52 Te 127.6
类金属 p-block Period 5 Group 16

Te · Element 52 · Chalcogens

Rare on Earth, common in the universe, and the element that makes rewritable optical discs work.

20°C时的状态 固态
原子量 127.6 u
ELECTRON CONFIGURATION [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴

结构

碲 原子

这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。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

性质表

每个条形图都显示碲在全部118种元素中该性质的排名位置。

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

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
p
晶体结构六方晶系
氧化态-2, +2, +4, +5, +6
发现时间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 ~ 的数值是预测值,而非测量值。

按比例显示的大小

How big is a 碲 atom?

Radius 139 pm — that is 0.139 nm, so about 3597 million of them side by side would span a millimetre.

热范围

Solid, liquid, gas — and when

碲 is liquid over a 538 K window, from 723 K to 1261 K.

所在位置

在表中的位置

sits in period 5, group 16. Everything in group 16 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER 类金属

All 类金属

故事

碲 是什么,以及我们如何发现它

Rare on Earth, common in the universe, and the element that makes rewritable optical discs work.

The discovery of 碲

金矿区的意外发现

特兰西瓦尼亚,1782年

Franz-Joseph Müller von Reichenstein是特兰西瓦尼亚(现罗马尼亚)的矿山总监察长,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”(悖论金),因为它看起来像金,却在加工时表现异常。

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:以拉丁语“tellus”(地球)为词源,将研究结果发表为“Tellurium”
“这种矿物含有一种白色的特殊金属,尚未有人描述过。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,他确认了Müller的研究。Klaproth从同一种特兰西瓦尼亚矿石中独立分离出碲,并验证了它的元素性质。

早期误解

由于性质相似,碲曾与硒混淆了几十年:

  • 颜色变化:两种元素都会形成有色化合物
  • 类金属性质: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:两者以纯态存在时都极其稀有

揭示与黄金的联系

19世纪60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等地富含碲的金矿石,含有世界上一些最丰富的金矿床。碲化物逐渐成为大规模发现富矿的代名词。

工业应用出现

  • 20世纪初:碲被用于铸铁和钢合金,以改善可加工性
  • 20世纪20年代:发现碲化铋的热电性质
  • 20世纪40年代:用于红外探测系统的军事应用
  • 20世纪60年代:半导体研究揭示了其独特的电子性质

太阳能革命

20世纪70年代的突破:特拉华大学的科学家开发出第一种高效碲化镉太阳能电池,开启了碲最重要的现代应用。这一发现将一种鲜为人知的类金属转变为可再生能源领域的关键材料。

数字时代的应用

20世纪90年代至21世纪初:相变存储器研究揭示了碲在晶态和非晶态之间快速切换的独特能力,从而实现:

  • 可重写光学介质(CD、DVD、蓝光光盘)
  • 下一代计算机存储器
  • 高速数据存储系统
从谜团到奇迹: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,这段历程展现了对罕见现象的科学好奇心如何带来改变世界的技术!

应用

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,以超过22%的效率将阳光转化为电能。这些薄膜太阳能电池板每千瓦仅需3-5克碲,使大规模部署太阳能在经济上成为可行方案。

热电应用

  • 碲化铋(Bi₂Te₃):用于固态制冷和发电的领先热电材料
  • 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废热转化为电能
  • 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%的碲可改善可加工性和表面光洁度
  • 铅合金:碲使铅硬化,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
  • 聚合反应: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学开关
  • 光纤技术:碲酸盐玻璃光纤用于中红外激光传输

半导体技术

  • 碲化汞镉(HgCdTe):用于军事和航天应用的领先红外探测材料
  • 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
  • 核探测:碲化镉伽马射线探测器用于安检
  • 导弹制导:使用碲化汞镉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:许多商业太阳能设施使用碲化镉薄膜技术
  • 家庭太阳能系统:CdTe电池板以较低成本提供家庭太阳能
  • 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:碲合金实现高清电影存储和播放
  • 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
  • 档案存储:长期数据保存系统使用碲化合物

制冷与温度控制

  • 热电制冷器:酒柜、小型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:碲强化钢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:使用热电发电机的废热回收系统

成像与探测

  • 安防摄像头: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——你每天都通过太阳能、数字存储和制冷系统受益于它,但大多数人从未听说过它!

来源

自然存在

0.001 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 32% of elements

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,稀有程度超过锡或锑的1,000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,是一些金矿中的重要来源
  • 金银矿(AuAgTe₄):发现于浅成热液矿床中的金银碲化物
  • 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:氧化带中的稀有金属晶体

商业来源

不存在主要碲矿——所有商业碲均作为以下过程的副产品获得:

  • 铜精炼(80%):电解精炼铜会产生富含碲的阳极泥
  • 铅精炼(15%):铅冶炼使碲富集于炉渣和残渣中
  • 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%):江西铜业公司和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和其他采矿公司
  • 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

碲的亲硫性质意味着它会在硫化物矿物中富集,并在地质过程中跟随硫迁移。其极端稀有性源于:

  • 挥发性损失:地球早期形成过程中,碲逃逸到太空
  • 地幔贫化:优先富集于地球核心
  • 热液迁移:易被热流体溶解和分散

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,但地球上的碲贫化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

碲的安全概况

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学效应。虽然碲的毒性低于汞或铅,但仍需谨慎处理并采取具体的安全预防措施。

独特的“蒜味口气”效应

碲味呼吸是接触碲后最具特征性的效应:

  • 二甲基碲:人体将碲转化为具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学指标
  • 无害指标:气味本身并不危险,但表明发生了接触

呼吸和全身影响

  • 吸入:碲尘会引起呼吸道刺激和类似肺炎的症状
  • 慢性接触:可能导致碲在肝脏和肾脏中蓄积
  • 神经系统:大剂量可能影响周围神经系统
  • 生殖影响: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
  • 防护设备:必须使用呼吸器、手套和护目装备
  • 通风:碲加工应使用局部排风系统
  • 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:碲化合物需要专门的处理程序
  • 太阳能电池板制造:CdTe生产同时涉及碲和镉的危害
  • 回收作业:含碲电子废物需要遵守适当的操作规程

消费品安全

  • 太阳能电池板:封装的CdTe在正常使用期间风险极低
  • 电子设备:存储器件中的碲已被密封,不会造成接触风险
  • 处置:电子废物应通过正规渠道回收

应急响应

  • 吸入:转移至新鲜空气处,并观察呼吸道症状
  • 皮肤接触:用肥皂和水彻底清洗
  • 眼睛接触:用水冲洗15分钟,并寻求医疗救助
  • 摄入:联系中毒控制中心,不要催吐
安全提示:虽然碲在工业环境中需要谨慎处理,但通过太阳能电池板和电子设备产生的消费者接触风险极低。独特的“蒜味口气”效应使碲接触容易被发现和监测。

快速回答

碲:常见问题

What is 碲?

碲 (symbol Te) is element 52 on the periodic table, a 类金属 in period 5, group 16. Rare on Earth, common in the universe, and the element that makes rewritable optical discs work. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of 碲?

碲's ground-state electron configuration is [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁴, giving 5 occupied shells holding 2, 8, 18, 18, 6 electrons respectively. Its outer shell holds 6 electrons, which is what sets its bonding behaviour.

What are the melting and boiling points of 碲?

碲 melts at 722.7 K (449.5 °C) and boils at 1261 K (987.9 °C).

What is the atomic mass of 碲?

The standard atomic weight of 碲 is 127.6 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is 碲?

碲 has a density of 6.24 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 碲 is about 6.2× heavier.

What is the electronegativity of 碲?

碲 has a Pauling electronegativity of 2.1. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered 碲, and when?

碲 was discovered in 1783 by Franz-Joseph Muller von Reichenstein. It is named after latin tellus, "earth".

How common is 碲 on Earth?

碲 makes up about 0.001 mg/kg of the Earth's crust — genuinely rare, which is why it is expensive.