Таллий

Распространение в природе

Физические свойства

Химические свойства

Получение

Применение

Таллий в организме

Таллий (лат. Thallium), Tl, химический элемент III группы периодической системы Менделеева, атомный номер 81, атомная масса 204,37; на свежем разрезе серый блестящий металл; относится к редким рассеянным элементам. В природе элемент представлен двумя стабильными изотопами ²⁰³Tl (29,5%) и ²⁰⁵Tl (70,5%) и радиоактивными изотопами ²⁰⁷Tl - ²¹⁰Tl - членами радиоактивных рядов. Искусственно получены радиоактивные изотопы ²⁰²Tl (Т_½ = 12,5 сут), ²⁰⁴Tl (T_½= 4,26 года), ²⁰⁶Tl (Т_½ = 4,19 мин) и другие. Таллий открыт в 1861году У. Круксом в шламе сернокислотного производства спектроскопическим методом по характерной зеленой линии в спектре (отсюда название: от греч. thallos - молодая, зеленая ветка). В 1862 году французский химик К. О. Лами впервые выделил Таллий и установил его металлическую природу.

Распространение Таллия в природе. Среднее содержание Таллия в земной коре (кларк) 4,5·10^-5% по массе, но благодаря крайнему рассеянию его роль в природных процессах невелика. В природе встречаются преимущественно соединения одновалентного и реже трехвалентного Таллия. Как и щелочные металлы, Таллий концентрируется в верхней части земной коры - в гранитном слое (среднее содержание 1,5·10^-4%), в основные породах его меньше (2·10^-5%), а в ультраосновных лишь 1·10^-6%. Известно лишь семь минералов Таллия (например, круксит, лорандит, врбаит и другие), все они крайне редкие. Наибольшее геохимическое сходство Таллий имеет с К, Rb, Cs, а также с Pb, Ag, Cu, Bi. Таллий легко мигрирует в биосфере. Из природных вод он сорбируется углями, глинами, гидрооксидами марганца, накапливается при испарении воды (например, в озере Сиваш до 5·10^-8 г/л).

Физические свойства Таллия. Таллий мягкий металл, на воздухе легко окисляется и быстро тускнеет. Таллий при давлении 0,1 Мн/м² (1 кгс/см²) и температуре ниже 233 °С имеет гексагональную плотноупакованную решетку (а=3,4496Å; с = 5,5137Å), выше 233 °С - объемноцентрированную кубическую (а = 4,841Å), при высоких давлениях 3,9 Гн/м² (39000 кгс/см²) - гранецентрированную кубическую; плотность 11,85г/см³; атомный радиус 1,71Å, ионные радиусы: Tl⁺ 1,49 Å, Tl³⁺ 1,05 Å; Т_пл 303,6 °С; Т_кип 1457 °С, удельная теплоемкость 0,130 кдж/(кг·К) [0,031 кал/(г·°С)] при 20-100 °С; температурный коэффициент линейного расширения 28·10^-6 при 20 °С и 41,5·10^-6 при 240-280 °С; теплопроводность 38,94 вт/(м -К) [0,093 кал/(см·сек·°С)]. Удельное электросопротивление при 0 °С (18·10^-6ом -см); температурный коэффициент электросопротивления 5,177·10^-3 - 3,98·10^-3 (0-100 °С). Температура перехода в сверхпроводящее состояние 2,39 К. Таллий диамагнитен, его удельная магнитная восприимчивость -0,249·10^-6 (30 °С).

Химические свойства Таллия. Конфигурация внешней электронной оболочки атома Tl 6s²6р¹; в соединениях имеет степень окисления +1 [Tl (I)] и +3 [Tl (III)]. Таллий взаимодействует с кислородом и галогенами уже при комнатной температуре, с серой и фосфором при нагревании. Хорошо растворяется в азотной, хуже в серной кислотах, не растворяется в галогенводородных, муравьиной, щавелевой и уксусной кислотах. Не взаимодействует с растворами щелочей; свежеперегнанная вода, не содержащая кислорода, не действует на Таллий. Основные соединения с кислородом: оксид (I) Tl₂О и оксид (III) Tl₂О₃. Оксид Таллия (I) и соли Tl (I) нитрат, сульфат, карбонат - растворимы; хромат, бихромат, галогениды (за исключением фторида), а также оксид Таллия (III) - малорастворимы в воде. Tl (Ш) образует большое число комплексных соединений с неорганических и органических лигандами. Галогениды Tl (Ш) хорошо растворимы в воде. Наибольшее практическое значение имеют соединения Tl (I).

Получение Таллия. В промышленного масштабах технический Таллий получают попутно при переработке сульфидных руд цветных металлов и железа. Его извлекают из полупродуктов свинцового, цинкового и медного производств. Выбор способа переработки сырья зависит от его состава. Например, для извлечения Таллия и других ценных компонентов из пылей свинцового производства проводится сульфатизация материала в кипящем слое при 300-350 °С. Полученную сульфатную массу выщелачивают водой, и из раствора экстрагируют Таллий 50%-ным раствором трибутилфосфата в керосине, содержащим иод, а затем реэкстрагируют серной кислотой (300 г/л) с добавкой 3%-ной перекиси водорода. Из реэкстрактов металл выделяют цементацией на цинковых листах. После переплавки под слоем едкого натра получают Таллий чистотой 99,99%. Для более глубокой очистки металла применяют электролитическое рафинирование и кристаллизационную очистку.

Применение Таллия. В технике Таллий применяется главным образом в виде соединений. Монокристаллы твердых растворов галогенидов TlBr - TlI и TlCl - TlBr (известные в технике как КРС-5 и КРС-6) используют для изготовления оптических деталей в приборах инфракрасной техники; кристаллы TlCl и TlCl-TlBr- в качестве радиаторов счетчиков Черенкова. Tl₂О входит в состав некоторых оптических стекол; сульфиды, оксисульфиды, селениды, теллуриды - компоненты полупроводниковых материалов, использующихся при изготовлении фотосопротивлений, полупроводниковых выпрямителей, видиконов. Водный раствор смеси муравьино- и малоновокислого Таллия (тяжелая жидкость Клеричи) широко применяют для разделения минералов по плотности. Амальгама Таллия, затвердевающая при -59°С, применяется в низкотемпературных термометрах. Металлический Таллий используют для получения подшипниковых и легкоплавких сплавов, а также в кислородомерах для определения кислорода в воде. ²⁰⁴Tl в качестве источника β-излучений применяют в радиоизотопных приборах.

Таллий в организме. Таллий постоянно присутствует в тканях растений и животных. В почвах его среднее содержание составляет 10^-5%, в морской воде 10^-9 в организмах животных 4·10^-5%. У млекопитающих Таллий хорошо всасывается из желудочно-кишечного тракта, накапливаясь главным образом в селезенке и мышцах. У человека ежесуточное поступление Таллия с продуктами питания и водой составляет около 1,6 мкг, с воздухом -0,05 мкг. Умеренно токсичен для растений и высоко токсичен для млекопитающих и человека.

Отравления Таллием и его соединениями возможны при их получении и практическое использовании. Таллий проникает в организм через органы дыхания, неповрежденную кожу и пищеварительный тракт. Выводится из организма в течение длительного времени, преимущественно с мочой и калом. Острые, подострые и хронические отравления имеют сходную клиническую картину, различаясь выраженностью и быстротой возникновения симптомов. В острых случаях через 1-2 суток появляются признаки поражения желудочно-кишечного тракта (тошнота, рвота, боли в животе, понос, запор) и дыхательных путей. Через 2-3 недели наблюдаются выпадение волос, явления авитаминоза (сглаживание слизистой оболочки языка, трещины в углах рта и т. д.). В тяжелых случаях могут развиться полиневриты, психические расстройства, поражения зрения и другие.