Русская Википедия:Таллий
Шаблон:Карточка химического элемента
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 Гарц.
Металлический таллий был независимо получен Уильямом Круксом и французским химиком Клодом-Огюстом Лами в 1862 году[1].
Происхождение названия
Название элемент получил по характерным зелёным линиям своего спектра и зелёной окраске пламени. От Шаблон:Lang-grc — молодая, зелёная ветвь[2].
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 (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, Шаблон:Iw 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), все они крайне редкие. 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 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[3].
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.
Получение
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 Tl2O[4]. В воде в присутствии кислорода растворяется с образованием гидроксида таллия, в отсутствие кислорода не реагирует, поэтому таллий хранят под слоем прокипячённой дистиллированной воды (или парафина, а также покрывают лаком)[4].
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 0,36 кДж/моль. При 3,67 ГПа и 25 °C — модификация Tl III Шаблон:Крист. Температура плавления составляет 577 K (304 °C), кипит при 1746 K (1473 °C)[5]. Таллий относится к группе тяжёлых металлов; его плотность — 11,855 г/см3[5].
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[4].
Таллий диамагнитен, массовая магнитная восприимчивость поликристаллического гексагонального таллия равна Шаблон:Math = −0,249·10−9 м3/кг при нормальных условиях, −0,258·10−9 м3/кг при Шаблон:Math = 14,2 К. У кубического поликристаллического таллия при Шаблон:Math > 235 К массовая магнитная восприимчивость составляет −0,158·10−9 м3/кг. Монокристаллический гексагональный таллий проявляет анизотропию, Шаблон:Math = −0,420·10−9 м3/кг, Шаблон:Math = −0,164·10−9 м3/кг. У жидкого таллия Шаблон:Math = −0,131·10−9 м3/кг при температуре плавления[6].
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[4].
Химические свойства
Реагирует с водой в присутствии кислорода
<chem>4Tl + 2H2O + O2 -> 4TlOH</chem>
C кислотами: легко растворяется в азотной кислоте, хуже — в серной. Соляная кислота на таллий действует слабо из-за пассивации плёнкой монохлорида таллия. <chem>Tl + 2HNO3 -> TlNO3 + NO2 + H2O</chem>
С кислородом при комнатной температуре:
<chem>Tl + O2 -> Tl2O</chem>
C галогенами:
<chem>Tl + Cl2 -> 2TlCl</chem>
C фосфором(при нагревании):
<chem>Tl + 5P -> TlP5</chem>
<chem>Tl + P -> TlP3</chem>
С серой(при нагревании):
<chem>2Tl + S -> Tl2S</chem>
<chem>Tl + S -> TlS</chem>
Взаимодействие с пероксидом водорода:
<chem>2Tl + 3H2O2 -> Tl2O3 + 3H2O</chem>
Реагирует с неметаллами: с галогенами при комнатной температуре, с серой, селеном, теллуром, фосфором — при нагревании. 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:Math = −78 °C) — 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[7].
- 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 местах.
- Трёхвалентный таллий является основным компонентом некоторых относительно сильных окислительных реагентов в органическом синтезе:
- Трифторацетат таллия(III) или трис(трифторацетат) таллия, TTFA (Tl(Otfac)3);[8]
- 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 — хлорид, нитрат, ацетат Шаблон:Итд). Соединения таллия относят к категории кумулятивных ядов, характеризующихся накапливанием патологических симптомов при хроническом отравлении[9].
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[10] и кинофильмов[11].
Известные случаи отравления таллием
- 1950-е гг. — «таллиевое безумие» в Австралии.
- 2017—2018 г. — массовое отравление в Таганроге на Таганрогском авиационном научно-техническом комплексе имени Г. Бериева[12][13].
- Соловьёв Вячеслав Валерьевич — серийный убийца-отравитель, отравивший как минимум 6 человек сульфатом таллия.
- Тамара Иванютина (Масленко) — серийная убийца-отравительница; являлась главной фигуранткой резонансного уголовного дела конца 1980-х годов, расследовавшегося в Киеве (УССР).
Примечания
- Комментарии
Дополнительная литература
- ↑ * Crookes, William (March 30, 1861) "On the existence of a new element, probably of the sulphur group, " Chemical News, vol. 3, pp. 193—194 Шаблон:Wayback; reprinted in: Шаблон:Статья;
- Crookes, William (May 18, 1861) "Further remarks on the supposed new metalloid, " Chemical News, vol. 3, p. 303 Шаблон:Wayback.
- 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’existencè d’un nouveau métal, le thallium, " Comptes Rendus, vol. 54, pages 1255—1262 Шаблон:Архивировано.
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Вольфсон Ф. И., Дружинин А. В. Главнейшие типы рудных месторождений. — Москва: Недра, 1975, 392 с.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокХЭ
не указан текст - ↑ 5,0 5,1 Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокWebElements
не указан текст - ↑ Шаблон:Физвеличины
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:БМЭ3
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
Шаблон:Выбор языка Шаблон:Соединения таллия Шаблон:Периодическая система элементов Шаблон:Ряд активности металлов