Таллий

Таллий
← Ртуть | Свинец →
81 In ↑ Tl ↓ Nh 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

Та́ллий (

серебристо-белого цвета с серовато-голубоватым оттенком, быстро окисляющийся на воздухе ввиду своей высокой химической активности.

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^[5].

Название элемент получил по характерным зелёным линиям своего спектра и зелёной окраске пламени. От др.-греч. θαλλός — молодая, зелёная ветвь^[6].

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, 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), 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^[7].

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 %.

Природный таллий состоит из двух стабильных изотопов:

:

• ²⁰⁶Tl (Т_1/2 = 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.

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.

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].

Существует в трёх модификациях. Низкотемпературная модификация Tl II является кристаллом

.

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^[8].

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].

С водой, не содержащей растворенного кислорода, не взаимодействует. Медленно реагирует с водой в присутствии кислорода с образованием гидроксида таллия(I)^[9]:

${\displaystyle {\ce {4Tl + 2H2O + O2 -> 4TlOH}}}$.

C кислотами: легко растворяется в азотной кислоте, несколько хуже — в серной. Соляная кислота на таллий действует слабо из-за пассивации плёнкой монохлорида таллия^[9]. Плавиковая кислота даёт с металлическим таллием фторид таллия(I)^[10].

${\displaystyle {\ce {Tl + 2HNO3 -> TlNO3 + NO2 + H2O}}}$.

С кислородом при комнатной температуре с образованием оксида таллия(I) черного цвета^[11]:

${\displaystyle {\ce {2Tl + O2 -> 2Tl2O}}}$

C хлором при прямом взаимодействии образует хлорид таллия(III)^[12], реагирует с другими галогенами при комнатной температуре:

${\displaystyle {\ce {2Tl + 3Cl2 -> 2TlCl3}}}$

C фосфором при нагревании в запаянной ампуле образует фосфиды состава TlP₅ и TlP₃^[13]:

${\displaystyle {\ce {Tl + 5P -> TlP5}}}$

${\displaystyle {\ce {Tl + P -> TlP3}}}$

С серой при сплавлении образует

:

${\displaystyle {\ce {2Tl + S -> Tl2S}}}$

Взаимодействие с пероксидом водорода^[источник не указан 126 дней]:

${\displaystyle {\ce {2Tl + 3H2O2 -> Tl2O3 + 3H2O}}}$

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^[9], 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].

• Амальгама таллия имеет низкую температуру плавления (t_пл = −61 °C; более легкоплавкой является только эвтектика в системе натрий−калий−цезий с t_пл = −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^[17].
• металлогалогеновые лампы
  .
• 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);^[18]
  • Тринитрат таллия
    , TTN (Tl(NO₃)₃);
  • Триацетат таллия, TTA (Tl(CH₃COO)₃).

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^[19].

В больших дозах соединения таллия поражают

.

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^[20] и кинофильмов^[21].

В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). Информация должна быть проверяема, иначе она может быть удалена. Вы можете отредактировать статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок. (28 декабря 2020)

• 1950-е гг. — «таллиевое безумие» в Австралии.
• Тамара Иванютина (Масленко) — серийная убийца-отравительница; являлась главной фигуранткой резонансного уголовного дела конца 1980-х годов, расследовавшегося в Киеве (УССР). Стала последней казнëнной женщиной в Советском Союзе.
• В 2003 году журналист Юрий Щекочихин, по предположению профессора Форрестера из Британского Королевского института отравлений, был отравлен таллием^[22].
• Соловьёв Вячеслав Валерьевич — серийный убийца-отравитель, отравивший как минимум 6 человек сульфатом таллия. Предположительно умер из-за накопления яда в организме, так как постоянно экспериментировал с веществом. Что привело к хроническому отравлению.
• 2017—2018 г. — массовое отравление в Таганроге на Таганрогском авиационном научно-техническом комплексе имени Г. Бериева^[23][24]. Имелось много пострадавших и один (по неподтвержденным данным) погибший.

• 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) (рус.). — Москва: Металлургия, 1980. — 200 000 экз.

Комментарии

• Таллий // Популярная библиотека химических элементов / Сост. В. В. Станцо, М. Б. Черненко. — М.: Наука, 1983. — Кн. 2. Серебро-нильсборий и далее. — 572 с.
• Таллий  (неопр.) (20 ноября 2006). — News.ru. Дата обращения: 20 августа 2013.