Таллий

Шаблон:Элемент периодической системы Та́ллий (химический символ — Tl, от Шаблон:Lang-la) — 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. Шаблон:-

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 ГарцШаблон:Sfn .

Металлический таллий был независимо получен Уильямом Круксом и французским химиком Клодом-Огюстом Лами в 1862 годуШаблон:Sfn .

Происхождение названия

Название элемент получил по характерным зелёным линиям своего спектра и зелёной окраске пламени. От Шаблон:Lang-grc — молодая, зелёная ветвьШаблон:Sfn.

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
Шаблон:Iw	Tl2Cu3FeSe4
Шаблон:Iw	TlSbS2
Шаблон:Iw	Tl4Hg3Sb2As8S20
Шаблон:Iw	Tl6Ag3Cu6(As,Sb)9S21 или Tl2AgCu2As3S7
Шаблон:Iw	(Cs,Tl)(Hg,Cu,Zn)6(As,Sb)4S12
Шаблон:Iw	Tl7Pb22As55S108
Шаблон:Iw	TlPb2Cl5
Шаблон:Iw	(Pb,Tl)S·Ag2S·5As2S5
Шаблон:Iw	Tl2S
Шаблон:Iw	TlHgAsS3
Шаблон:Iw	(Cu,Tl,Ag)2Se
купростибит	Cu2(Sb,Tl)
Шаблон:Iw	TlCl
Шаблон:Iw	TlAsS2
Шаблон:Iw	Tl2FeS3
Шаблон:Iw	TlFeS2
Шаблон:Iw	Tl(Cu,Ag)(Hg,Zn)2(As,Sb)2S6
Шаблон:Iw	Cu6TlSe4
Шаблон:Iw	Au3TlTe2
Шаблон:Iw	K6Cu6Tl3+Cl17(OH)4·H2O
Шаблон:Iw	Tl4Pb2(Sb,As)20S34
Шаблон:Iw	Tl2Pb48As82S172
Шаблон:Iw	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 Шаблон:Nobr. 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 5Шаблон:E 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.

Среднее содержание таллия (по массе):

• в земной коре 4,5Шаблон:E %;
• в ультраосновных породах 10⁻⁶ %;
• в основных породах 2Шаблон:E %;
• в морской воде 10⁻⁹ %.

Изотопы

Шаблон:Основная статья 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:

• ²⁰⁶Tl (Шаблон:Math = 4,19 мин.) и ²¹⁰Tl (1,30 мин.) — ряд урана-238;
• ²⁰⁷Tl (4,78 мин.) — ряд урана-235;
• ²⁰⁸Tl (3,1 мин.) — ряд тория-232.

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. 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).

Физические свойства

Существует в трёх модификациях. Низкотемпературная модификация Tl II является кристаллом Шаблон:Крист, решётка типа магния. Выше 234 °C существует высокотемпературная модификация Tl I Шаблон:Крист, решётка типа α-Fe; энтальпия перехода между модификациями I и II составляет Шаблон:Nobr. При Шаблон:Nobr и 25 °C — модификация Tl III Шаблон:Крист. Температура плавления составляет 577 K (304 °C), кипит при 1746 K (1473 °C). Таллий относится к группе тяжёлых металлов; его плотность — 11,855 г/см³.

Сечение захвата тепловых нейтронов атомом — 3,4 ± 0,5 барн. Конфигурация внешних электронов — 6s²6p. Энергии ионизации (в эВ): Tl⁰→Tl⁺→Tl²⁺→Tl³⁺→Tl⁴⁺ соответственно равны 6,1080; 20,4284; 29,8; 50,0.

Таллий диамагнитен, массовая магнитная восприимчивость поликристаллического гексагонального таллия равна Шаблон:Nobr при нормальных условиях, Шаблон:Nobr при Шаблон:Nobr. У кубического поликристаллического таллия при Шаблон:Nobr массовая магнитная восприимчивость составляет Шаблон:Nobr. Монокристаллический гексагональный таллий проявляет анизотропию, Шаблон:Nobr, Шаблон:Nobr. У жидкого таллия Шаблон:Nobr при температуре плавления.

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.

Химические свойства

С водой, не содержащей растворенного кислорода, не взаимодействует. Медленно реагирует с водой в присутствии кислорода с образованием гидроксида таллия(I)Шаблон:Sfn:

$4\mathrm{T}\mathrm{l}+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶4\mathrm{T}\mathrm{l}\mathrm{O}\mathrm{H}$.

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

$\mathrm{T}\mathrm{l}+2\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3⟶\mathrm{T}\mathrm{l}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$.

С кислородом при комнатной температуре с образованием оксида таллия(I) черного цветаШаблон:Sfn:

$2\mathrm{T}\mathrm{l}+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶2\mathrm{T}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

C хлором при прямом взаимодействии образует хлорид таллия(III), реагирует с другими галогенами при комнатной температуре:

$2\mathrm{T}\mathrm{l}+3\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2⟶2\mathrm{T}\mathrm{l}\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_3$

C фосфором при нагревании в запаянной ампуле образует фосфиды состава TlP₅ и TlP₃Шаблон:Sfn:

$\mathrm{T}\mathrm{l}+5\mathrm{P}⟶\mathrm{T}\mathrm{l}\mathrm{P}{\phantom{A}}_5$

$\mathrm{T}\mathrm{l}+\mathrm{P}⟶\mathrm{T}\mathrm{l}\mathrm{P}{\phantom{A}}_3$

С серой при сплавлении образует сульфид таллия(I)Шаблон:Sfn, также реагирует при сплавлении с другими халькогенами — селеном с образованием Tl₂Se и TlSeШаблон:Sfn и теллуромШаблон:Sfn:

$2\mathrm{T}\mathrm{l}+\mathrm{S}⟶\mathrm{T}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}$

Взаимодействие с пероксидом водородаШаблон:Нет АИ:

$2\mathrm{T}\mathrm{l}+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶\mathrm{T}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

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

Не реагирует со щелочами, 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

• Амальгама таллия имеет низкую температуру плавления (Шаблон:Math = −61 °C; более легкоплавкой является только эвтектика в системе натрий−калий−цезий с Шаблон:Nobr) — она находит применение для заполнения низкотемпературных термометров и в качестве теплоносителя.
• Нуклид ²⁰¹Tl используется в медицине для кардиологических исследований.
• Таллий вводится в качестве активатора в кристаллы иодида натрия, использующегося в качестве сцинтиллятора для регистрации ионизирующих излучений.
• В инфракрасной оптике в качестве материалов линз применяются бромид и иодид таллия(I). Кроме того, в годы Великой Отечественной войны оксисульфид таллия (таллофид) применялся в качестве чувствительного элемента приборов ночного видения.
• Иодид таллия(I) добавляют в осветительные металлогалогеновые лампы.
• Раствор Клеричи, состоящий из формиата таллия (HCOOTl) и малоната таллия (CH₂(COOTl)₂), используется в минералогии для определения свойств минералов.
• Сульфат таллия(I) и карбонат таллия(I) ранее применялись в качестве средства для борьбы с грызунами в труднодоступных местахШаблон:Sfn .
• Трёхвалентный таллий является основным компонентом некоторых относительно сильных окислительных реагентов в органическом синтезе:
  • Трифторацетат таллия(III) или трис(трифторацетат) таллия, TTFA (Tl(Otfac)₃);
  • Тринитрат таллия, TTN (Tl(NO₃)₃);
  • Триацетат таллия, TTA (Tl(CH₃COO)₃).

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 Шаблон:Итд). Соединения таллия относят к категории кумулятивных ядов, характеризующихся накоплением патологических симптомов при хроническом отравлении.

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 Шаблон:Nobr, в атмосферном воздухе Шаблон:Nobr. Класс опасности — I (чрезвычайно опасное химическое вещество).

Смертельная для взрослого человека доза таллия в соединениях составляет Шаблон:Nobr.

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 и кинофильмов.

Известные случаи отравления таллием

• 1950-е гг. — «таллиевое безумие» в Австралии.
• Тамара Иванютина (Масленко) — серийная убийца-отравительница; являлась главной фигуранткой резонансного уголовного дела конца 1980-х годов, расследовавшегося в Киеве (УССР). Стала последней казнëнной женщиной в Советском Союзе.
• В 2003 году журналист Юрий Щекочихин, по предположению профессора Форрестера из Британского Королевского института отравлений, был отравлен таллием.
• Соловьёв Вячеслав Валерьевич — серийный убийца-отравитель, отравивший как минимум 6 человек сульфатом таллия. Предположительно умер из-за накопления яда в организме, так как постоянно экспериментировал с веществом, что привело к хроническому отравлению.
• 2017-2018 гг. — массовое отравление в Таганроге на Таганрогском авиационном научно-техническом комплексе имени Г. Бериева. Имелось много пострадавших и один (по неподтвержденным данным) погибший.

Литература

• Шаблон:Публикация
• Шаблон:Книга

Примечания

Шаблон:Примечания Комментарии Шаблон:Примечания

Дополнительная литература

• Шаблон:Книга
• Шаблон:Cite web