Resumen

El telurio (Te, número atómico 52) es un metaloide frágil, levemente tóxico y raro de color blanco plateado que pertenece al grupo de los calcógenos en la tabla periódica. Con una abundancia en la corteza terrestre comparable a la del platino (~1 μg/kg), el telurio exhibe propiedades únicas de semiconductor y forma compuestos en estados de oxidación que van desde -2 hasta +6. El elemento presenta estructura cristalina trigonal, punto de fusión de 722.66 K (449.51°C) y punto de ebullición de 1261 K (987.85°C). Sus principales aplicaciones industriales incluyen celdas solares de telurio de cadmio, dispositivos termoeléctricos y aleaciones metalúrgicas para mejorar la maquinabilidad. La extrema rareza terrestre del telurio se debe a la formación de hidruros volátiles durante la acreción planetaria, lo que causó su depleción mediante mecanismos de escape atmosférico.

Introducción

El telurio ocupa la posición 52 en la tabla periódica como el penúltimo miembro del grupo 16 (calcógenos), ubicado entre el selenio y el polonio. El elemento exhibe características intermedias de metaloide con configuración electrónica [Kr]4d¹⁰5s²5p⁴, poseyendo cuatro electrones de valencia en el orbital p exterior. Esta configuración permite al telurio manifestar diversos estados de oxidación y formar una amplia serie de compuestos binarios y ternarios. Su descubrimiento ocurrió en 1782 por Franz-Joseph Müller von Reichenstein en mineral de oro de Transilvania, aunque su identificación sistemática y nomenclatura fueron completadas por Martin Heinrich Klaproth en 1798. El nombre del elemento proviene del latín "tellus" (tierra), reflejando su contexto de descubrimiento terrestre a pesar de su abundancia cósmica superior a la del rubidio. Su relevancia moderna se centra en aplicaciones fotovoltaicas, conversión termoeléctrica y tecnologías especializadas de semiconductores donde sus propiedades electrónicas únicas proporcionan funcionalidad insustituible.

Propiedades Físicas y Estructura Atómica

Parámetros Atómicos Fundamentales

El telurio tiene número atómico 52 y masa atómica estándar de 127.60 g·mol^-1, notablemente superior a la del yodo (126.90 g·mol^-1) a pesar de su menor número atómico. Su configuración electrónica [Kr]4d¹⁰5s²5p⁴ demuestra efectos de apantallamiento del subnivel d lleno, contribuyendo a un radio atómico de 140 pm y radio covalente de 138 pm. Los cálculos de carga nuclear efectiva revelan apantallamiento moderado por electrones internos, resultando en una energía de ionización de 869.3 kJ·mol^-1 y afinidad electrónica de 190.2 kJ·mol^-1. Los valores de electronegatividad abarcan la escala de Pauling 2.1, escala de Mulliken 2.01 y escala de Allred-Rochow 2.01, indicando una capacidad moderada de atracción de electrones intermedia entre el selenio (2.55) y el polonio (2.0). Las energías sucesivas de ionización demuestran progresión característica del bloque p: segunda ionización 1790 kJ·mol^-1, tercera ionización 2698 kJ·mol^-1, reflejando la remoción progresiva de electrones de subniveles llenos.

Características Físicas Macroscópicas

El telurio cristalino muestra un lustre metálico blanco plateado en el sistema cristalino trigonal (grupo espacial P3₁21 o P3₂21 dependiendo de la quiralidad), estructuralmente análogo a la forma gris del selenio. La estructura cristalina consiste en cadenas helicoidales paralelas conteniendo tres átomos de telurio por vuelta, con distancias interatómicas de 2.835 Å dentro de las cadenas y 3.49 Å entre ellas. La densidad en condiciones estándar es de 6.24 g·cm^-3, reflejando un empaquetamiento relativamente compacto a pesar de la estructura molecular en cadena. Sus propiedades térmicas incluyen punto de fusión 722.66 K (449.51°C), punto de ebullición 1261 K (987.85°C), calor de fusión 17.49 kJ·mol^-1 y calor de vaporización 114.1 kJ·mol^-1. La capacidad calorífica a 298 K es de 25.73 J·mol^-1·K^-1. El elemento exhibe comportamiento semiconductor con banda prohibida de aproximadamente 0.35 eV y conductividad eléctrica anisotrópica debido a su estructura cristalina lineal. La fotoconductividad ocurre bajo iluminación, indicando excitación electrónica a través de la banda prohibida modesta.

Propiedades Químicas y Reactividad

Estructura Electrónica y Comportamiento de Enlace

La reactividad química del telurio surge de los cuatro electrones de valencia en el orbital 5p, permitiendo formar dos enlaces covalentes con retención de dos pares solitarios en la mayoría de sus compuestos. Los estados de oxidación comunes incluyen -2 en telururos, +2 en dihaluros, +4 en tetrahaluros y dióxido, y +6 en hexafluoruro y derivados del ácido telúrico. El estado +4 predomina en compuestos terrestres debido a consideraciones termodinámicas. La formación de enlaces implica típicamente hibridación sp³ produciendo geometrías moleculares angulares, aunque estados superiores pueden exhibir coordinación octaédrica como en TeF₆. Las longitudes de enlace telurio-oxígeno varían desde 1.88 Å en TeO₃²⁻ hasta 2.12 Å en TeO₄²⁻, reflejando orden variable de enlace y entornos de coordinación. Los radios covalentes aumentan con el estado de oxidación: Te⁻² (221 pm), Te⁰ (138 pm), Te⁴⁺ (97 pm), Te⁶⁺ (56 pm), demostrando contracción electrónica sistemática al oxidarse.

Propiedades Electroquímicas y Termodinámicas

Los potenciales reductores estándar demuestran la posición intermedia del telurio en la serie de los calcógenos. El par Te/Te²⁻ exhibe E° = -1.143 V, mientras que el par TeO₂/Te muestra E° = +0.593 V en solución ácida. El par TeO₄²⁻/TeO₃²⁻ tiene E° = +1.02 V, indicando fuerte carácter oxidante de las especies telurato. La progresión de electronegatividad (O > S > Se > Te > Po) refleja la disminución de atracción nuclear con el aumento del radio atómico. Las tendencias de energía de ionización siguen patrones similares, mostrando valores moderados intermedios entre selenio y polonio. Los datos termodinámicos de compuestos de telurio indican entalpías de formación generalmente negativas para óxidos y positivas para telururos de metales electropositivos. La entropía estándar del telurio elemental es de 49.71 J·mol⁻¹·K⁻¹ a 298 K, consistente con estructura cristalina ordenada. Las energías de disociación de enlaces disminuyen en la serie: H₂O (463 kJ·mol⁻¹) > H₂S (347 kJ·mol⁻¹) > H₂Se (276 kJ·mol⁻¹) > H₂Te (238 kJ·mol⁻¹), reflejando el aumento de longitud de enlace y disminución de solapamiento orbital.

Compuestos Químicos y Formación de Complejos

Compuestos Binarios y Ternarios

El dióxido de telurio (TeO₂) representa el óxido más termodinámicamente estable, cristalizando en dos formas alotrópicas: paratellurita tetragonal y tellurita ortorrómbico. Su formación ocurre mediante oxidación atmosférica a altas temperaturas, produciendo coloración característica de llama azul. El dióxido exhibe comportamiento anfótero, disolviéndose en ácidos fuertes para formar compuestos de tellurilo y en bases para generar teluratos. El trióxido de telurio (β-TeO₃) se forma por descomposición térmica del ácido ortotelúrico Te(OH)₆, aunque las formas α y γ reportadas previamente representan especies de hidróxido mixto en lugar de óxidos verdaderos en estado +6. La química de haluros abarca toda la serie desde fluoruros hasta yoduros. El hexafluoruro de telurio (TeF₆) adopta geometría octaédrica con longitud de enlace Te-F de 1.815 Å, demostrando participación significativa de orbitales d en el enlace. Los tetrahaluros TeCl₄, TeBr₄ y TeI₄ exhiben estructuras piramidales cuadradas con pares solitarios activos estereoquímicamente. Los telururos binarios con metales abarcan un amplio rango composicional, desde estequiometrías simples 1:1 (ZnTe, CdTe) hasta fases ternarias complejas incorporando calcógenos adicionales o cationes.

Química de Coordinación y Compuestos Organometálicos

El telurio forma complejos de coordinación extensos mediante el uso de orbitales d vacantes y electrones de pares solitarios. La geometría plana cuadrada caracteriza a los aniones tetrahalotéluratos TeX₄²⁻ (X = Cl, Br, I) con longitudes típicas de enlace Te-X de 2.5-2.7 Å. Las especies polinucleares incluyen Te₂I₆²⁻ y Te₄I₁₄²⁻, demostrando la capacidad del telurio para modos de coordinación puente. Los cationes de Zintl representan productos de oxidación únicos formados en medios superácidos: Te₄²⁺ (plano cuadrado), Te₆⁴⁺ (prismático trigonal) y Te₈²⁺ (estructura bicíclica). Estas especies exhiben espectros electrónicos y propiedades magnéticas distintivas que reflejan enlaces deslocalizados dentro de las estructuras de telurio. La química organometálica es limitada comparada con calcógenos más ligeros debido al aumento de la labilidad del enlace Te-C. Los teluroles (R-TeH) son extremadamente inestables frente a la eliminación de hidrógeno, mientras que los teluréteres (R-Te-R') muestran mayor estabilidad por saturación de coordinación. El subóxido de telurio encuentra aplicación especializada en medios ópticos de almacenamiento por cambio de fase, explotando transiciones reversibles entre estados cristalinos y amororfos bajo irradiación láser.

Ocurrencia Natural y Análisis Isotópico

Distribución y Abundancia Geoquímicas

El telurio exhibe una abundancia en la corteza de aproximadamente 1 μg·kg⁻¹, comparable al platino y representando uno de los elementos estables más raros en la corteza terrestre. Esta escasez extrema contrasta fuertemente con su abundancia cósmica, donde supera al rubidio a pesar de que este último tiene una concentración terrestre 10,000 veces mayor. La discrepancia de abundancia resulta de la formación de hidruros volátiles durante la acreción planetaria. En condiciones reductoras características de la nebulosa solar primitiva, el telurio formó fácilmente hidruro de telurio (H₂Te), que posteriormente escapó al espacio como fase gaseosa. El selenio experimentó una depleción similar pero menos severa mediante mecanismos análogos. El comportamiento geoquímico actual muestra tendencias calcófilas y siderófilas con concentración preferencial en fases sulfídicas y asociaciones con metales nativos. La mayor parte del telurio ocurre en minerales de telururo de oro incluyendo calaverita y krennerita (AuTe₂), petzita (Ag₃AuTe₂) y sylvanita (AgAuTe₄). Cristales de telurio nativo ocurren ocasionalmente pero son geológicamente raros. La extracción industrial depende predominantemente de lodos anódicos en refinerías de cobre y plomo donde el telurio se concentra durante procesos de purificación electrolítica.

Propiedades Nucleares y Composición Isotópica

El telurio natural comprende ocho isótopos con números de masa 120, 122, 123, 124, 125, 126, 128 y 130. Seis isótopos (¹²⁰Te hasta ¹²⁶Te) presentan configuraciones nucleares estables, mientras que ¹²⁸Te y ¹³⁰Te experimentan decaimiento radiactivo extremadamente lento mediante emisión doble beta y emisión beta simple, respectivamente. Las abundancias isotópicas son: ¹²⁰Te (0.09%), ¹²²Te (2.55%), ¹²³Te (0.89%), ¹²⁴Te (4.74%), ¹²⁵Te (7.07%), ¹²⁶Te (18.84%), ¹²⁸Te (31.74%) y ¹³⁰Te (34.08%). El isótopo ¹²⁸Te posee la vida media más larga medida entre todos los radionucleidos (2.2 × 10²⁴ años), excediendo la edad del universo en aproximadamente 160 billones de veces. Los momentos magnéticos nucleares varían desde -0.8885 magnetones nucleares (¹²³Te) hasta -0.7369 magnetones nucleares (¹²⁵Te) para isótopos de masa impar. Existen treinta y un radioisótopos artificiales con masas entre 104-142 y vidas medias que van desde microsegundos hasta 19 días. Isótopos sintéticos notables incluyen ¹³¹Te (vida media 25 minutos), importante como precursor en la producción de yodo-131 médico mediante bombardeo neutrónico. Las secciones eficaces para captura neutrónica térmica varían significativamente: ¹²³Te (418 barnas) >> ¹²⁵Te (1.55 barnas), permitiendo activación isotópica selectiva.

Producción Industrial y Aplicaciones Tecnológicas

Metodologías de Extracción y Purificación

La recuperación comercial del telurio ocurre como subproducto de los procesos de electrorefinación de cobre y plomo, donde se concentra en lodos anódicos junto con selenio y metales preciosos. El procesamiento típico de minerales de cobre produce aproximadamente 1 kg de telurio por cada 1000 toneladas de mineral procesado, estableciendo limitaciones inherentes de suministro. Los lodos se someten a tostación a 773 K con carbonato de sodio en atmósfera oxidante, convirtiendo telururos metálicos en telurito de sodio mientras se reduce metales nobles a forma elemental: M₂Te + O₂ + Na₂CO₃ → Na₂TeO₃ + 2M + CO₂. La lixiviación con agua disuelve los hidroteluritos (HTeO₃⁻), que se separan de los selenitos insolubles mediante precipitación selectiva con ácido sulfúrico. El precipitado de dióxido de telurio se reduce electroquímicamente o mediante reacción con dióxido de azufre: TeO₂ + 2SO₂ + 2H₂O → Te + 2SO₄²⁻ + 4H⁺. La purificación implica refinación por zonas o destilación al vacío, produciendo material técnico con pureza del 99.5-99.99%. La producción global alcanzó aproximadamente 630 toneladas en 2022, con China contribuyendo ~54% mediante minería primaria y recuperación secundaria. Las restricciones de suministro y creciente demanda para aplicaciones fotovoltaicas generan volatilidad de precios, con valores entre $30-220 por kilogramo dependiendo de la pureza y condiciones de mercado.

Aplicaciones Tecnológicas y Perspectivas Futuras

Las celdas solares de telurio de cadmio representan la aplicación dominante, consumiendo aproximadamente el 40% del telurio. Estos dispositivos de película delgada alcanzan eficiencias comerciales superiores al 22% con coeficientes térmicos favorables y bajos costos de fabricación comparados con alternativas de silicio. Las propiedades semiconductoras del CdTe (banda prohibida 1.45 eV) permiten absorción óptima del espectro solar con mínimas pérdidas por termalización. Las aplicaciones termoeléctricas consumen ~30% de la producción mediante composiciones de telurio de bismuto (Bi₂Te₃) que exhiben valores de figura de mérito (zT) cercanos a 1.0 cerca de la temperatura ambiente. Estos materiales posibilitan enfriamiento en estado sólido y recuperación de calor residual en aplicaciones automotrices e industriales. Las aplicaciones metalúrgicas incluyen aleaciones de cobre con telurio y aceros de fácil maquinabilidad donde pequeñas adiciones (0.04-0.08%) mejoran dramáticamente la maquinabilidad sin comprometer conductividad eléctrica ni propiedades mecánicas. Aplicaciones emergentes incluyen detectores de rayos gamma de telurio de cadmio y zinc ((Cd,Zn)Te) para imágenes médicas y observaciones astrofísicas. La tecnología de memoria de cambio de fase explota transiciones rápidas entre estados cristalinos y amorfos en composiciones de telurio-germanio-antimonio para almacenamiento de datos no volátil. Las fronteras de investigación exploran tritelururos de tierras raras (RTe₃) que exhiben ondas de densidad de carga, superconductividad y estados electrónicos topológicos con potenciales aplicaciones en computación cuántica.

Desarrollo Histórico y Descubrimiento

El descubrimiento del telurio se originó en investigaciones de mineral de oro inusual de la mina Mariahilf cerca de Zlatna, Transilvania (actual Rumania) durante el siglo XVIII. El material, inicialmente designado "antimonalischer Goldkies" (pirita antimónica de oro), confundió a mineralogistas por sus propiedades inconsistentes con compuestos de antimonio conocidos. Franz-Joseph Müller von Reichenstein, como inspector jefe austriaco de minas, inició análisis sistemáticos en 1782 concluyendo que el mineral no contenía antimonio ni bismuto, sino una sustancia metálica desconocida. A través de investigación química extensa con más de cincuenta pruebas durante tres años, Müller caracterizó sus propiedades distintivas: determinaciones de densidad, humo blanco con olor a rábano al calentarse, coloración rojiza en soluciones de ácido sulfúrico y precipitado negro al diluirse. A pesar de su caracterización completa, Müller no pudo identificar definitivamente la sustancia, denominándola "aurum paradoxum" (oro paradójico) y "metallum problematicum" (metal problemático). El redescubrimiento independiente ocurrió en 1789 por Pál Kitaibel estudiando mineral similar de Deutsch-Pilsen, aunque el crédito se atribuyó correctamente a Müller. La identificación definitiva y nomenclatura fueron establecidas por Martin Heinrich Klaproth en 1798 tras su aislamiento del mineral calaverita. El nombre "telurio" proviene del latín "tellus" (tierra), reflejando su contexto de descubrimiento terrestre. Las aplicaciones tempranas incluyeron investigaciones de Thomas Midgley sobre propiedades antidetonantes en combustibles automotrices durante la década de 1920, aunque su implementación fue rechazada debido a efectos persistentes de olor, favoreciendo la adopción del tetraetilo de plomo.

Conclusión

El telurio ocupa una posición única como el elemento estable más raro en la corteza terrestre mientras simultáneamente demuestra importancia tecnológica crucial en aplicaciones modernas de energía y electrónica. Sus propiedades intermedias de metaloide permiten química de oxidación diversa que abarca estados -2 a +6 y formación de arquitecturas moleculares complejas incluyendo cationes de Zintl y especies intercalcógenas. Su importancia industrial se centra en conversión de energía fotovoltaica mediante celdas solares de telurio de cadmio y sistemas de recuperación de calor residual termoeléctricos utilizando composiciones de telurio de bismuto. Las limitaciones de suministro derivadas de métodos de extracción secundaria y escasez geoquímica extrema representan desafíos continuos para la expansión de aplicaciones tecnológicas. Las direcciones futuras de investigación abarcan materiales cuánticos de tritelurio de tierras raras, compuestos termoeléctricos avanzados y arquitecturas de memoria de cambio de fase explotando las capacidades únicas de conmutación electrónica del telurio. La comprensión de su química fundamental y desarrollo de cadenas de suministro sostenibles permanecen críticas para avanzar en tecnologías de almacenamiento y conversión de energía de próxima generación.