Resumo

O telúrio (Te, número atômico 52) é um metaloide frágil, levemente tóxico e raro, com cor branco-prateada, pertencente ao grupo dos calcogênios da tabela periódica. Com abundância crustal comparável à platina (~1 μg/kg), o telúrio exibe propriedades semicondutoras únicas e forma compostos em estados de oxidação variando de -2 a +6. O elemento demonstra estrutura cristalina trigonal, ponto de fusão de 722,66 K (449,51°C) e ponto de ebulição de 1261 K (987,85°C). Suas principais aplicações industriais incluem células solares de telúrio de cádmio, dispositivos termoelétricos e ligas metalúrgicas para melhorar a usinagem. A extrema raridade terrestre do telúrio resulta da formação de hidretos voláteis durante a acreção planetária, causando depleção por mecanismos de escape atmosférico.

Introdução

O telúrio ocupa a posição 52 na tabela periódica como o penúltimo membro do grupo 16 (calcogênios), localizado entre o selênio e o polônio. O elemento exibe características intermediárias de metaloide com configuração eletrônica [Kr]4d¹⁰5s²5p⁴, possuindo quatro elétrons de valência no orbital p externo. Essa configuração permite ao telúrio manifestar diversos estados de oxidação e formar uma ampla série de compostos binários e ternários. Sua descoberta ocorreu em 1782 por Franz-Joseph Müller von Reichenstein em minério de ouro da Transilvânia, embora a identificação sistemática e a nomenclatura tenham sido concluídas por Martin Heinrich Klaproth em 1798. O nome do elemento deriva do latim "tellus", significando terra, refletindo seu contexto de descoberta terrestre apesar de sua abundância cósmica superior à do rubídio. Sua relevância moderna concentra-se em aplicações fotovoltaicas, conversão termoelétrica e tecnologias de semicondutores especializadas, onde suas propriedades eletrônicas únicas fornecem funcionalidades insubstituíveis.

Propriedades Físicas e Estrutura Atômica

Parâmetros Atômicos Fundamentais

O telúrio possui número atômico 52 e massa atômica padrão de 127,60 g·mol^-1, notavelmente superior à do iodo (126,90 g·mol^-1) apesar de seu número atômico mais baixo. Sua configuração eletrônica [Kr]4d¹⁰5s²5p⁴ demonstra efeitos de blindagem do subnível d completo, contribuindo para raio atômico de 140 pm e raio covalente de 138 pm. Cálculos de carga nuclear efetiva revelam blindagem moderada pelos elétrons internos, resultando em energia de ionização de 869,3 kJ·mol^-1 e afinidade eletrônica de 190,2 kJ·mol^-1. Os valores de eletronegatividade incluem escala Pauling 2,1, escala Mulliken 2,01 e escala Allred-Rochow 2,01, indicando capacidade moderada de atração eletrônica, intermediária entre selênio (2,55) e polônio (2,0). As energias de ionização subsequentes seguem o padrão característico do bloco p: segunda ionização 1790 kJ·mol^-1, terceira ionização 2698 kJ·mol^-1, refletindo a remoção progressiva de elétrons de subníveis completos.

Características Físicas Macroscópicas

O telúrio cristalino apresenta brilho metálico branco-prateado no sistema cristalino trigonal (grupo espacial P3₁21 ou P3₂21 dependendo da quiralidade), estruturalmente análogo ao selênio cinza. A estrutura cristalina consiste em cadeias helicoidais paralelas contendo três átomos de telúrio por volta, com distâncias interatômicas de 2,835 Å dentro das cadeias e 3,49 Å entre elas. A densidade em condições padrão mede 6,24 g·cm^-3, refletindo empacotamento relativamente compacto apesar da estrutura molecular em cadeias. Suas propriedades térmicas incluem ponto de fusão de 722,66 K (449,51°C), ponto de ebulição de 1261 K (987,85°C), calor de fusão de 17,49 kJ·mol^-1 e calor de vaporização de 114,1 kJ·mol^-1. A capacidade térmica específica a 298 K é de 25,73 J·mol^-1·K^-1. O elemento exibe comportamento semicondutor com banda proibida de aproximadamente 0,35 eV e condutividade elétrica anisotrópica devido à estrutura cristalina em cadeias. A fotocondutividade ocorre sob iluminação, indicando excitação eletrônica através da banda proibida moderada.

Propriedades Químicas e Reatividade

Estrutura Eletrônica e Comportamento de Ligação

A reatividade química do telúrio origina-se dos quatro elétrons de valência no orbital 5p, permitindo formar duas ligações covalentes com retenção de dois pares solitários na maioria dos compostos. Os estados de oxidação comuns incluem -2 em telurietos, +2 em di-haletos, +4 em tetra-haletos e dióxido, e +6 em hexafluoreto e derivados de ácido telúrico. O estado +4 predomina em compostos terrestres devido a considerações de estabilidade termodinâmica. A formação de ligações geralmente envolve hibridização sp³, produzindo geometrias moleculares angulares, embora estados de oxidação mais altos possam exibir coordenação octaédrica, como em TeF₆. Os comprimentos de ligação telúrio-oxigênio variam de 1,88 Å em TeO₃²⁻ a 2,12 Å em TeO₄²⁻, refletindo ordem de ligação e ambiente de coordenação variáveis. Os raios covalentes aumentam com o estado de oxidação: Te⁻² (221 pm), Te⁰ (138 pm), Te⁴⁺ (97 pm), Te⁶⁺ (56 pm), demonstrando contração eletrônica sistemática com a oxidação.

Propriedades Eletroquímicas e Termodinâmicas

Os potenciais de redução padrão demonstram a posição intermediária do telúrio na série dos calcogênios. O par Te/Te²⁻ apresenta E° = -1,143 V, enquanto o par TeO₂/Te mostra E° = +0,593 V em solução ácida. O par TeO₄²⁻/TeO₃²⁻ exibe E° = +1,02 V, indicando forte caráter oxidante das espécies telúricas. A progressão de eletronegatividade (O > S > Se > Te > Po) reflete a diminuição da atração nuclear com aumento do raio atômico. As tendências de energia de ionização seguem padrões similares, com o telúrio mostrando valores moderados entre selênio e polônio. Dados termodinâmicos de compostos de telúrio indicam entalpias de formação geralmente negativas para óxidos e positivas para telurietos de metais eletropositivos. A entropia padrão do telúrio elementar é de 49,71 J·mol⁻¹·K⁻¹ a 298 K, consistente com estrutura cristalina ordenada. As energias de dissociação de ligações diminuem na série: H₂O (463 kJ·mol⁻¹) > H₂S (347 kJ·mol⁻¹) > H₂Se (276 kJ·mol⁻¹) > H₂Te (238 kJ·mol⁻¹), refletindo aumento do comprimento da ligação e diminuição da sobreposição orbital.

Compostos Químicos e Formação de Complexos

Compostos Binários e Ternários

O dióxido de telúrio (TeO₂) representa o óxido mais termodinamicamente estável, cristalizando em duas formas polimórficas: paratelurita tetragonal e telurita ortorrômbica. Sua formação ocorre por oxidação atmosférica em altas temperaturas, produzindo coloração azulada na chama. O dióxido exibe comportamento anfotérico, dissolvendo-se em ácidos fortes para formar compostos telúricos e em bases para gerar teluritos. O trióxido de telúrio (β-TeO₃) forma-se pela decomposição térmica do ácido ortotelúrico Te(OH)₆, embora formas α e γ reportadas anteriormente representem espécies hidroxiladas de valência mista, não óxidos verdadeiros no estado +6. A química dos haletos abrange toda a série, de fluoretos a iodetos. O hexafluoreto de telúrio (TeF₆) adota geometria octaédrica com comprimento de ligação Te-F de 1,815 Å, demonstrando participação substancial dos orbitais d na ligação. Os tetra-haletos TeCl₄, TeBr₄ e TeI₄ exibem estruturas piramidais quadradas com pares solitários estereoisolantes. Os telurietos binários com metais abrangem ampla variação estequiométrica, de proporções simples 1:1 (ZnTe, CdTe) a fases ternárias complexas incorporando outros calcogênios ou cátions.

Química de Coordenação e Compostos Organometálicos

O telúrio forma complexos de coordenação extensos utilizando orbitais d vazios e pares de elétrons solitários. A geometria plana quadrada caracteriza os ânions tetrahalotéluratos TeX₄²⁻ (X = Cl, Br, I) com comprimentos típicos de ligação Te-X de 2,5-2,7 Å. Espécies polinucleares incluem Te₂I₆²⁻ e Te₄I₁₄²⁻, demonstrando a capacidade do telúrio de assumir modos de coordenação ponte. Cátions Zintl representam produtos únicos de oxidação formados em meio superácido: Te₄²⁺ (plano quadrado), Te₆⁴⁺ (prismático trigonal) e Te₈²⁺ (estrutura bicíclica). Essas espécies exibem espectros eletrônicos e propriedades magnéticas distintas, refletindo ligações deslocalizadas nas estruturas de telúrio. A química organometálica permanece limitada comparada aos calcogênios mais leves devido à maior labilidade das ligações Te-C. Os telurols (R-TeH) demonstram extrema instabilidade frente à eliminação de hidrogênio, enquanto os teluraéteres (R-Te-R') mostram estabilidade aumentada por saturação de coordenação. O subóxido de telúrio encontra aplicações especializadas em armazenamento óptico de mudança de fase, explorando transições reversíveis entre estados cristalino e amorfo sob irradiação a laser.

Ocorrência Natural e Análise Isotópica

Distribuição Geoquímica e Abundância

O telúrio apresenta abundância crustal de aproximadamente 1 μg·kg⁻¹, comparável à platina, representando um dos elementos estáveis mais raros na crosta terrestre. Essa escassez contrasta fortemente com sua abundância cósmica, onde supera o rubídio apesar da concentração terrestre deste ser 10.000 vezes maior. A discrepância resulta da formação de hidretos voláteis durante a acreção planetária primordial. Em condições redutoras características da nebulosa solar primitiva, o telúrio formou prontamente hidrotelúrio (H₂Te), que escapou para o espaço como gás. O selênio sofreu depleção similar, porém menos acentuada. Seu comportamento geoquímico contemporâneo demonstra tendências calcófilas e sidersófilas com concentração preferencial em fases sulfetadas e associações com metais nativos. A maioria do telúrio ocorre em minerais de telurieto de ouro, incluindo calaverita e krennerita (AuTe₂), petzita (Ag₃AuTe₂) e sylvanita (AgAuTe₄). Cristais de telúrio nativo ocorrem ocasionalmente, mas são geologicamente incomuns. A extração industrial depende principalmente de lodos anódicos nas refinarias de cobre e chumbo, onde o telúrio se concentra durante processos de purificação eletrolítica.

Propriedades Nucleares e Composição Isotópica

O telúrio natural compreende oito isótopos com números de massa 120, 122, 123, 124, 125, 126, 128 e 130. Seis isótopos (¹²⁰Te até ¹²⁶Te) demonstram configurações nucleares estáveis, enquanto ¹²⁸Te e ¹³⁰Te sofrem decaimento radioativo extremamente lento por emissão dupla beta e emissão beta simples, respectivamente. As abundâncias isotópicas são: ¹²⁰Te (0,09%), ¹²²Te (2,55%), ¹²³Te (0,89%), ¹²⁴Te (4,74%), ¹²⁵Te (7,07%), ¹²⁶Te (18,84%), ¹²⁸Te (31,74%) e ¹³⁰Te (34,08%). O isótopo ¹²⁸Te possui a meia-vida mais longa medida entre todos os radionuclídeos, de 2,2 × 10²⁴ anos, superando a idade do universo em aproximadamente 160 trilhões de vezes. Os momentos magnéticos nucleares variam de -0,8885 magnetons nucleares (¹²³Te) a -0,7369 magnetons nucleares (¹²⁵Te) para isótopos de massa ímpar. Existem 31 radioisótopos artificiais com massas de 104-142 e meias-vidas variando de microssegundos a 19 dias. Isótopos sintéticos notáveis incluem ¹³¹Te (meia-vida 25 minutos), importante como precursor na produção de iodo-131 médico através de bombardeamento de nêutrons. As seções de captura de nêutrons térmicos variam significativamente: ¹²³Te (418 barns) >> ¹²⁵Te (1,55 barns), permitindo ativação isotópica seletiva.

Produção Industrial e Aplicações Tecnológicas

Métodos de Extração e Purificação

A recuperação comercial de telúrio ocorre como subproduto dos processos de eletrorrefino de cobre e chumbo, onde se concentra em lodos anódicos junto com selênio e metais preciosos. O processamento típico de minério de cobre produz aproximadamente 1 kg de telúrio por 1000 toneladas de minério, estabelecendo limitações intrínsecas de suprimento. Os lodos são submetidos a ustulação a 773 K com carbonato de sódio em atmosfera oxidante, convertendo telurietos metálicos em telurito de sódio enquanto reduz metais nobres à forma elementar: M₂Te + O₂ + Na₂CO₃ → Na₂TeO₃ + 2M + CO₂. A lixiviação com água dissolve hidroteluritos (HTeO₃⁻), que se separam dos selenitos insolúveis por precipitação seletiva com ácido sulfúrico. O precipitado de dióxido de telúrio é reduzido eletroquimicamente ou reagindo com dióxido de enxofre: TeO₂ + 2SO₂ + 2H₂O → Te + 2SO₄²⁻ + 4H⁺. A purificação envolve refino por zonas ou destilação a vácuo, produzindo material técnico com pureza de 99,5-99,99%. A produção global atingiu aproximadamente 630 toneladas em 2022, com a China contribuindo ~54% através de mineração primária e recuperação secundária. Restrições de suprimento e aumento da demanda por aplicações fotovoltaicas geram volatilidade de preços, variando entre US$30-220 por quilograma dependendo da pureza e condições de mercado.

Aplicações Tecnológicas e Perspectivas Futuras

As células solares de telúrio de cádmio representam a aplicação dominante, respondendo por aproximadamente 40% do consumo de telúrio. Esses dispositivos de filme fino atingem eficiências comerciais superiores a 22% com coeficientes térmicos superiores e custos de fabricação reduzidos comparados ao silício. As propriedades semicondutoras do CdTe (banda proibida 1,45 eV) permitem absorção ótima do espectro solar com mínimas perdas por termalização. Aplicações termoelétricas consomem ~30% da produção através de composições de telúrio de bismuto (Bi₂Te₃) que alcançam valores de figura de mérito (zT) próximos a 1,0 em temperatura ambiente. Esses materiais permitem refrigeração em estado sólido e recuperação de calor residual em aplicações automotivas e industriais. As utilizações metalúrgicas incluem ligas de cobre telurado e aços de usinagem fácil onde pequenas adições (0,04-0,08%) melhoram significativamente a usinabilidade sem comprometer condutividade elétrica ou propriedades mecânicas. Aplicações emergentes abrangem detectores de raios gama de telúrio de cádmio-zinco ((Cd,Zn)Te) para imagens médicas e observações astrofísicas. A tecnologia de memória de mudança de fase explora transições rápidas entre estados cristalino e amorfo em composições de telúrio-germânio-antimônio para armazenamento não volátil de dados. Fronteiras de pesquisa investigam tritelurietos de terras raras (RTe₃) que exibem ondas de densidade de carga, supercondutividade e estados eletrônicos topológicos com potenciais aplicações em computação quântica.

Desenvolvimento Histórico e Descoberta

A descoberta do telúrio originou-se de investigações em minério de ouro incomum da mina Mariahilf próximo a Zlatna, Transilvânia (atual Romênia), no final do século XVIII. O material, inicialmente denominado "antimonalischer Goldkies" (pirita de ouro antimônica), confundiu mineralogistas devido a propriedades inconsistentes com compostos de antimônio conhecidos. Franz-Joseph Müller von Reichenstein, então inspetor-chefe de minas da Áustria, iniciou análises sistemáticas em 1782, concluindo que o minério não continha antimônio nem bismuto, mas uma substância metálica desconhecida. Através de investigações químicas extensivas com mais de cinquenta testes ao longo de três anos, Müller caracterizou propriedades distintivas: determinações de densidade, emissão de fumaça branca com odor de rábano ao aquecer, coloração vermelha em soluções de ácido sulfúrico e formação de precipitado negro ao diluir. Apesar da caracterização abrangente, Müller não conseguiu identificar definitivamente a substância, denominando-a "aurum paradoxum" (ouro paradoxal) e "metallum problematicum" (metal problemático). A redescoberta independente ocorreu em 1789 por Pál Kitaibel em minério similar de Deutsch-Pilsen, embora o crédito tenha sido atribuído corretamente a Müller. A identificação definitiva e a nomenclatura foram estabelecidas por Martin Heinrich Klaproth em 1798 após isolamento do mineral calaverita. O nome "tellurium" deriva do latim "tellus", significando terra, refletindo o contexto terrestre da descoberta. As primeiras aplicações incluíram investigações de Thomas Midgley sobre propriedades antidetonantes em combustíveis automotivos na década de 1920, embora sua implementação tenha sido rejeitada devido a efeitos persistentes de odor, favorecendo a adoção do tetraetila de chumbo.

Conclusão

O telúrio ocupa posição única como o elemento estável mais raro na crosta terrestre, enquanto simultaneamente demonstra relevância tecnológica crucial nas aplicações modernas de energia e eletrônica. Suas propriedades intermediárias de metaloide permitem química de oxidação diversificada entre estados -2 a +6 e formação de arquiteturas moleculares complexas, incluindo cátions Zintl e espécies intercalcogênicas. Sua importância industrial concentra-se na conversão fotovoltaica através de células solares de telúrio de cádmio e sistemas de recuperação de calor residual termoelétrico utilizando composições de telúrio de bismuto. As limitações de suprimento resultantes de métodos de extração secundária e escassez geoquímica extrema representam desafios contínuos para expansão tecnológica. Direções futuras de pesquisa abrangem materiais quânticos de tritelúrio de terras raras, compósitos termoelétricos avançados e arquiteturas de memória de mudança de fase explorando as capacidades únicas de comutação eletrônica do telúrio. Compreender a química fundamental do telúrio e desenvolver cadeias de suprimento sustentáveis permanecem críticos para avançar nas tecnologias de armazenamento e conversão de energia da próxima geração.