Меню

Главная
Случайная статья
Настройки
Таллий
Материал из https://ru.wikipedia.org

81
Таллий
204,38
4f145d106s26p1
Таллий (химический символ — Tl, от лат. Thallium) — химический элемент 13-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы III группы), шестого периода, с атомным номером 81. Относится к категориям тяжёлых металлов и постпереходных металлов. Простое вещество таллий — мягкий металл серебристо-белого цвета с серовато-голубоватым оттенком, быстро окисляющийся на воздухе ввиду своей высокой химической активности.

Содержание

История

Таллий был открыт спектральным методом в 1861 году английским учёным Уильямом Круксом в шламах свинцовых камер сернокислотного завода вблизи города Аббероде, расположенного в горном массиве Гарц[5] .

Металлический таллий был независимо получен Уильямом Круксом и французским химиком Клодом-Огюстом Лами в 1862 году[6][5] .

Происхождение названия

Название элемент получил по характерным зелёным линиям своего спектра и зелёной окраске пламени. От др.-греч.  — молодая, зелёная ветвь[7][5].

Нахождение в природе

Таллий — рассеянный элемент. Содержится в обманках и колчеданах цинка, меди и железа, в калийных солях и слюдах. Таллий — тяжёлый металл. Известны более двадцати минералов таллия, все они крайне редкие.
минералы таллия
название минерала химическая формула
авиценнит Tl2O3
буковит[англ.] Tl2Cu3FeSe4
вейссбергит[нем.] TlSbS2
врбаит[фр.] Tl4Hg3Sb2As8S20
габриэлит[англ.] Tl6Ag3Cu6(As,Sb)9S21 или Tl2AgCu2As3S7
галхаит[англ.] (Cs,Tl)(Hg,Cu,Zn)6(As,Sb)4S12
гептасарторит[англ.] Tl7Pb22As55S108
гефестосит[нем.] TlPb2Cl5
гутчинсонит[англ.] (Pb,Tl)S·Ag2S·5As2S5
карлинит[нем.] Tl2S
крайстит[англ.] TlHgAsS3
круксит[англ.] (Cu,Tl,Ag)2Se
купростибит Cu2(Sb,Tl)
лафоссаит[нем.] TlCl
лорандит[англ.] TlAsS2
пикотпаулит[нем.] Tl2FeS3
рагинит[нем.] TlFeS2
рутьерит[англ.] Tl(Cu,Ag)(Hg,Zn)2(As,Sb)2S6
сабатьерит[англ.] Cu6TlSe4
хонеаит[англ.] Au3TlTe2
хризоталлит[англ.] K6Cu6Tl3+Cl17(OH)4·H2O
шабурнеит[нем.] Tl4Pb2(Sb,As)20S34
эндекасарторит[англ.] Tl2Pb48As82S172
эннеасарторит[англ.] Tl6Pb32As70S140)


Главная масса таллия связана с сульфидами и прежде всего с дисульфидами железа. В пирите он установлен в 25 % проанализированных образцов. Его содержание в дисульфидах железа нередко составляет 0,1—0,2 %, а иногда достигает 0,5 %. В галените содержание таллия колеблется от 0,003 до 0,1 % и редко более. Высокие концентрации таллия в дисульфидах и галенитах характерны для низкотемпературных свинцово-цинковых месторождений в известняках. Содержание таллия, достигающее 0,5 %, отмечается в некоторых сульфосолях. Небольшое количество таллия встречается во многих других сульфидах, например, в сфалеритах и халькопиритах некоторых медноколчеданных месторождений, содержание колеблется от 25 до 50 г/т. Наибольшее геохимическое сходство таллий имеет с K, Rb, Cs, а также с Pb, Ag, Cu, Bi. Таллий легко мигрирует в биосфере. Из природных вод он сорбируется углями, глинами, гидроксидами марганца, накапливается при испарении воды (например, в озере Сиваш до 5108 г/л). Содержится в калиевых минералах (слюде, полевых шпатах), сульфидных рудах: галените, сфалерите, марказите (до 0,5 %), киновари. Как примесь присутствует в природных оксидах марганца и железа[8].

Среднее содержание таллия (по массе):
  • в земной коре 4,5105 %;
  • в ультраосновных породах 106 %;
  • в основных породах 2105 %;
  • в морской воде 109 %.


Изотопы

Природный таллий состоит из двух стабильных изотопов: 205Tl (изотопная распространённость 70,48 % по числу атомов) и 203Tl (29,52 %). В ничтожных количествах в природе встречаются также радиоактивные изотопы таллия, являющиеся промежуточными членами рядов распада:

Все остальные известные изотопы таллия с массовыми числами от 176 до 217 получены искусственно.

Очистка

Технически чистый таллий очищают от других элементов, содержащихся в колошниковой пыли (Ni, Zn, Cd, In, Ge, Pb, As, Se, Te), растворением в тёплой разбавленной серной кислоте с последующим осаждением нерастворимого сульфата свинца и добавлением HCl для осаждения хлорида таллия (TlCl). Дальнейшая очистка достигается электролизом сульфата таллия в разбавленной серной кислоте с использованием проволоки из платины с последующим плавлением выделившегося таллия в атмосфере водорода при 350—400 °C.

Свойства

Таллий — блестящий серебристый мягкий металл с голубоватым оттенком. На воздухе быстро тускнеет, покрываясь чёрной плёнкой оксида таллия(I) Tl2O[3]. В воде в присутствии кислорода растворяется с образованием гидроксида таллия(I), в отсутствие кислорода не реагирует, поэтому таллий хранят под слоем прокипячённой дистиллированной воды (или парафина, а также покрывают лаком)[3].

Физические свойства

Существует в трёх модификациях. Низкотемпературная модификация Tl II является кристаллом гексагональной сингонии, пространственная группа P63/mmc, параметры ячейки , , , решётка типа магния. Выше 234 °C существует высокотемпературная модификация Tl I кубической сингонии (объёмно-центрированная решётка), пространственная группа Im3m, параметры ячейки , , решётка типа -Fe; энтальпия перехода между модификациями I и II составляет 0,36 кДж/моль. При 3,67 ГПа и 25 °C — модификация Tl III кубической сингонии (гранецентрированная решётка), пространственная группа Fm3m, параметры ячейки , . Температура плавления составляет 577 K (304 °C), кипит при 1746 K (1473 °C)[2]. Таллий относится к группе тяжёлых металлов; его плотность — 11,855 г/см3[2].

Сечение захвата тепловых нейтронов атомом — 3,4 ± 0,5 барн. Конфигурация внешних электронов — 6s26p. Энергии ионизации (в эВ): Tl0Tl+Tl2+Tl3+Tl4+ соответственно равны 6,1080; 20,4284; 29,8; 50,0[3].

Таллий диамагнитен, массовая магнитная восприимчивость поликристаллического гексагонального таллия равна при нормальных условиях, 0,258·109 м3/кг при . У кубического поликристаллического таллия при массовая магнитная восприимчивость составляет 0,158·109 м3/кг. Монокристаллический гексагональный таллий проявляет анизотропию, , . У жидкого таллия при температуре плавления[9].

При температуре 2,39 K таллий переходит в сверхпроводящее состояние.

Спектр таллия в видимом диапазоне имеет яркую линию с длиной волны 525,046 нм (зелёный), благодаря которой этот элемент и получил своё название.

Твёрдость по Моосу 1,3, по Бриннелю 20 МПа[3].

Химические свойства

С водой, не содержащей растворённого кислорода, не взаимодействует. Медленно реагирует с водой в присутствии кислорода с образованием гидроксида таллия(I)[10]:

.

С кислотами: легко растворяется в азотной кислоте, несколько хуже — в серной. Соляная кислота на таллий действует слабо из-за пассивации плёнкой монохлорида таллия[10]. Плавиковая кислота даёт с металлическим таллием фторид таллия(I)[11].

.

С кислородом при комнатной температуре с образованием оксида таллия(I) чёрного цвета[12]:



С хлором при прямом взаимодействии образует хлорид таллия(III)[13], реагирует с другими галогенами при комнатной температуре:



С фосфором при нагревании в запаянной ампуле образует фосфиды состава TlP5 и TlP3[14]:





С серой при сплавлении образует сульфид таллия(I)[15], также реагирует при сплавлении с другими халькогенами — селеном с образованием Tl2Se и TlSe[16] и теллуром[17]:



Взаимодействие с пероксидом водорода[источник не указан 559 дней]:



С мышьяком сплавляется без образования соединения[3]. С водородом, азотом, углеродом, кремнием, бором, а также с аммиаком и сухим углекислым газом не реагирует.

Не реагирует со щелочами[10], с этанолом в присутствии растворённого кислорода образует этилат таллия.

В соединениях проявляет степени окисления +1 и +3. Наиболее устойчивы соли Tl(I), которые напоминают соли калия, серебра и свинца. Под действием бромной воды, перманганата калия, бромата калия, дисульфата калия Tl(I) окисляется до Tl(III), соли которого термически малоустойчивы, легко гидролизуются и восстанавливаются. В растворах Tl(III) восстанавливается до Tl(I) под действием диоксида серы, сероводорода, тиосульфата натрия и ряда металлов, включая цинк, железо и медь. Известны соединения, в которых таллий присутствует сразу в двух степенях окисления, например гексахлороталлат(III) таллия(I) Tl3[TlCl6].

Применение

Биологическая роль и физиологическое воздействие

Таллий не играет значительной биологической роли (среди тяжёлых металлов).

Как сам таллий, так и его соединения высокотоксичны и канцерогенны в больших концентрациях (в особенности растворимые в воде — нитрат, ацетат и т. д.). Соединения таллия относят к категории кумулятивных ядов, характеризующихся накоплением патологических симптомов при хроническом отравлении[20].

В больших дозах соединения таллия поражают периферическую нервную систему, желудочно-кишечный тракт и почки.

Ионы одновалентного таллия Tl+ замещают ионы калия в биохимических процессах из-за сходства их химических свойств. Таллий концентрируется в волосах, костях, почках и мышцах.

Характерный симптом отравления соединениями таллия — частичное выпадение волос, при значительной дозе — тотальная алопеция. При высокой дозе алопеция нехарактерна, так как человек погибает от отравления до наступления потери волос.

ПДК в воде для таллия 0,0001 мг/л, для бромида, иодида, карбоната (в пересчёте на таллий) в воздухе рабочей зоны (ПДКр.з.) составляет 0,01 мг/м3, в атмосферном воздухе 0,004 мг/м3. Класс опасности — I (чрезвычайно опасное химическое вещество).

Смертельная для взрослого человека доза таллия в соединениях составляет 600 мг.

При отравлении таллием или его соединениями в качестве антидота используется берлинская лазурь.

Первая помощь при отравлении таллием — промывание желудка раствором 0,3 % тиосульфата натрия (Na2S2O3) с взболтанным порошком активированного угля.

Криминальные отравления соединениями таллия описаны в ряде остросюжетных произведений детективной литературы[21] и кинофильмов[22].

Литература

Примечания
  1. Meija J. et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2016. — Vol. 88, no. 3. — P. 265—291. — doi:10.1515/pac-2015-0305.
  2. 1 2 3 4 5 Thallium: physical properties (англ.). WebElements. Дата обращения: 20 августа 2013. Архивировано 26 июля 2013 года.
  3. 1 2 3 4 5 6 7 Фёдоров П. И. Таллий // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. Н. С. Зефиров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 4: Полимерные — Трипсин. — С. 490—492. — 639 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8.
  4. Thallium: crystal structure (англ.). WebElements. Дата обращения: 20 августа 2013. Архивировано 12 августа 2013 года.
  5. 1 2 3 4 5 Венецкий С.И., 1980.
  6. * Crookes, William (March 30, 1861) "On the existence of a new element, probably of the sulphur group, " Chemical News, vol. 3, pp. 193—194 Архивная копия от 6 марта 2022 на Wayback Machine; reprinted in: Crookes, William. XLVI. On the existence of a new element, probably of the sulphur group (англ.) // Philosophical Magazine : journal. — 1861. — April (vol. 21, no. 140). — P. 301—305. — doi:10.1080/14786446108643058. Архивировано 1 июля 2014 года.;
    • Crookes, William (May 18, 1861) "Further remarks on the supposed new metalloid, " Chemical News, vol. 3, p. 303 Архивная копия от 6 марта 2022 на Wayback Machine.
    • Crookes, William (June 19, 1862) "Preliminary researches on thallium, " Proceedings of the Royal Society of London, vol. 12, pages 150—159.
    • Lamy, A. (May 16, 1862) "De l’existenc d’un nouveau mtal, le thallium, " Comptes Rendus, vol. 54, pages 1255—1262 Архивировано 15 мая 2016 года.
  7. Weeks, Mary Elvira[англ.]. The discovery of the elements. XIII. Supplementary note on the discovery of thallium (англ.) // Journal of Chemical Education[англ.] : journal. — 1932. — Vol. 9, no. 12. — P. 2078. — doi:10.1021/ed009p2078. — .
  8. Вольфсон Ф. И., Дружинин А. В. Главнейшие типы рудных месторождений. — М.: Недра, 1975. — 392 с..
  9. Физические величины : Справочник / Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — С. 602. — 1232 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-283-04013-5.
  10. 1 2 3 Федоров, 1977, с. 191.
  11. Федоров, 1977, с. 206.
  12. Федоров, 1977, с. 104.
  13. Crookes W. VIII. Preliminary researches on thallium (англ.) // Proceedings of the Royal Society of London. — 1863. — Vol. 12. — P. 150–159. — ISSN 0370-1662. — doi:10.1098/rspl.1862.0030. Архивировано 9 января 2022 года.
  14. Федоров, 1977, с. 216.
  15. Федоров, 1977, с. 212.
  16. Федоров, 1977, с. 213.
  17. Федоров, 1977, с. 214.
  18. Крутяков Юрий. Таллий. Энциклопедия Кругосвет. Дата обращения: 31 марта 2023. Архивировано 21 сентября 2022 года.
  19. Sullivan P. D., Menger E. M., Reddoch A. H., Paskovich D. H. Oxidation of anthracene by thallium(III) trifluoroacetate. Electron spin resonance and structure of the product cation radicals (англ.) // Journal of Physical Chemistry. — 1978. — Vol. 82, no. 10. — P. 1158—1160. — doi:10.1021/j100499a015.
  20. Тарасенко H. Ю.; Рубцов А. Ф. (суд.), Малинин А. Б., Седов В. В. (рад.). Таллий // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б. В. Петровский. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1985. — Т. 24 : Сосудистый шов — Тениоз. — С. 494—495. — 544 с. : ил.
  21. Emsley J.[англ.]. The trouble with thallium (англ.) // New Scientist. — 1978. — 10 August. — P. 394.
  22. Криминал.RU. Криминальная Россия. Неуловимый привкус смерти (11 декабря 2016). Дата обращения: 18 февраля 2018.


Комментарии
  1. Указан диапазон значений атомной массы в связи с неоднородностью распространения изотопов в природе.


Дополнительная литература
  • Таллий // Популярная библиотека химических элементов / Сост. В. В. Станцо, М. Б. Черненко. — М.: Наука, 1983. — Кн. 2. Серебро-нильсборий и далее. — 572 с.
  • Таллий (20 ноября 2006). — News.ru. Дата обращения: 20 августа 2013.
Downgrade Counter