占地壳的0.001 mg/kg——确实很稀有，因此价格昂贵。

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