Τελλούριο: το προβληματικό μέταλλο

Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο τελλούριο. Κάθε Κυριακή «Το Βήμα» μάς ταξιδεύει και σε μιαν άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.

Βίος και πολιτεία

«Προβληματικό μέταλλο» λέει ο τίτλος δίπλα στο όνομα του στοιχείου αυτής της εβδομάδας. Και ήταν το τελλούριο προβληματικό ακόμη από τότε που ο Ντιμίτρι Μεντιελέγεφ, το 1869, προσπαθούσε να βάλει σε τάξη τα στοιχεία δημιουργώντας ό,τι ονομάστηκε «Περιοδικός Πίνακας των Στοιχείων» και περιελάμβανε όποιο άτομο υπάρχει και είναι μέλος των βασικών δομών για ό,τι ονομάζουμε Σύμπαν. Με βάση το ατομικό βάρος έπρεπε να είναι πρώτα το ιώδιο και μετά το τελλούριο στη σειρά. Εκείνη όμως την εποχή δεν ήταν ξεκάθαρο το τι συνέβαινε με τα ισότοπα ενός στοιχείου. Διότι αυτό που λέμε «ατομικό βάρος» προκύπτει ως μέσος όρος των βαρών διαφόρων ισοτόπων του στοιχείου. Τα ισότοπα είναι μορφές του στοιχείου που συναντούμε στη φύση (ή δημιουργούμε τεχνητά) και έχουν μεταξύ τους τον ίδιο αριθμό πρωτονίων (και ηλεκτρονίων κατ’ ανάγκη) αλλά διαφορετικό αριθμό νετρονίων. Κάτι που τα κάνει να έχουν διαφορετικό βάρος. Χρειάστηκε όμως να περάσουν πενήντα χρόνια προτού εξηγηθεί το φαινόμενο. Να κατανοήσουμε δηλαδή το ότι μπορεί όταν προσδιορίζουμε το ατομικό βάρος ενός στοιχείου, να υπάρχουν στο μείγμα ισότοπα ως επί το πλείστον «βαριά» (=με αρκετά νετρόνια) και να δίνουν, όπως στην περίπτωση του τελλουρίου, που έχουμε δύο τέτοια (το 130 και το 128), ατομικό βάρος 127,6 ενώ στο ιώδιο μόνον ένα, το 127, που διαμορφώνει το ατομικό βάρος του στο 126,9. Ο αριθμός όμως των πρωτονίων μάς λέει καθαρά ότι είναι πρώτα το τελλούριο με 52 πρωτόνια και μετά το ιώδιο με 53.

Αλλά υπάρχει και κάτι άλλο που συνεισφέρει στον χαρακτηρισμό «προβληματικό». Οποιος πολυανακατεύεται με το τελλούριο του συμβαίνει κάτι αρκετά δυσάρεστο. Από άτομα τελλουρίου που θα εισχωρήσουν στον οργανισμό του και θα βρεθούν στο αίμα του προκύπτει μια ένωση, το Δι-μεθυλο-τελλουρίδιο [(CH3)2Te]. Αυτή η ένωση κάνει τα ούρα, τον ιδρώτα αλλά και την αναπνοή να αποκτούν έντονα δυσάρεστη οσμή. Κάτι κοντά και στη μυρωδιά του σκόρδου, αφού τα δυο μεθύλια τα συναντούμε και στην οσμή που αναδίδει το χρήσιμο αλλά και με έντονα χαρακτηριστικά φυτό. Ετσι, άνθρωποι αναγκασμένοι να έρχονται σε επαφή με το τελλούριο θα αναγκαστούν να συμβιώσουν με την κακοσμία αυτή. Και είναι τόσο επίμονη ώστε έπειτα από σχετικά πειράματα να είναι γνωστό πως 15 χιλιοστά του γραμμαρίου τελλούριο δίνουν κακή αναπνοή ως και οκτώ μήνες μετά. Γι’ αυτό και δίπλα στο στοιχείο μπήκε από παλιά η προσωνυμία «Metallum Problematum», για να επικυρώνεται σήμερα και από προβλήματα σχετικά με την αγορά του. Ωστόσο το «προβληματικό» τελλούριο θα το βρούμε επίσης στο Διάστημα και στο τηλεσκόπιο Hubble, ενώ διευκολύνει κοριτσάκια (όχι εδώ στην Ελλάδα πάντως) να ασχοληθούν με την Αστρονομία!

Το τελλούριο ανακαλύφθηκε το 1783 από τον Φραντς Γιόζεφ Μίλερ φον Ράιχενσταϊν (1740-1825) στην πόλη Σιμπίου της Ρουμανίας. Ο βαρόνος και επιθεωρητής ορυχείων στην Τρανσυλβανία είχε δημιουργήσει μια συλλογή δειγμάτων από διάφορα ορυκτά που είχαν βρεθεί σε τοποθεσίες της ευρωπαϊκής ηπείρου. Ενα από αυτά, με προέλευση τη ρουμανική τοποθεσία Ζλάτνα, στην Τρανσυλβανία, περιοχή όπου υποτίθεται ότι έζησε και ο κόμης Δράκουλας, όντας στιλπνό και με μεταλλική υφή, ήταν τόσο σκοτεινό ως προς τη σύνθεσή του ώστε μέσα σε τρία χρόνια ο Μύλερ πίστεψε πως ήταν τρία διαφορετικά πράγματα και τελικά του είχε απονείμει έναν τίτλο που το συνοδεύει ως σήμερα: Metallum Problematicum. Το 1796 αποφασίζει να στείλει δείγμα στον διάσημο τότε γερμανό χημικό Μάρτιν Κλάπροτ (1743-1817) στο Βερολίνο. Εκείνος αποφαίνεται πως πρόκειται για νέο στοιχείο ενωμένο με χρυσό και του δίνει το όνομα τελλούριο, από τη λατινική λέξη tellus που σημαίνει γη (από την ίδια λατινική λέξη βγαίνει και ο όρος τελλουρικά ρεύματα, δηλαδή ρεύματα που κυκλοφορούν μέσα στη γη).

Ατομικός αριθμός: 52

Ατομικό βάρος: 127,6

Σημείο τήξης: 450^οC

Σημείο βρασμού: 990 ^οC

Αριθμός ισοτόπων: 38

Τίποτε αλλά αποβαίνει τοξικό για όποιον έρχεται σε παρατεταμένη επαφή μαζί του. Και επιπλέον ταλαιπωρείται και από τη δυσοσμία της αναπνοής για αρκετό χρονικό διάστημα.

Η ακτινοβολία που φθάνει ως εδώ από τις εσχατιές του Γαλαξία μας δείχνει ότι το τελλούριο, ένα στοιχείο σπάνιο στη Γη, βρίσκεται σε αρκετά απόμακρα από εμάς άστρα. Σύμφωνα με έρευνες επιστημόνων του ΜΙΤ, όπως η αστροφυσικός Αννα Φρέμπελ, εμφανίζεται τελλούριο σε άστρα ηλικίας 12 δισεκατομμυρίων ετών. Αφού όμως όλα ξεκίνησαν με πολύ πιο απλά στοιχεία, όπως το υδρογόνο και το ήλιο, θα πρέπει να υποθέσουμε πως κάτω από ειδικές συνθήκες που τις βρίσκουμε στους λεγόμενους υπερκαινοφανείς αστέρες πραγματοποιήθηκαν πυρηνικές συντήξεις αφάνταστες στην επιφάνεια του δικού μας πλανήτη και εμφανίστηκαν στοιχεία όπως το τελλούριο.

Στη Γη πάντως είναι στοιχείο σχεδόν έτοιμο να εξαφανιστεί. Προς το παρόν το τελλούριο προκύπτει ως παραπροϊόν της ηλεκτρολυτικής διαδικασίας για την παραγωγή χαλκού. Από 500 τόνους μεταλλεύματος χαλκού στην άνοδο παίρνουμε 450 γραμμάρια τελλουρίου. Παράγονται περίπου 110 τόνοι τον χρόνο από τις Ηνωμένες Πολιτείες, το Περού, την Ιαπωνία και τον Καναδά.

Το 2009 τα φωτοβολταϊκά που φτιάχνονται με φιλμ τελλουρικού καδμίου ήταν τα πρώτα που ήρθαν να ανταγωνιστούν τα ογκώδη πάνελ πυριτίου σε κόστος ανά βατ ικανότητας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό ίσως δείχνει ένα φθηνότερο μέλλον για την ηλιακή ενέργεια. Η βασική του λοιπόν χρήση είναι σε κράματα του χάλυβα και του χαλκού διότι κάνει αυτά τα μέταλλα, με μια πρόσμειξη μόλις 0,04%, πιο εύκολα στην επεξεργασία τους ενώ με τον μόλυβδο δημιουργείται ένα πλέγμα ικανό να παρέχει προστασία από ρωγμές που θα μπορούσαν να προκύψουν εξαιτίας κραδασμών και αντοχή στα οξέα αν χρησιμοποιείται στους συσσωρευτές μολύβδου. Επίσης στους γνωστούς μας δίσκους αποθήκευσης στοιχείων, DVD, CD, Blu-Ray, με τη μορφή υποξειδίου του τελλουρίου (TeO), οι οποίοι όπως ισχυρίζεται και κάποια από τις κατασκευάστριες εταιρείες, θα αντέξουν για 100 χρόνια (αν και προφανώς δεν θα χρειαστεί, διότι η τεχνολογία τους δεν θα αντέξει τόσο). Επίσης εξαιρετικές επιδόσεις ως προς την παραγωγή ενέργειας από το ηλιακό φως παρουσιάζει η ένωσή του με κάδμιο όταν σαν λεπτό φύλλο επίστρωσης χρησιμοποιείται στα φωτοβολταϊκά συγκροτήματα.

Η πιο ενδιαφέρουσα όμως εφαρμογή του είναι στην ανίχνευση υπέρυθρης ακτινοβολίας που βρίσκεται διάχυτη στο Διάστημα. Διότι τελλούριο συναντούμε στην εξελιγμένη Wide Field Camera 3 (WFC3) που εγκαταστάθηκε από τους αστροναύτες το 2009 στο διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. Η κάμερα αυτή έχει βέβαια διπλή λειτουργία διότι χωρίζοντας τις προσπίπτουσες ακτίνες σε δυο τμήματα, διαθέτει ανιχνευτή για το τμήμα του φάσματος από τις υπεριώδεις ως τις ορατές και άλλον ανιχνευτή για τις υπεριώδεις. Μια ειδική διάταξη μάλιστα δίνει ευαισθησία στην κάμερα για υπερέρυθρες κοντά στο ορατό φάσμα (Near Infra Red Radiation, NIR). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να μη συλλαμβάνει εκείνο το τμήμα της υπέρυθρης ακτινοβολίας που θα θέρμαινε επιβαρυντικά την κάμερα και θα απαιτούσε πολύ ογκώδες σύστημα ψύξης. Στην κάμερα αυτή για τις υπερέρυθρες έχουμε ένα κρυσταλλικό υλικό με υδράργυρο – κάδμιο – τελλούριο που επιτρέπει μεγάλη ευκινησία στα ηλεκτρόνια, άρα και ευαισθησία στην εμφάνιση ηλεκτρικής ενέργειας ανάλογης με την προσπίπτουσα υπέρυθρη ακτινοβολία.

Ενας αμερικανός ερευνητής, ο Τζον Τζέιμισον, εργάστηκε για πολλά χρόνια και με φοβερή επιμονή για να τελειοποιήσει το τηλεσκόπιό του που είναι με καθρέφτη και έχει εφοδιαστεί με ανιχνευτή υπέρυθρης ακτινοβολίας υδραργύρου – καδμίου – τελλουρίου με 256Χ256 pixels. Κάτι ανάλογο δηλαδή με την κάμερα του Hubble. Μετά τον θάνατό του το 1999 η οικογένειά του δώρισε το τηλεσκόπιο στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνας και αυτό εγκαταστάθηκε σε ένα ορεινό παρατηρητήριο (Steward Observatory) σε ύψος 3.000 μέτρων. Δεν το χρησιμοποιούν όμως μόνον ερευνητές ή έστω φοιτητές. Οι άνθρωποι εκεί, ίσως και επειδή ο Τζέιμισον είχε μια μικρή εγγονή μόνον, σκέφθηκαν να το χρησιμοποιήσουν για να μπορούν ακόμη και παιδιά να έχουν την εμπειρία ενός επαγγελματικού – επιστημονικού τηλεσκοπίου που θα τους έδινε τα πρώτα ερεθίσματα για την Αστρονομία. Ετσι, κάθε καλοκαίρι, επειδή υπάρχουν και ανάλογες εγκαταστάσεις για φιλοξενία σε κοιτώνες, ανεβάζουν, για παράδειγμα, μικρά κορίτσια που είναι αρχηγοί σε προσκοπικές ομάδες και τους δίνουν την ευκαιρία να κάνουν παρατηρήσεις και εργασίες. Θέλοντας να προωθήσουν και τις γυναίκες σε έναν τομέα όπου οι άνδρες είχαν πάντα τον πρώτο λόγο!