Таллий
Та́ллий (лат. Thallium), Tl, химический элемент III группы короткой формы (13-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 81, атомная масса 204,3833. Природный таллий – смесь стабильных изотопов 203 Tl (29,52 %) и 205 Tl. Радиоактивные изотопы с массовыми числами 206–210 (период полураспада Т1/2 2,32–4,79 мин) – члены природных радиоактивных рядов. Искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 176–212; наиболее долгоживущий 204 Tl (Т1/2 3,78 года). Элемент открыт в 1861 г. У. Круксом при спектроскопическом исследовании шламов сернокислотного производства; назван по характерной зелёной линии в спектре (от греч. ϑαλλός – зелёная масличная ветвь). В 1862 г. французский химик К. Лами впервые выделил таллий и установил его металлическую природу.
Таллий – редкий и рассеянный элемент, содержание в земной коре 7·10–5 % по массе, в воде морей и океанов 1,4·10–5 мг/дм3 ; концентрируется в верхней части земной коры – средние содержание в гранитном слое 1,5·10–4 %, в основных породах 2·10–5 %, в ультраосновных породах 1·10–6 %. Минералы таллия, например круксит (Сu,Тl,Ag)2 Se, лорандит TlAsS2 , врбаит Tl4 Hg3 Sb2 As8 S20 и другие, крайне редки и не имеют практического значения. Таллий легко мигрирует в биосфере.
Свойства
Конфигурация внешних электронных оболочек атома таллия 6s2 6p1 ; степени окисления +1 (наиболее характерна) и +3; энергии ионизации Tl0 →Tl+ →Tl2+ →Tl3+ соответственно равны 589,5; 1971,0; 2878 кДж/моль; электроотрицательность по Полингу 1,8; атомный радиус 170 пм, ковалентный радиус 155 пм, ионные радиусы (координационное число 6) Tl3+ 88,5 пм, Tl1+ 150 пм.
Таллий – мягкий серовато-белый металл; на воздухе окисляется и тускнеет; ниже 233 °C имеет гексагональную решётку, выше 233 °C – объёмноцентрированную кубическую; tпл 303,6 °C, tкип 1457 °C; плотность 11850 кг/м3 (20 °C); диамагнитен, ниже 2,39 К переходит в сверхпроводящее состояние.
Таллий взаимодействует с кислородом и галогенами при комнатной температуре, с серой и фосфором при нагревании. Реагирует с кислотами. Оксид Tl2 O реагирует с водой с образованием TlОН (сильное основание). Соли Tl(I) (нитрат, сульфат, карбонат) растворимы в воде; хромат, дихромат, галогениды (за исключением фторида) малорастворимы. Оксид Tl2 O3 амфотерен, нерастворим; гидроксид Tl2 O3 ·nH2 O малоустойчив. Галогениды Tl(III) хорошо растворимы в воде.
Получение
Основной источник Tl – отходы производства Cd, Cu, Pb. Для извлечения таллия проводят сульфатизацию сырья при 300–350 °C. Полученную массу выщелачивают водой, из раствора экстрагируют таллий 50%-ным раствором трибутилфосфата в керосине, а затем реэкстрагируют H2 SO4 с добавкой H2 O2 . Из реэкстрактов выделяют таллий цементацией на цинковых листах. После переплавки под слоем NaOH получают таллий чистотой 99,99 %. Для более глубокой очистки применяют электролитическое рафинирование и зонную кристаллизацию.
Объём мирового производства таллия 10 т/год (2021).
Применение
Таллий используют для получения подшипниковых и легкоплавких сплавов; амальгама таллия (tпл –59 °C) – рабочее тело низкотемпературных термометров; монокристаллы TlCl, TlBr и TlI используют в приборах ИК-техники; Tl2 О входит в состав оптических стёкол; сульфиды и селениды таллия – компоненты полупроводниковых материалов. Тяжёлая жидкость Клеричи (раствор смеси солей таллия) применяется для разделения минералов по плотности.
Таллий и его соединения высокотоксичны. Симптомы отравления – поражение нервной системы, почек, желудка, выпадение волос. Таллий проникает в организм через органы дыхания, неповреждённую кожу и пищеварительный тракт.
Литература
- Неорганическая химия. В 3 т. Т. 2. Химия непереходных элементов / А. А. Дроздов, В. П. Зломанов, Г. Н. Мазо, Ф. М. Спиридонов. – Москва : Академия, 2004.
- Гринвуд Н. Н. Химия элементов. В 2 т. Т. 1 / Н. Гринвуд, А. Эрншо ; пер. с англ. В. А. Михайлова [и др.]. – Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. – (Лучший зарубежный учебник).
- Лидин Р. А. Химические свойства неорганических веществ : учебное пособие / Р. А. Лидин, В. А. Молочко, Л. Л. Андреева. – 7-е изд., стер. – Москва : Аргамак-Медиа, 2015. – (Бакалавриат).