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52. Tellur (Te) - Das metallische Nichtmetall · Das Periodensystem der Elemente

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Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das
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Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen,
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Loslassen und lernen. Wenn dir der Podcast gefällt,
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bewerte ihn bitte, das hilft uns, weitere Folgen zu
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produzieren. Kennst du schon unsere anderen
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Podcastreihen wie Schlafreise durch das Universum?
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Es gibt im Periodensystem Elemente, die ihren Namen mit
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Stolz tragen, weil sie aus dem Alltag nicht wegzudenken sind.
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Und es gibt jene seltenen, scheuen Vertreter, die ihr
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Dasein im Verborgenen führen, in den feinsten Schichten der
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Hochtechnologie, in den Tiefen der Erdkruste, in den Schlacken
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der Kupferraffinerien. Tellur gehört zu dieser zweiten,
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Stilleren Familie, sein chemisches Symbol lautet T.
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Seine Ordnungszahl ist 52 und sein Name geht auf das
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lateinische Wort tellus zurück, das schlicht Erde bedeutet.
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Ein Name, der dem Element gleichsam die ganze Erde widmet
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und der doch in einem eigentümlichen Kontrast steht zu
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seiner außerordentlichen Seltenheit, denn Tellur ist
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eines der seltensten stabilen Elemente in der gesamten
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Erdkruste. Seltener noch als Gold oder
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Platin. Und allein dieser Umstand macht
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es zu einem Stoff voller Widersprüche.
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Es trägt den Namen der Erde und ist in ihr doch kaum zu finden,
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es sieht aus wie ein Metall und verhält sich doch wie ein
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Nichtmetall es ist giftig und zugleich für manche Lebewesen
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von eigentümlichem Reiz. Tellur ist mit einem Wort ein
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Grenzgänger. Und genau diese Zwischenstellung
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wird uns durch diese ganze Folge begleiten.
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Lehne dich also zurück, atme ruhig und gleichmäßig und lass
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uns gemeinsam eintauchen in die Welt dieses silbrig glänzenden,
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spröde, silbernen Halbmetalls, dessen Geschichte mehr Wendungen
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bereithält, als seine Unscheinbarkeit vermuten ließe.
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Beginnen wir mit dem Platz, den Tellur im Periodensystem
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einnimmt. Denn er erklärt vieles von
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seinem widersprüchlichen Wesen. Tellur steht in der sechsten
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Hauptgruppe, in jener Familie, die nach ihrem bekanntesten
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Mitglied auch die Sauerstoffgruppe genannt wird
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und die in der Fachsprache als Chalkogene bezeichnet wird, was
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so viel bedeutet wie Erzbildner zu dieser Familie gehören der
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Sauerstoff, der Schwefel, das Selen, das Tellur und
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schließlich das radioaktive Polonium.
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Innerhalb dieser Gruppe vollzieht sich ein
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bemerkenswerter Wandel. Je weiter man nach unten geht,
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während der Sauerstoff an der Spitze ein typisches Nichtmetall
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ist, ein Gas, das wir atmen und während der Schwefel ein gelber,
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Sprödes, nichtmetallischer Feststoff ist, beginnt sich das
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Verhalten bei Selen und Tellur allmählich zu verschieben.
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Tellur trägt bereits deutlich metallische Züge.
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Es besitzt einen silbrig weißen, metallischen Glanz.
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Es leitet den elektrischen Strom, wenn auch schlecht und in
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seinem äußeren Erscheinungsbild würde man es ohne Zögern für ein
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Metall halten. Und doch verhält es sich in
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seiner Chemie in vielen Belangen wie ein Nichtmetall, bildet
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ähnliche Verbindungen wie der Schwefel und das Selen und
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entzieht sich so der eindeutigen Einordnung.
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Diese Mischung aus metallischem Aussehen und nichtmetallischem
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verhalten weist ihm seinen Platz unter den Halbmetallen oder
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Metalloiden zu jenen Grenzgängern, die zwischen den
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großen Reichen der Metalle und der Nichtmetalle stehen und die
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gerade in der modernen Technik eine herausragende Rolle
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spielen. Der Name dieser Folge, der
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metallische Nichtmetall, fängt diesen Widerspruch treffend ein,
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denn Tellur ist beides und doch keines von beidem.
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Ganz wenden wir uns nun der Geschichte seiner Entdeckung zu,
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die in ein abgelegenes Bergrevier des 18 Jahrhunderts
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führt, nach Siebenbürgen, in das heutige Rumänien, das damals zum
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Habsburger Reich gehörte. Dort, in den Goldgruben rund um
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den Ort Zalatna, stieß man auf ein seltsames Erz, das die
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Bergleute und Mineralogen vor ein Rätsel stellte.
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Es enthielt Gold, daran bestand kein Zweifel, und doch verhielt
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es sich anders, als die bekannten Golderze.
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Man nannte es spöttisch und ratlos das Problemgold oder mit
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einem deutschen Ausdruck das fragwürdige Gold, denn niemand
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konnte Recht sagen, womit das Gold darin verbunden war.
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Ein österreichischer Mineraloge namens Franz Josef Müller von
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Reichenstein, der als Bergbaubeamter in dieser Region
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tätig war, untersuchte dieses Erz in den Jahren um 1782 mit
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großer Sorgfalt er. Er gewann daraus eine silbrig
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glänzende Substanz, die sich keinem der bekannten Stoffe
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zuordnen ließ. Und er vermutete richtig, dass
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er es mit einem neuen, bis dahin unbekannten Element zu tun
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hatte. Müller war ein gewissenhafter
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Forscher und er war sich seiner Sache nicht völlig sicher,
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weshalb er proben an den berühmten schwedischen Chemiker
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und Mineralogen Torban Bergmann schickte, um seine Beobachtungen
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bestätigen zu lassen, doch. Die Mengen waren zu gering für
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eine zweifelsfreie Klärung und so blieb die Sache zunächst in
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der Schwebe. Es dauerte mehr als ein
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Jahrzehnt, bis das neue Element endgültig als solches anerkannt
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und mit einem Namen versehen wurde.
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Diese Aufgabe fiel dem deutschen Chemiker Martin Heinrich
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Klapprott zu, einem der bedeutendsten analytischen
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Chemiker seiner Zeit. Der das Element in den letzten
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Jahren des 18 Jahrhunderts erneut untersuchte, Müllers
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Entdeckung bestätigte und ihm den Namen Tellur gab.
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Nach dem lateinischen Tellus der Erde klapprot ein Mann von
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großer wissenschaftlicher Redlichkeit, betonte dabei
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ausdrücklich, dass das Verdienst der Entdeckung Müller von
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Reichenstein gebühre. Und so ist die Geschichte des
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Tellurs auch eine Geschichte wissenschaftlicher Fairness, in
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der ein Forscher die Leistung eines anderen würdigte, anstatt
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sie sich anzueignen. Bemerkenswert ist, dass nur
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wenige Jahre später in den ersten Jahren des 19
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Jahrhunderts, das nahe verwandte Element Selen entdeckt wurde,
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und zwar durch den schwedischen Chemiker Jöns Jakob Bercelius.
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Dieser benannte sein neues Element nach der griechischen
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Mondgöttin Selene, dem Mond und tat dies gerade in bewusster
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Anlehnung an das bereits bekannte Thelur, das ja nach der
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Erde benannt war. So entstand ein himmlisches
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Geschwisterpaar im Periodensystem, der Mond und die
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Erde, Selen und Thelur. 2 Elemente, die nicht nur dem
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Namen nach, sondern auch in ihren chemischen Eigenschaften
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eng miteinander verwandt sind und die in der Natur oft
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gemeinsam auftreten. Es ist eine jener feinen,
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poetischen Verbindungen, die sich in der Nomenklatur der
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Wissenschaft mitunter verbergen, und sie erinnert uns daran, dass
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auch die nüchterne Chemie ihre Bilder und Bezüge kennt.
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Doch wo findet man dieses seltene Element überhaupt, das
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den Namen der ganzen Erde trägt und in ihr doch so rar ist?
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Tellur kommt in der Natur nur in winzigen Mengen vor und seine
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Konzentration in der Erdkruste liegt in einem Bereich, der es
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zu einem der seltensten Elemente überhaupt macht.
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Anders als die meisten anderen Elemente, die sich vorwiegend
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gebunden in Mineralen finden, tritt Tellur gelegentlich sogar
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in gediegener, also reiner Form auf, und es bildet eine Reihe
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eigentümlicher Minerale, in denen es sich anders als die
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meisten Nichtmetalle mit Metallen wie Gold und Silber
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verbindet. Diese sogenannten Telleride sind
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unter Mineralogen wohlbekannt und einige von ihnen tragen
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klangvolle Namen. So gibt es das Calaverit und das
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Sylvanit, beides Gold, Tellur, Verbindungen, die in manchen
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Goldlagerstätten der Welt vorkommen und die in der
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Geschichte des Goldbergbaus eine eigene, mitunter kuriose Rolle
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gespielt haben. In der berühmten Goldgräberstadt
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Calgurli in Westaustralien etwa wurde in den frühen Jahren des
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Goldrauschs Tellurhaltiges Golderz, das man nicht als
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wertvoll erkannte, achtlos beiseite geworfen und sogar zum
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Auffüllen von Schlaglöchern und zum Pflastern von Straßen
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verwendet, bis man Jahre später erkannte, dass in diesem
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vermeintlichen Abfall beträchtliche Mengen Gold
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gebunden waren. Daraufhin gruben die
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Bewohnerinnen und Bewohner ihre eigenen Straßen wieder auf, um
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das verschmähte Gold zu bergen. Eine Episode, die mit einem
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gewissen Augenzwinkern überliefert wird und die zeigt,
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wie eng das Schicksal des Tellurs mit dem des Goldes
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verwoben ist. Die wirtschaftlich bedeutsamste
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Quelle des Tellurs ist jedoch keine eigene Tellurmine, denn
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solche gibt es kaum, sondern ein Nebenprodukt eines ganz anderen
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Industriezweigs, nämlich der Kupfergewinnung.
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Wenn Kupfer in großem Maßstab elektrolytisch raffiniert, also
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gereinigt wird, sammelt sich am Boden der Elektrolysezellen ein
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dunkler Schlamm an. Der sogenannte Anodenschlamm, in
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dem sich all jene Begleitelemente anreichern, die
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im Rohkupfer enthalten waren. Aus diesem Anodenschlamm, einem
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Abfallprodukt der Kupferindustrie, wird der
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weitaus größte Teil des heute genutzten Tellurs gewonnen.
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Das bedeutet, dass die Verfügbarkeit von Tellur eng an
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die Produktion von Kupfer gekoppelt ist und sich nicht
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beliebig steigern lässt. Ganz gleich, wie groß die
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Nachfrage auch sein mag, diese Abhängigkeit macht Tillur wie
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viele andere seltene Elemente auch, zu einem strategisch
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heiklen Rohstoff, dessen Versorgung von den
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Produktionsmengen eines völlig anderen Metalls bestimmt wird.
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Und sie verleiht ihm eine besondere Verletzlichkeit in den
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globalen Lieferketten der Hochtechnologie.
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Und damit kommen wir zu jener Anwendung, die das einst so
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unscheinbare Tellur in den vergangenen Jahrzehnten an die
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Schwelle der großen Zukunftstechnologien gerückt
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hat. Zur Gewinnung von Sonnenenergie.
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Eine Verbindung des Tellurs mit dem Metall Cadmium, das Cadmium
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Tellurid, hat sich als außerordentlich geeigneter
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Werkstoff für die Herstellung von Solarzellen erwiesen.
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Diese sogenannten Dünnschichtsolarzellen
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unterscheiden sich grundlegend von den verbreiteten Solarzellen
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aus kristallinem Silizium. Während letztere eine
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vergleichsweise dicke Schicht des Halbleiters benötigen,
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genügt beim Cadmiumtellorid eine hauchdünne Schicht, um das
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Sonnenlicht wirksam in elektrischen Strom umzuwandeln,
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denn dieses Material besitzt eine außergewöhnlich gute
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Fähigkeit, Licht zu absorbieren. Eine Schicht von wenigen
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Tausendstel Millimetern Dicke reicht aus, um den größten Teil
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des einfallenden Sonnenlichts einzufangen.
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Das macht diese Technik kostengünstig und
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materialsparend und Cadmium tellurid Solarmodule gehören
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heute zu den preiswertesten Möglichkeiten, Sonnenstrom in
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großem Maßstab zu erzeugen. Auf weiten Solarkraftwerken, die
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ganze Landschaften mit ihren dunklen Modulreihen überziehen,
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leistet das einst verschmähte Telur so einen stillen Beitrag
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zur Energiewende, zur Abkehr von den fossilen Brennstoffen hinzu
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erneuerbaren Quellen es ist eine bemerkenswerte Wendung im
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Schicksal eines Elements, das man jahrzehntelang kaum zu
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gebrauchen wusste und sie zeigt. Wie sich der Wert eines Stoffes
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mit dem Wandel der menschlichen Bedürfnisse verändern kann.
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Was gestern noch ein nutzloses Nebenprodukt der
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Kupferraffinerie war, ist heute ein Baustein einer saubereren
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Zukunft. Doch die Solartechnik ist nicht
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die einzige Bühne, auf der das Tellur in der modernen Welt eine
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Rolle spielt, eine weitere. Höchst faszinierende Anwendung
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findet sich in der Welt der Datenspeicherung, genauer gesagt
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in den Wiederbeschreibbaren optischen Speichermedien, wie
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sie über viele Jahre als Wiederbeschreibbare Compact
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Discs und digitale vielseitige Scheiben verbreitet waren.
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Hier nutzt man eine außergewöhnliche Eigenschaft
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bestimmter Tellurlegierungen. Nämlich ihre fähig Fähigkeit,
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durch Wärmeeinwirkung blitzschnell zwischen 2
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verschiedenen Zuständen hin und her zu wechseln.
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Zwischen einem geordneten kristallinen Zustand und einem
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ungeordneten, glasartigen Zustand.
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Diese bei einem Zustände unterscheiden sich in ihrer
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Fähigkeit, Licht zu reflektieren und genau dieser Unterschied
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lässt sich nutzen um Information zu speichern.
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Ein feiner Laserstrahl erhitzt winzige Punkte der
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Speicherschicht und versetzt sie wahlweise in den einen oder den
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anderen Zustand. Und ein schwächerer Laserstrahl
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liest diese Zustände später wieder aus.
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Dieses Prinzip der Phasenwechselspeicherung beruht
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maßgeblich auf den besonderen Eigenschaften tellurhaltiger
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Legierungen, und es wird bis heute in modernen Formen der
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Datenspeicherung erforscht und weiterentwickelt, die einmal die
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heutigen Speichertechniken ablösen könnten.
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So verbirgt sich in der Geschichte der digitalen
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Erinnerung, in der Fähigkeit, Bilder, Töne und Texte dauerhaft
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zu bewahren. Ein weiteres Mal das Stille
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Wirken des Tellurs. Daneben findet das Tellur eine
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ganze Reihe weiterer, weniger spektakulärer, aber durchaus
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nützlicher Verwendungen. In der Metallverarbeitung setzt
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man kleine Mengen Tellurbestimmten Stahlsorten und
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Kupferlegierungen zu, um sie besser zerspanbar zu machen, das
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heißt leichter, Bohrbar, drehbar und bearbeitbar.
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Was in der industriellen Fertigung von erheblichem Wert
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ist. In der Gummiherstellung diente
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Tellur lange Zeit als Zusatz bei der Vulkanisation, jenem
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Prozess, durch den Kautschuk in widerstandsfähigen Gummi
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verwandelt wird. Und es verlieh dem Gummi eine
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erhöhte Hitzebeständigkeit. Auch in der Glasherstellung
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kommt Tellur zum Einsatz, wo es gläsern eine eigentümliche
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bräunliche Färbung verleihen kann und in speziellen Gläsern
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für die moderne Optik und die Datenübertragung Verwendung
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findet. So zieht sich das Tellur, einmal
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entdeckt und verstanden durch die unterschiedlichsten Bereiche
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der Technik, fast immer im Hintergrund, fast nie im
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Rampenlicht. Es gibt jedoch eine Eigenschaft
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des Tellurs, die selbst jenen im Gedächtnis bleibt, die sich
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sonst wenig für Chemie begeistern.
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Und sie ist von einer Art, die man eher belustigend als
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bedrohlich nennen möchte, obwohl sie auf einer ernsten Tatsache
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beruht, der Giftigkeit des Tellurs Tellur und seine
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Verbindungen sind giftig, und wer ihnen ausgesetzt ist, etwa
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bei der Arbeit mit dem Element. Kann eine höchst unangenehme
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Begleiterscheinung erfahren. Der menschliche Körper wandelt
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aufgenommenes Tellur in eine flüchtige Verbindung um das
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Dimethyl Tellurid, und diese Substanz besitzt einen
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außerordentlich durchdringenden, knoblauchartigen Geruch.
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Wer auch nur winzige Mengen Tellur aufgenommen hat, sondert
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diesen Geruch über den Atem und die Haut ab.
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Und zwar in einer Intensität und Hartnäckigkeit, die jedes Maß
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übersteigt. Man spricht von einem Tellur
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Atem, der über Wochen, in manchen Fällen sogar über Monate
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anhalten kann und der so stark ist, dass die betroffene Person
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für ihre Mitmenschen kaum erträglich wird, schon
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winzigste. Gesundheitlich völlig
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unbedenkliche Mengen reichen aus, um diesen Effekt
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hervorzurufen, weshalb der knoblauchartige Geruch geradezu
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als chemische Visitenkarte des Tellurs gilt.
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Diese eigentümliche Eigenschaft hat dem Element unter
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Chemikerinnen und Chemikern einen gewissen Ruf eingebracht,
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und sie erinnert auf fast humorvolle Weise daran, wie sehr
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die Stoffe unserer Welt in uns hineinwirken und unsere Körper
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in einer Weise verändern können. Die wir nicht beabsichtigt
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haben. Zugleich ist sie eine Mahnung
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zur Vorsicht, denn die Giftigkeit des Tellurs verlangt
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einen sorgsamen und verantwortungsvollen Umgang,
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gerade dort, wo es in industriellen Mengen verarbeitet
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wird. Wenn wir den Blick noch einmal
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weiten und das Tellur in seinen größeren Zusammenhang stellen,
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dann zeigt sich ein Element, das.
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Dass die ganze Spannweite menschlicher Erfahrung mit der
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materiellen Welt in sich vereint, da ist die Geschichte
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seiner Entdeckung, die von der Geduld und Redlichkeit einzelner
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Forscher erzählt, von Müller, von Reichenstein, der ein Rätsel
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nicht ruhen ließ, und von Klapproth, der die Ehre dem
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Entdecker zusprach. Da ist seine kosmische
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Verwandtschaft mit dem Selen. Die Erde und der Mond in der
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Namensgebung verewigt da ist seine eigentümliche Seltenheit,
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die im Widerspruch zu seinem irdischen Namen steht und seine
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enge Bindung an das Gold und das Kupfer, in deren Schatten es
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gewonnen wird. Und da ist seine erstaunliche
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Wandlung vom verschmähten Abfallprodukt zum Baustein der
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Sonnenenergie und der digitalen Erinnerung.
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In all dem spiegelt sich etwas von der grundlegenden Wahrheit,
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dass die Elemente, aus denen unsere Welt gebaut ist, endlich
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sind, ungleich verteilt und oft nur in winzigen Mengen
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verfügbar. Tellur ist eines der seltensten
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unter ihnen und seine wachsende Bedeutung für die Technik der
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Zukunft, besonders für die Gewinnung sauberer Energie aus
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dem Sonnenlicht, stellt uns vor die Frage, wie wir mit solchen
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kostbaren und begrenzten Gaben der Erde umgehen wollen.
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Es liegt eine stille Verantwortung darin, diese
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Stoffe nicht zu verschwenden, sie aus alten Geräten
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zurückzugewinnen, anstatt immer neue Lagerstätten zu
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erschließen. Und die Belastungen ihrer
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Gewinnung nicht achtlos der Natur und kommenden Generationen
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aufzubürden. Die Erde, deren Namen das Tellur
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trägt, ist kein unerschöpfliches Vorratslager, sondern ein fein
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abgestimmtes Ganzes, dessen Schätze über unvorstellbare
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Zeiträume hinweg entstanden sind und sich nicht erneuern lassen.
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Gerade ein Element, das uns hilft, das Licht der Sonne zu
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ernten und uns von den fossilen Brennstoffen zu lösen, mahnt
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uns, diesen Weg mit Bedacht und mit Achtung vor der
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Verletzlichkeit unseres Planeten zu gehen.
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Und so neigt sich unsere Reise durch die Welt des Tellurs ihrem
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Ende zu. Wir sind aufgebrochen in den
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Goldgruben Siebenbürgens und. Wo ein rätselhaftes Erz die
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Forscher Beschäftigte, sind dem Element durch die feinen
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Verzweigungen seiner Verwandtschaft mit dem Mond und
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der Erde gefolgt, haben es in den Schlacken der
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Kupferraffinerien aufgespürt, in den dunklen Reihen der
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Solarkraftwerke wiederentdeckt und in den schimmernden
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Schichten der optischen Speicher gefunden.
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Und wir haben sogar von seinem unverwechselbaren, hartnäckigen
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Atem erfahren. Tellur.
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Der metallische Nichtmetall, der Grenzgänger zwischen den
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Reichen, das seltene Element mit dem Namen der ganzen Erde ist
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ein leiser Begleiter unserer technischen Zivilisation, der im
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Verborgenen wirkt und dessen Bedeutung weit größer ist, als
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seine Unscheinbarkeit vermuten lässt.
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Während du nun langsam zur Ruhe kommst und die Bilder dieser
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Reise in dir nachklingen lässt. Die silbrig glänzenden Kristalle
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des Tellurs die. Die verschmähten goldhaltigen
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Straßen von Calgurli, die dunklen Solarmodule, die das
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Sonnenlicht trinken, denke daran, dass in den
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unscheinbarsten Dingen oft die erstaunlichsten Geschichten
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verborgen liegen. Die Welt ist voll von solchen
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stillen Wundern, von Elementen und Geschichten, die nur darauf
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warten, entdeckt zu werden. Schlaf gut, Ruhe sanft und bis
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zur nächsten Folge unserer gemeinsamen Reise durch das
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Periodensystem der Elemente.