Interested Article - Таллий

81
Таллий
204,38
4f 14 5d 10 6s 2 6p 1

Та́ллий ( 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.

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 в 1862 году .

Происхождение названия

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

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 Tl 2 O 3 , Tl 2 Cu 3 FeSe 4 , TlSbS 2 , Tl 4 Hg 3 Sb 2 As 8 S 20 , Tl 6 Ag 3 Cu 6 (As,Sb) 9 S 21 или Tl 2 AgCu 2 As 3 S 7 , (Cs,Tl)(Hg,Cu,Zn) 6 (As,Sb) 4 S 12 , Tl 7 Pb 22 As 55 S 108 , TlPb 2 Cl 5 , (Pb,Tl)S·Ag 2 S·5As 2 S 5 , Tl 2 S, TlHgAsS 3 , (Cu,Tl,Ag) 2 Se, Cu 2 (Sb,Tl), TlCl, TlAsS 2 , Tl 2 FeS 3 , TlFeS 2 , Tl(Cu,Ag)(Hg,Zn) 2 (As,Sb) 2 S 6 , Cu 6 TlSe 4 , Au 3 TlTe 2, K 6 Cu 6 Tl 3+ Cl 17 (OH) 4 ·H 2 O, Tl 4 Pb 2 (Sb,As) 20 S 34 , Tl 2 Pb 48 As 82 S 172 , Tl 6 Pb 32 As 70 S 140 ), 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 5⋅10 −8 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 4,5⋅10 −5 %;
  • в ультраосновных породах 10 −6 %;
  • в основных породах 2⋅10 −5 %;
  • в морской воде 10 −9 %.

Изотопы

Природный таллий состоит из двух стабильных изотопов: 205 Tl ( изотопная распространённость 70,48 % по числу атомов) и 203 Tl (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.

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 Tl 2 O . 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) .

Физические свойства

Существует в трёх модификациях. Низкотемпературная модификация Tl II является кристаллом гексагональной сингонии , пространственная группа P 6 3 / mmc , параметры ячейки a = 0,34566 нм , c = 0,55248 нм , Z = 2 , решётка типа магния . Выше 234 °C существует высокотемпературная модификация Tl I кубической сингонии (объёмно-центрированная решётка), пространственная группа Im 3 m , параметры ячейки a = 0,3882 нм , Z = 2 , 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 кубической сингонии (гранецентрированная решётка), пространственная группа Fm 3 m , параметры ячейки a = 0,4778 нм , Z = 4 . Температура плавления составляет 577 K (304 °C), кипит при 1746 K (1473 °C) . Таллий относится к группе тяжёлых металлов ; его плотность — 11,855 г/см 3 .

Сечение захвата тепловых нейтронов атомом — 3,4 ± 0,5 барн. Конфигурация внешних электронов — 6s 2 6p. Энергии ионизации (в эВ ): Tl 0 →Tl + →Tl 2+ →Tl 3+ →Tl 4+ соответственно равны 6,1080; 20,4284; 29,8; 50,0 .

Таллий диамагнитен , массовая магнитная восприимчивость поликристаллического гексагонального таллия равна χ = −0,249·10 −9 м 3 /кг при нормальных условиях, −0,258·10 −9 м 3 /кг при T = 14,2 К . У кубического поликристаллического таллия при T > 235 К массовая магнитная восприимчивость составляет −0,158·10 −9 м 3 /кг . Монокристаллический гексагональный таллий проявляет анизотропию, χ || = −0,420·10 −9 м 3 /кг , χ = −0,164·10 −9 м 3 /кг . У жидкого таллия χ = −0,131·10 −9 м 3 /кг 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

Реагирует с водой в присутствии кислорода

C кислотами: легко растворяется в азотной кислоте, хуже — в серной. Соляная кислота на таллий действует слабо из-за пассивации плёнкой монохлорида таллия .

С кислородом при комнатной температуре:

C галогенами:

C фосфором(при нагревании):

С серой(при нагревании):

Взаимодействие с пероксидом водорода:

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 .

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) Tl 3 [TlCl 6 ].

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 — хлорид , нитрат , ацетат и т. д.). Соединения таллия относят к категории кумулятивных ядов, характеризующихся накапливанием 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 0,01 мг/м 3 , в атмосферном воздухе 0,004 мг/м 3 . 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 (Na 2 S 2 O 3 ) с взболтанным порошком активированного угля .

Криминальные отравления соединениями таллия описаны в ряде остросюжетных произведений детективной литературы и кинофильмов .

Известные случаи отравления таллием

Примечания

  1. Meija J. et al. (англ.) // Pure and Applied Chemistry . — 2016. — Vol. 88 , no. 3 . — P. 265—291 . — doi : .
  2. (англ.) . WebElements. Дата обращения: 20 августа 2013. 26 июля 2013 года.
  3. 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. (англ.) . WebElements. Дата обращения: 20 августа 2013. 12 августа 2013 года.
  5. * Crookes, William (March 30, 1861) "On the existence of a new element, probably of the sulphur group, " Chemical News , vol. 3, от 6 марта 2022 на Wayback Machine ; reprinted in: Crookes, William. (англ.) // Philosophical Magazine : journal. — 1861. — April ( vol. 21 , no. 140 ). — P. 301—305 . — doi : . 1 июля 2014 года. ;
    • Crookes, William (May 18, 1861) "Further remarks on the supposed new metalloid, " Chemical News , vol. 3, 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’existencè d’un nouveau métal, le thallium, " Comptes Rendus , vol. 54, 15 мая 2016 года. .
  6. (англ.) . The discovery of the elements. XIII. Supplementary note on the discovery of thallium (англ.) // (англ.) : journal. — 1932. — Vol. 9 , no. 12 . — P. 2078 . — doi : . — Bibcode : .
  7. Вольфсон Ф. И., Дружинин А. В. Главнейшие типы рудных месторождений. — Москва: Недра, 1975, 392 с.
  8. 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 .
  9. Крутяков Юрий. . Энциклопедия Кругосвет . Дата обращения: 31 марта 2023. 21 сентября 2022 года.
  10. Sullivan, P. D. Menger, E. M. Reddoch, A. H. Paskovich, D. H. (англ.) // . — 1978. — Vol. 82 , no. 10 . — P. 1158—1160 . — doi : .
  11. 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.
  12. . (англ.) // New Scientist . — 1978. — 10 August. — P. 394 .
  13. Криминал.RU. (11 декабря 2016). Дата обращения: 18 февраля 2018.
  14. Королев, Никита . Коммерсант (1 марта 2018). 1 марта 2018 года.
  15. ТАНТК им. Г. Бериева (2 марта 2018). 6 марта 2018 года.
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.
  • (20 ноября 2006). — News.ru. Дата обращения: 20 августа 2013.
Источник —

Same as Таллий