Tellur

Tellur [] (lat. tellus „Erde“) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Te und der Ordnungszahl 52. Im Periodensystem steht es in der sechsten Hauptgruppe, bzw. der 16. IUPAC-Gruppe, und 5. Periode und zählt damit zu den Chalkogenen.

Es ist ein silbergraues, giftiges, weiches, sprödes Halbmetall, welches im Aussehen Zinn und Antimon ähnelt. Es ist ungefähr so selten wie Gold, aber weitaus weniger teuer. Es wird hauptsächlich für Legierungen und Photovoltaikanlagen verwendet. Tellur wurde 1782 entdeckt, die Benennung erfolgte nach Tellus, einer Gottheit der römischen Mythologie. Nur selten kommt Tellur gediegen in der Natur vor. China ist mit Abstand der weltweit größte Produzent des Halbmetalls.

Geschichte mini|hochkant|links|Probe des Typmaterials mini|hochkant|links|Martin Heinrich Klaproth

Tellur wurde 1782 von dem österreichischen Chemiker und Mineralogen Franz Joseph Müller von Reichenstein (1740–1825) bei Untersuchungen von Gold-Erzen aus der Grube Mariahilf am Berg Faczebaja bei Zlatna (dt. Klein Schlatten, ung. Zalatna) nahe Sibiu (dt. Hermannstadt, Siebenbürgen, Rumänien) entdeckt, die eine geringere Goldausbeute als erwartet erbrachten. Er war durch die wissenschaftliche Abhandlung Nachricht vom gediegenen Spiesglaskönig in Siebenbürgen – Spiesglaskönig bezeichnet gediegen Antimon, Spiesglas ist eine alte Bezeichnung für das Mineral Stibnit (Antimonit, Grauspießglanz Sb2S3) – von Ignaz von Born (1742–1791) auf die Erze aufmerksam geworden. Von Born hielt das gediegene Metall in den Golderzen für Antimon und führte die geringe Ausbeute auf eine Verbindung des Goldes mit Antimon zurück. Müller von Reichenstein widersprach dieser Ansicht und hielt es zunächst für „geschwefelten Wismuth“.F. J. von Müller Reichenstein: Schreiben an Herrn Hofrath von Born. Über den vermeintlichen natürlichen Spiesglanzkönig. In: Physikalische Arbeiten der einträchtigen Freunde in Wien. 1. Quartal, 1783, S. 57–59. Nach weiteren Untersuchungen, deren Ergebnisse er zwischen 1783 und 1785 in einer vierteiligen Abhandlung publizierte,F. J. von Müller Reichenstein: Versuche mit dem in der Grube Mariahilf in dem Gebirge Fazeby bey Zalathna vorkommenden vermeinten gediegenen Spiesglanzkönig. In: Physikalische Arbeiten der einträchtigen Freunde in Wien. 1. Quartal, 1783, S. 63–69;Fortsetzung der Versuche mit dem in der Grube Mariahilf in dem Gebirge Fazeby bey Zalathna vorkommenden vermeinten gediegenen Spiesglanzkönig. In: Physikalische Arbeiten der einträchtigen Freunde in Wien. 2. Quartal, 1784, S. 49–53;Nachricht von den Golderzen aus Nagyag in Siebenbürgen. In: Physikalische Arbeiten der einträchtigen Freunde in Wien. 2. Quartal, 1784, S. 85–87;Fortsetzung der Versuche mit dem in der Grube Mariahilf in dem Gebirge Fazeby bey Zalathna vorkommenden vermeinten gediegenen Spiesglanzkönig. In: Physikalische Arbeiten der einträchtigen Freunde in Wien. 3. Quartal, 1785, S. 344–352. schloss er jedoch auch Bismut aus, da das Metall, im Gegensatz zu Antimon und Bismut, praktisch nicht mit Schwefelsäure reagierte. Er verlieh der metallischen Phase den Namen metallum problematicum (auch aurum problematicum beziehungsweise aurum paradoxum). Nach heutiger Erkenntnis besteht es neben gediegenem Tellur aus den Mineralen Nagyágit (Blättererz, AuPb(Pb,Sb,Bi)Te2–3S6) und Sylvanit (Schrifttellur, (Au,Ag)Te2). Müller von Reichenstein vermutete, dass metallum problematicum „…vielleicht ein neues bisher noch nicht gekanntes Halbmetall seye?“, wollte seine Befunde jedoch erst von dem schwedischen Mineralogen und Chemiker Torben Olof Bergman (1735–1784) bestätigen lassen. Im Jahr 1783 schickte er Proben des Erzes zur Begutachtung an Bergman, jedoch erhielt er keine definitiven Antworten. Bergman verstarb 1784 und die Untersuchungen an metallum problematicum wurden 1785 vorerst eingestellt.

Erst zwölf Jahre später, im Jahr 1797, erhielt Martin Heinrich Klaproth (1743–1817) in Berlin Proben der Erze von Müller von Reichenstein. Klaproth bekräftigte die Schlussfolgerungen aus Müller von Reichensteins Untersuchungen und sah genügend Hinweise für die Entdeckung eines neuen Elements. Im Januar 1798 würdigte Klaproth die Verdienste Müller von Reichensteins in einem Vortrag und schrieb ihm die Entdeckung des neuen Elements zu. Da Müller von Reichenstein dem Element keinen Namen gegeben hatte, entschied sich Klaproth für den Namen Tellur (lat. tellus: „Erde“):

Die originalen Handstücke des Probenmaterials von der Typlokalität Zlatna, das Klaproth zur Verfügung hatte, befinden sich heute im Museum für Naturkunde in Berlin.

Unabhängig von Müller von Reichenstein und Klaproth entdeckte 1789 der ungarische Chemiker und Botaniker Paul Kitaibel (1757–1817) das Tellur bei Untersuchungen von Golderzen aus dem Bergbauort Nagybörzsöny (Deutsch-Pilsen) in Ungarn. Klaproth erwähnte in seinem veröffentlichten Vortrag jedoch nur Müller von Reichenstein, obwohl er seit 1796 durch ein Manuskript Kitaibels auch Kenntnis von seinen Untersuchungen hatte. In einem Brief an Kitaibel erklärte Klaproth, der Inhalt des Manuskripts sei ihm entfallen und er habe bei den Untersuchungen der Erze Müller von Reichensteins keinen Zusammenhang mit seiner Arbeit gesehen. Klaproth überzeugte Kitaibel schließlich, dass die Entdeckung des Tellurs allein Müller von Reichenstein zugeschrieben werden sollte, da dieser bereits einige Jahre früher dieselben Beobachtungen an dem neuen Element machte.

Das Elementsymbol „Te“ wurde 1814 von Jöns Jakob Berzelius (1779–1848) vorgeschlagen und wird bis heute verwendet. Die erste Strukturaufklärung von kristallinem Tellur mit Hilfe der Röntgenbeugung an Pulverproben erfolgte 1924 in Manchester.

Vorkommen mini|hochkant|links|Tellur auf Sylvanit aus Tavua (Fidschi), Bildbreite: 2 mm

Tellur ist ein selten vorkommendes Element; sein Anteil an der Erdkruste beträgt ca. 0,01 ppm (g/t). Mit Gold, untergeordnet auch mit Silber, Kupfer, Blei und Bismut sowie den Platinmetallen kommt es selten gediegen, also in elementarer Form in der Natur, vor.

Gediegenes Tellur gehört als Mineral zur Gruppe der Elemente, genauer der Halb- und Nichtmetalle und wird in der Systematik der Minerale nach Strunz unter der Nummer I/B.03-40 (8. Auflage) bzw. 1.CC.10 (9. Auflage), und nach Dana unter der Nummer 1.3.4.2 geführt.

Spuren bis hin zu größeren Mengen an Selen können in gediegenem Tellur enthalten sein (Selentellur). Obwohl es sich bei Tellur um ein seltenes Element handelt, ist eine relativ große Anzahl von Mineralen bekannt, denn Tellur bildet eigene Minerale, weil es nur selten in Sulfiden oder Seleniden beziehungsweise Sulfaten oder Selenaten eingebaut wird; für diese Kristallgitter der leichteren Homologen ist es zu groß. Umgekehrt dagegen vertreten die beiden leichteren Homologen häufiger das Tellur auf seinen Gitterplätzen in Kristallstrukturen tellurhaltiger Minerale.

Tellur zeigt von allen Elementen die höchste Affinität zu Gold und findet sich daher in der Natur häufig in Form von Gold-Telluriden, Mineralen mit Tellurid- (Te2−) beziehungsweise Ditellurid-Anionen (Te22−). Neben Gold und anderen Edelmetallen bilden vor allem Blei und Bismut weitere natürliche Telluride, oft begleitend (Paragenesen) zu den gediegenen Metallen und Gold-Erzen.

Seltener sind Minerale mit Te4+-Kationen in der Kristallstruktur, wobei auch das wichtigste Oxid des Tellurs, das Tellurdioxid TeO2 in zwei Modifikationen als tetragonaler Paratellurit (α-TeO2) und orthorhombischer Tellurit (β-TeO2) in der Natur auftritt. Bei den weiteren Mineralen mit Tellur(IV)-Kationen handelt es sich um Oxotellurate(IV) (Tellurite), die komplexe [TeO3]2−- oder [TeO4]4−-Anionen enthalten. Minerale mit Te6+-Kationen in Form von oktaedrischen [TeO6]6−-Komplexanionen sind äußerst selten, es sind 21 Minerale bekannt, die größtenteils Kupfer und Blei enthalten. Neben den genannten Mineralen existieren in der Natur auch gemischtvalente Tellurminerale, darunter das Calcium-Oxotellurat(IV,VI) Carlfriesit CaTe3O8 mit einem Te4+:Te6+-Verhältnis von 2:1.S. A. Williams, R. V. Gaines: Carlfriesite, H4Ca(TeO3)3, a new mineral from Moctezuma, Sonora, Mexico. In: Mineralogical Magazine. Nr. 40, 1975, S. 127–130.H. Effenberger, J. Zemann, H. Mayer: Carlfriesite: crystal structure, revision of chemical formula, and synthesis. In: American Mineralogist. Nr. 63, 1978, S. 847–852. Bei den Mineralen mit Te4+ und Te6+-Kationen handelt es sich um Sekundärminerale, die aus der Verwitterung von gediegenem Tellur und Telluriden entstanden sind.

Tellurhaltige Minerale sind für die technische Gewinnung von Tellur ohne Bedeutung, da sie zu selten vorkommen und praktisch keine abbauwürdigen Lagerstätten existieren. Zu den bekannten Fundorten von gediegenem Tellur beziehungsweise tellurhaltiger Minerale zählen neben der Typlokalität Zlatna (Siebenbürgen, Rumänien) auch Moctezuma (Mexiko), Cripple Creek (Colorado), Kalgoorlie (Australien) und Calaveras (Kalifornien). Bisher (Stand: 2012) sind 154 tellurhaltige Minerale bekannt, von denen allerdings fünf (Dilithium, Imgreit, Kurilit, Sztrokayit, Protojoseit) bisher noch nicht von der International Mineralogical Association (IMA) als eigenständige Minerale anerkannt bzw. als solche diskreditiert wurden.Webmineral – Mineral Species containing the element Te (Tellurium). Eine Auswahl bekannter Minerale mit Tellur in verschiedenen Oxidationsstufen ist in der nachfolgenden Tabelle dargestellt.

Telluride Ditelluride Gemischte Chalkogenide Te(IV)-Minerale x100pxHessitAg2Te  x100pxCalaveritAuTe2 (monoklin)  x100pxNagyágit (Blättererz)AuPb(Pb,Sb,Bi)Te2–3S6  x100pxTelluritβ-TeO2 (orthorhombisch)  x100pxAltaitPbTe  x100pxSylvanit (Schrifttellur)(Au,Ag)Te2  x100pxTetradymitBi2Te2S  x100pxZemannitMg0,5ZnFe[TeO3]3•4,5 H2O 

Gewinnung und Darstellung + Weltjahresproduktion von Tellur in Tonnen Land 2020 2021 2022 2023 2024 ∅ 575 650 675 725 750 675,0 70 75 75 75 75 74,0 55 56 70 73 70 64,8 42 41 33 36 46 39,6 23 24 24 27 28 25,2 25 13 13 13 13 15,4 – – 11 20 20 10,2 4 3 3 1 2 2,6 Summen 794 862 904 970 1004 906,8 Tellur wird zusammen mit Selen industriell ausschließlich aus Nebenprodukten der großtechnischen elektrolytischen Kupfer- und Nickel-Herstellung gewonnen. In den anfallenden Anodenschlämmen sind wasserunlösliche Edelmetall-Telluride und -Selenide der allgemeinen Formel M2Ch (M = Cu, Ag, Au; Ch = Se, Te) enthalten, die bei Temperaturen oberhalb 500 °C unter Luftsauerstoff (O2) mit Soda (Natriumcarbonat Na2CO3) zur Reaktion gebracht werden. Die Edelmetall-Kationen (M+) werden dabei zu elementaren Metallen (M) reduziert, die Tellurid-Anionen zu Oxotelluraten(IV) (TeO32−) oxidiert:

Alternativ kann diese Umsetzung auch mit Salpeter (Natriumnitrat NaNO3) unter Luftausschluss und Bildung von Stickoxiden (NO und NO2) erfolgen:

Das entstandene Natriumtellurat(IV) Na2TeO3 wird anschließend in Wasser gelöst, wo es basisch reagiert und Hydrogentellurat(IV)-Ionen HTeO3− bildet. Die Abtrennung der Tellurate(IV) von den ebenfalls entstandenen Selenaten(IV) in der basischen Lösung erfolgt durch Neutralisation unter Zugabe von Schwefelsäure (H2SO4), wodurch in Wasser nahezu unlösliches Tellurdioxid TeO2 ausfällt:

Das Tellurdioxid kann entweder in Laugen durch Elektrolyse oder auf chemischem Weg durch Lösung in konzentrierten Mineralsäuren und Einleitung von Schwefeldioxid SO2 zu elementarem Tellur reduziert werden, wobei der Schwefel aus den SO2-Molekülen (bzw. den daraus in der Lösung gebildeten Sulfit-Ionen SO32−) oxidiert wird und Sulfat-Ionen (SO42−) entstehen:

Zur Gewinnung von hochreinem Tellur (> 99,9 %) wird das Zonenschmelzverfahren angewendet.