Таллий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Таллий — химический элемент с атомным номером 81 в периодической системе, обозначается символом Tl (лат. Thallium), мягкий металл синевато-белого цвета.

[править] История и происхождение названия

Таллий был открыт спектральным методом в 1861 году английским ученым Уильямом Круксом в шламах свинцовых камер сернокислотного завода города Гарц. Чистый металлический таллий был независимо получен Круксом и французским химиком Клодом-Огюстом Лами в 1862 году.

Название элемент получил по характерным зеленым линиям своего спектра и зеленой окраске пламени. От греч. θαλλος — молодая, зелёная ветвь.

[править] Нахождение в природе

Природный таллий состоит из двух стабильных изотопов: ²⁰⁵Tl (содержание 70,5 % по массе) и ²⁰³Tl (29,5 %). В ничтожных количествах встречаются радиоактивные изотопы таллия: ²⁰⁸Tl (Т_1/2 3,1 мин), ²¹⁰Tl (Т_1/2 1,32 мин), ²⁰⁶Tl (Т_1/2 4,19 мин) и ²⁰⁷Tl (Т_1/2 4,78 мин), являющиеся промежуточными членами рядов распада урана, тория и нептуния.

Таллий — рассеянный элемент. Содержится в обманках и колчеданах цинка, меди и железа, в калийных солях и слюдах. Таллий — тяжелый металл. Собственных минералов таллия известно около 30, например, aрсеносульфид таллия TlAsS₂ (лорандит), крукезит TlCu₇Se₄, авиценнит Tl₂O₃ Содержится в калиевых минералах (слюде, полевых шпатах), сульфидных рудах: галените, сфалерите (до 0,1 %), маркезите (до 0,5 %), киновари. Как примесь присутствует в природных оксидах марганца и железа.

Среднее содержание таллия (по массе):

• в земной коре 4,5·10⁻⁵%
• в ультраосновных породах 10⁻⁶%
• в основных породах 2·10⁻⁵%

[править] Получение

Основное сырье для получения таллия — пыль, образующаяся при обжиге колчедана или обманок, содержащих таллий. Пыль промывают горячей водой и осаждают таллий цинком или хлоридом натрия:
Tl₂SO₄ + Zn → ZnSO₄ + 2Tl,
Tl₂SO₄ + 2NaCl → 2TlCl + Na₂SO₄.

Для очистки таллий снова переводят в сульфат и после повторного (или многократного) осаждения в виде хлорида металл выделяют электролитически из сернокислого раствора. Технический таллий очищают от примеси свинца растворением металла в азотной кислоте с последующим осаждением свинца сероводородом.

[править] Cвойства

Тaллий — белый металл с голубоватым оттенком. Существует в трех модификациях.

Низкотемпературная модификация Tl II с гексагональной решеткой, a=0,34566 нм, c=0,55248 нм. Выше 234 °C существует высокотемпературная модификация Tl I, с объёмной центрированной кубической решеткой типа α-Fe, а=0,3882 нм. При 3,67 ГПа и 25 °C — Tl III-модификация с кубической гранецентрированной решеткой, а=0,4778 нм.

Таллий диамагнитен. При температуре 2,39К он переходит в сверхпроводящее состояние. На воздухе таллий покрывается черной пленкой оксидов Tl₂O и Tl₂O₃. С водой, не содержащей кислорода, таллий не реагирует. В присутствии кислорода образуется гидроксид TlOH:
4Tl + 2H₂O + O₂ → 4TlOH.

Озон окисляет таллий до Tl₂O₃. С этанолом таллий взаимодействует с выделением водорода (в присутствии воздуха — воды), образуя алкоголят:
2Tl + 2C₂H₅OH → 2C₂H₅OTl + H₂

В соляной кислоте таллий пассивируется, так как образуется нерастворимый хлорид TlCl. Таллий взаимодействует с азотной и серной кислотами. Со щелочами без окислителей не взаимодействует. При комнатной температуре реагирует с галогенами. С фосфором, мышьяком, серой реагирует при нагревании. С водородом, азотом, аммонием, углеродом, кремнием, бором и сухим CO₂ таллий не взаимодействует.

Соединения таллия (I) по своему химическому поведению напоминают соединения калия, серебра и свинца. Соединения Tl (III) — сильные окислители, неустойчивы к нагреванию и подвергаются гидролизу. Их получают, окисляя соединения Tl (I) сильными окислителями (персульфатом калия K₂S₂O₈, броматом калия KBrO₃ или бромной водой).

Получены тригалогениды таллия со фтором, хлором и бромом. TlI₃ является полийодидом Tl (I) и содержит ион трийодида I₃⁻.

Оксид таллия (III) образуется при осторожном термическом разложении нитрата:
2Tl (NO₃)₃ → Tl₂O₃ + NO₂ + NO.

Выше 500 °C на воздухе Tl₂O₃ переходит в Tl₂O. Оксид таллия (I) получают обезвоживанием гидроксида таллия (I). Этот оксид проявляет свойства оксидов щелочных металлов.

Большинство соединений Tl (I) обладают светочувствительностью. В конце 20 века синтезированы сложные слоистые оксиды, например, TlBa₂Ca_n-1Cu_nO_2n+3, обладающие высокотемпературной сверхпроводимостью (температура перехода 100К).

[править] Применение

Тaллий используют при изготовлении подшипников, легкоплавких сплавов и кислотоустойчивых сплавов (на основе свинца и олова). Сульфиды, селениды и теллуриды таллия используются в полупроводниковой технике. Таллий применяют главным образом в виде соединений. Монокристаллы галогенидов таллия используются для изготовления деталей в приборах инфракрасной техники. Водный раствор муравьино-малоновокислого таллия (жидкость Клеричи) широко применяется для разделения минералов по плотности. Амальгама таллия является наиболее низкотемпературным известным металлическим сплавом (t_пл = −61 °C) и находит применение для заполнения низкотемпературных термометров и в качестве теплоносителя. Изотоп ²⁰¹Tl используется в медицине для кардиологических исследований. Соединения таллия применяются в фотографии.

[править] Физиологическое воздействие

Таллий и его соединения высокотоксичны вследствие того, что катион Tl⁺ образует прочные соединения с серосодержащими лигандами:
Tl⁺ + R-SH → R-S-TI + Н⁺.
Поэтому соединения Tl подавляют активность ферментов, содержащих тиогруппы SH. Вследствие близости радиусов K⁺ и Tl⁺ эти ионы обладают сходными свойствами и способны замещать друг друга в ферментах.

Соединения таллия в несколько раз опаснее аналогичных соединений ртути, свинца и кадмия. Попадание в организм даже очень незначительных количеств соединений таллия вызывает тяжёлое отравление, выпадение волос, поражение нервной системы, почек, желудка и др. Таллий — канцерогенное вещество.

ПДК таллия в воде 0,0001 мг/л, для соединений таллия в воздухе рабочих помещений не более 0,01 мг/м³, в атмосферном воздухе 0,004 мг/м³. В качестве противоядия используют серосодержащую aминокислоту цистеин HS-CH₂CH (NH₂)COOH.

[править] Ссылки

• Таллий на Webelements
• Таллий в Популярной библиотеке химических элементов
• Таллий и его применение спецслужбами