Таллий (Mgllnw)

Перейти к навигации Перейти к поиску
Таллий
← Ртуть | Свинец →
81 In
↑
Tl
↓
Nh
Периодическая система элементовВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесон
Периодическая система элементов
81Tl
Внешний вид простого вещества
Мягкий серебристо-белый металл с голубоватым оттенком
Таллий в ампуле
Свойства атома
Название, символ, номер Та́ллий / Thallium (Tl), 81
Атомная масса
(молярная масса)		 [204,382; 204,385][комм 1][1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p1
Радиус атома 171 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 148 пм
Радиус иона (+3e) 95 (+1e) 147 пм
Электроотрицательность 1,62 (шкала Полинга)
Электродный потенциал Tl←Tl+ −0,338 В
Tl←Tl3+ 0,71 В
Степени окисления 0, +1, +3
Энергия ионизации
(первый электрон)		 588,9 (6,10) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 11,849 [2] г/см³
Температура плавления 577 K (304 °C, 579 °F)[2]
Температура кипения 1746 K (1473 °C, 2683 °F)[2]
Мол. теплота плавления 4,31 кДж/моль
Мол. теплота испарения 162,4 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 26,3 [3] Дж/(K·моль)
Молярный объём 17,2 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки гексагональная
Параметры решётки a=3,456 c=5,525[4]
Отношение c/a 1,599
Температура Дебая 96,00 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 38,9[3] Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-28-0
Эмиссионный спектр
81
Таллий
204,38
4f145d106s26p1

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

[править | править код]

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

[править | править код]

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

Нахождение в природе

[править | править код]

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 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[8].

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

[править | править код]
Основная статья: Изотопы таллия

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

[править | править код]

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

[править | править код]

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

[править | править код]

Существует в трёх модификациях. Низкотемпературная модификация Tl II является кристаллом гексагональной сингонии, пространственная группа P63/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 Im3m, 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 Fm3m, параметры ячейки a = 0,4778 нм, Z = 4. 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): Tl0→Tl+→Tl2+→Tl3+→Tl4+ соответственно равны 6,1080; 20,4284; 29,8; 50,0[3].

Таллий диамагнитен, массовая магнитная восприимчивость поликристаллического гексагонального таллия равна χ = −0,249·10−9 м³/кг при нормальных условиях, −0,258·10−9 м³/кг при T = 14,2 К. У кубического поликристаллического таллия при T > 235 К массовая магнитная восприимчивость составляет −0,158·10−9 м³/кг. Монокристаллический гексагональный таллий проявляет анизотропию, χ|| = −0,420·10−9 м³/кг, χ⊥ = −0,164·10−9 м³/кг. У жидкого таллия χ = −0,131·10−9 м³/кг 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

[править | править код]

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

.

C 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) черного цвета[12]:

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

C 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 294 дня]:

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

[править | править код]
Основной источник: [5]

Биологическая роль и физиологическое воздействие

[править | править код]
Основная статья: Отравление таллием

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].

Известные случаи отравления таллием

[править | править код]

Литература

[править | править код]
  • Федоров П. И., Мохосоев М. В., Алексеев Ф. П. Химия галлия, индия и таллия : [рус.]. — Новосибирск : Наука, 1977. — 224 с.
  • Венецкий С.И. "Молодая зеленая ветвь" (Таллий) // О редких и рассеянных (Рассказы о металлах). — Москва: Металлургия, 1980. — 200 000 экз.

Примечания

[править | править код]
  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’existencè d’un nouveau métal, 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. — Bibcode: 1932JChEd...9.2078W.
  8. ↑ Вольфсон Ф. И., Дружинин А. В. Главнейшие типы рудных месторождений. — Москва: 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. ↑ VIII. Preliminary researches on thallium (англ.) // Proceedings of the Royal Society of London. — 1863-12-31. — 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. ↑ Dr John Emsley[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.
  23. ↑ Мы ставим точку. 10 лет назад умер Юрий Щекочихин. Мы знаем — это убийство, но доказать это теперь невозможно. Прокуратура сделала все, чтобы исчезли следы преступления —... Дата обращения: 25 декабря 2023. Архивировано 15 июня 2018 года.
  24. ↑ Королев, Никита На таганрогское авиационное предприятие завезли таллий. Коммерсант (1 марта 2018). Архивировано 1 марта 2018 года.
  25. ↑ Комментарий ПАО "ТАНТК им. Г.М. Бериева" по поводу отравившихся сотрудников. ТАНТК им. Г. Бериева (2 марта 2018). Архивировано 6 марта 2018 года.

Комментарии

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

Дополнительная литература

[править | править код]
  • 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.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Таллий&oldid=140697538