Таллий элемент. Свойства таллия

Общие сведения и методы получения

Таллий (Т1)-рассеянный элемент, металл. Открыт в 1861 г. англий­ским ученым У. Круксом при спектроскопическом исследовании шла-мов сернокислотного производства. Название получил благодаря ха­рактерной зеленой линии спектра от латинского thallus - зеленый побег. Первым выделил новый элемент, а также установил его металли­ческий характер и основные свойства К. О. Лями в 1862 г.

Собственные минералы таллия практического значения не имеют. К ним относятся: лорандит TIAsS 2 (58,7-59,7 % Т1); врбаит Ti(As, Sb) 3 S 5 (29,2-32 % Т1); гутчинсонит P(Cu, Al, Tl) 2 AsS 8 (-25% Ti); крукезит (Ti, Cu, Ag) 2 Se (16-19% Ti); авицениит 7T1 2 0 3 -Fe 2 0 3 (-80 % TI).

Исходное сырье для производства таллия - отходы и полупродук­ты свинцово-цинкового, медеплавильного и сернокислотного производ­ства, а татсже медно-кадмиевые кекн, получаемые при гидрометаллурги­ческой переработке цинковых огарков. Содержание таллия в этом слу­чае колеблется от сотых до десятых долей процента, поэтому вначале получают концентрат таллия. Его выделяют из растворов, образующих­ся при непосредственном выщелачивании указанных выше продуктов водой или кислотами, или проводят пирометаллургическое обогаще­ние, основанное на летучести соединений Т! 2 0 и Т1С1. Продукты пиро-металлургического обогащения выщелачивают водой или серной кис­лотой, а из растворов осаждают таллиевый концентрат в виде хлорида, нодида, сульфида, хромата, бихромата или гидроксида таллия (в за­висимости от принятой технологии производства).

Другой довольно распространенный способ - цементация цинковой пылью; при этом получают губку, обогащенную таллием, которую за­тем растворяют в серной кислоте, а из раствора осаждают богатый таллием концентрат. Еще более полно таллий цементируется амальга-мой цинка.

В последнее время возросло значение экстракционных, сорбциоииых и ионообменных способов извлечения н концентрирования таллия.

Дальнейшая очистка концентратов таллня основана на неодинако­вой растворимости соединений таллия и сопутствующих ему металлов, а также различии других физико-химических свойств разделяемых элементов. Таллий выделяется в виде губки цементацией > на цинковых листах из слабокислых очищенных растворов. Нагревание н перемеши­вание ускоряют этот процесс. Цементировать можно не только из раст­вора, но и из суспензии Т1С1 в воде или в 1 %-ной H 2 S0 4 .

Таллиевую губку для получения компактного металла промывают, прессуют и переплавляют при 350 °С под слоем щелочи, канифолн или масла. Плавка под слоем щелочи позволяет одновременно очищать металл, так как ряд примесей (цинк, свинец, хром и др.) переходят в щелочной шлак. Более эффективно щелочное рафинирование идет в присутствии окислителей (KN0 3 ; NaN0 3). Таким образом получают металл, содержащий 5 -10- 2 -10~ 3 % примесей.

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер таллия 81, атомная масса 204,37 а. е. м. Атомный объем 17,24х Х10~ 6 м 3 /моль, атомный радиус 0,171 нм, нонные радиусы Т1+ н Т1 3+ соответственно 0,149 и 0,105. Таллий состоит из двух стабильных изотопов 203 Т1(29,5 %) и 205 Т1 (70,5 %); имеет естественные радиоактивные изотопы 206 Т1, 207 Т|, 208 Т1, 21 °Т! с периодами полураспада 4,19; 4,79; 3,1; 1,32 мии соответственно. Получено 11 искусст­венных изотопов таллия, из которых наиболее важный 204 Т1 с периодом полураспада 3,56 года. Потенциалы ионизации атома / (эВ); 6,106; 20,42; 29,8.

Электронная конфигурация внеш­ней электронной оболочки атома 6 s 2 6 p . Электроотрицательность 1,8. Работа выхода электронов <р = 3,7эВ.

Прн атмосферном давлении и тем­пературе ниже 233 °С таллий имеет гексагональную плотноупакованную решетку (г. п. у.) с периодами а = = 0,34496 нм, с-0,55137 нм (при 18°С); выше 233°С кристаллическая

решетка становится объемноцентрированной кубической (о. ц. к.), а = =0,3871 нм (при 250 °С). Энергия кристаллической решетки таллия 182,8 мкДж/кмоль. При высоких давлениях образуется третья модифи­кация у, имеющая г. ц. к. решетку.

Тройная точка, отвечающая равновесию фаз а, В и у, лежит при тем­пературе 115 °С и давлении 3,9 ГПа. Эффективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 3,4- Ю -28 м 2 .

Технологические свойства

Таллий - мягкий ковкий металл, его можно подвергать холодной про­катке на фольгу и прессованию на проволоку, однако при волочении он рвется из-за низкой своей прочности.

Химические свойства

Нормальный электродный потенциал реакции Т1-е^Т1+, фо=-0,335 В. Электрохимический эквивалент таллия равен 0,70601 мг/Кл. От своих аналогов галлня н индия Т1 сильно отличается по химическим свойствам.

В химических соединениях таллнй может проявлять степень окисле­ния + 1 и +3; возможно образование соединений, в состав которых он входит одновременно в двух степенях окисления. Однако соединения, в которых таллий одновалентен, более устойчивы по сравнению с трех­валентными, поэтому он имеет большое сходство со щелочными метал­лами, образуя аналогичные соединения, в частности хорошо раствори­мые в воде гидроксиды, растворимые нитраты, корбонаты; аналогично щелочным металлам таллий (при степени окисления +1) входит в сос­тав квасцов, шенитов, образует полисульфнды, полииоднды. Многие со­единения одновалентного таллия, как н щелочных металлов, изоморфны.

В то же время подобно Ag, Си, Аи, Hg, одновалентный таллий дает малорастворнмые в воде галогениды, сульфиды и др.; при этом галоге-ниды таллия подобно галогенидам серебра светочувствительны.

Для окисления одновалентных соединений таллия до трехвалентных используют очень сильные окислители: царскую водку, перманганат ка­лия, хлор, бром н др. Соединения трехвалентного таллня легко восста­навливаются в кислых растворах сероводородом, сульфатами и другими восстановителями,

На воздухе металлический таллий быстро темнеет и покрывается черной пленкой оксида Т1 2 0, которая замедляет процесс дальнейшего окисления.

Таллий хорошо растворяется в азотной, серной, хлорной кислотах с образованием солей. В соляной кислоте таллий растворяется с трудом, так как образуется пленка малорастворимого хлорида таллия. С щело­чами металлический таллий ие вступает в реакцию. Вода, не содержа­щая растворенного кислорода, на него ие действует; в присутствии кис­лорода таллий постепенно растворяется в воде с образованием гидрок­сида (ТЮН).

С водородом таллий реагирует только при определенных условиях (в дуге постоянного тока между Си - анодом и Т1 - катодом при давлении водорода, равном ~0,4 МПа) с образованием нестойкого гидрида Т!Н.

Таллий легко вступает в реакцию с галогенами.

Хлорид Т1С1 - белый кристаллический порошок, имеет о.ц.к. решетку или г. ц. к. решетку типа NaCl , температура плавления 450 °С, плотность 7,000 Мг/м 3 .

Бромид TIBr - светло-желтый порошок с о. ц. к. или г. ц. к. решет­кой, плотность 7,500 Мг/м 3 , температура плавления 460 °С.

Иодид ТП - ярко-желтый кристаллический порошок, ниже 174 °С имеет ромбическую решетку и плотность 7,290 Мг/м 3 , а выше этой тем­пературы- о.ц.к. решетку и плотность 7,450 Мг/м 3 , температура плав­ления ТП равна 440 °С.

Фторнд T 1 F - бесцветные кристаллы, плотность 8,360 Мг/м 3 , темпе­ратура плавления 327 °С, в отличие от других галогенидов хорошо раст­ворим в воде.

Легко взаимодействуя с кислородом, таллий образует два оксида: Т1 2 0 и Т1 2 0 3 . При температурах выше 100 °С Т1 2 0 3 заметно диссоцииру­ет Т1 2 0 3 -* Т1 2 0+0 2 .

Оксид (I) Т1 2 0 - черный гигроскопичный порошок, плотность 10,400 Мг/м 3 , температура плавления 580 "С, температура кипения ~1100°С. Оксид (III) Т1 2 0 3 - темно-коричневый кристаллический по­рошок с кубической о.ц.к. решеткой, плотность 10,200 Мг/м 3 , темпера­тура плавления 770 "С, но уже при 500 °С диссоциирует до закиси.

Гидроксид ТЮН - желтое кристаллическое вещество, плотность 7,440 Мг/м 3 . Плавится инконгруэнтно при 125 "С. Хорошо растворяется в воде и проявляет сильные щелочные свойства.

При нагревании таллий реагирует с серой и фосфором, образуя Tl 2 S и Т1 3 Р.

В твердом таллии значительной растворимостью обладают металлы In , Cd , Sn , Hg , Pb , Sb , Bi , Li , Na , Mg , Са, в жидком - ограниченной растворимостью Al , Ga , Cu , Zn . Переходные тугоплавкие металлы IV, V и VI групп вообще ие растворяются в жидком таллии.

Области применения

Примерно 75 % таллия используется в электронике, электротехнике и инфракрасной технике, 7% - в сельском хозяйстве, 3%- в формако-логни, в остальных областях 15 %.

Бромид или иодид таллия применяют в сцннтилляционных счетчиках для В- и у-излученнй как активатор щелочногалогенных кристаллофос-форов.

Монокристаллы твердого раствора бромида и иодида таллия, харак­теризующиеся широкой областью пропускания инфракрасного излучения, применяют для изготовления линз, призм н кювет оптических приборов, работающих в инфракрасной области спектра.

Сульфид и оксисульфид таллия используют для изготовления фото­элементов, чувствительных к воздействию инфракрасного излучения и широко применяемых в авиации.

Карбонат таллия вводят в шихту прн производстве стекла с высоко преломляющей способностью.

Водный раствор смеси таллневых солей, муравьиной и малоновой кислот - жидкость Клеричи используют в минералогических исследова­ниях, так как оиа отличается наиболее высокой плотностью по сравне­нию с другими тяжелыми жидкостями и большой подвижностью.

Соли таллия можно использовать как катализаторы в органическом синтезе, а также как антидетонаторы топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Таллий высокой чистоты используют для синтеза полупроводниковых соединений типа TIAsJf 2 (где X - Se , Те, S), необходимых для производ­ства транзисторов, изоляционных покрытий; в газоразрядных лампах мо­нохроматического излучения (зеленый цвет), служащих для градуиров­ки спектральных приборов, контроля пленки, фотонегативов и т. д.

Радиоактивный изотоп 204 Т1 применяют в качестве источника В-из-лучення в приборах для контроля толщины изделий и покрытий.

Ранее таллий широко применяли для приготовления ядов, предназ­наченных для борьбы с грызунами, в настоящее время применение та­ких ядов сократилось.

Введение таллия в подшипниковые сплавы придает нм высокие ан­тифрикционные свойства, а легирование этим элементом свинцовых спла­вов значительно повышает их коррозионную стойкость. Амальгама тал­лия (8,35 °/о) обладает самой низкой из всех известковых двойных спла­вов температурой затвердевания (-59 °С), которую можно еще пони­зить, добавляя индий. Ее применяют в низкотемпературных термометрах и других приборах.

– (лат. – Thallium, символ Tl) – элемент 13-й (IIIa) группы периодической системы, атомный номер 81, относительная атомная масса 204,38. Природный таллий состоит из двух стабильных изотопов: 203 Tl (29,524 ат.%) и 205 Tl (70,476 ат.%), а всего известно 35 изотопов с массовыми числами от 176 до 210. В химических соединениях таллий проявляет степени окисления +1 и +3, в природе встречается в основном в степени окисления +1, трехвалентный таллий распространен гораздо меньше.

В начале 1850-х молодой английский химик Уильям Крукс (William Crookes, 1832–1919) занимался проблемами выделения селена из пыли, которую улавливали на сернокислотном производстве в Тилькероде (Северная Германия). Он предполагал, что в отходах, остававшихся после извлечения селена, есть теллур, но, проведя химический анализ, не смог его обнаружить. Тем не менее, Крукс решил сохранить изученные образцы в своей лаборатории. В 1861 у Крукса появилась возможность проводить спектральный анализ и в марте того же года он решил воспользоваться спектроскопом, чтобы установить, содержится ли в отходах теллур. Внеся отходы в пламя горелки, Крукс с изумлением обнаружил ярко-зеленую быстроисчезающую линию. Повторив опыт несколько раз и исследовав спектры элементов, которые содержались в образцах (сурьмы, мышьяка, осмия, селена и теллура) он убедился, что зеленая линия принадлежит неизвестному элементу. Из остававшихся у него небольших количеств отходов Крукс смог даже выделить очень незначительное количество обнаруженного элемента, который он предложил назвать таллием от греческого слова qall óV , означающего «молодая зеленая ветвь».

Примерно в то же время, что и Крукс, новый элемент независимо обнаружил французский химик Клод Лями (Claude Auguste Lamy, 1800–1884), изучая шлам сернокислотного производства в Лоосе. Присутствие в образцах таллия было зафиксировано им также с помощью спектроскопа. Располагая большими количествами шлама, Лями удалось выделить 14 грамм таллия и подробно описать его свойства. Лями показал, что таллий является металлом, а не аналогом селена, как полагал Крукс (статья Крукса называлась О существовании нового элемента, принадлежащего к группе серы ).Сообщение Лями появилось в 1862 – на несколько месяцев позже, чем у первооткрывателя (30 марта 1861).

Таллий в природе. Кларк таллия в земной коре составляет около 7·10 –5 %, что более чем в 100 раз превышает содержание золота и в 10 раз – серебра. В отличие от них, таллий является рассеянным элементом – собственные минералы таллия встречаются очень редко, однако он входит в состав большого количества других минералов в качестве изоморфной примеси, замещая медь, серебро и мышьяк в сульфидных рудах, а калий, рубидий и, реже, другие щелочные металлы в алюмосиликатах и хлоридах.

Возможность изоморфного замещения обеспечивается близостью радиуса иона одновалентного таллия (1,49Å) и ионных радиусов калия (1,33Å) и рубидия (1,49Å). В первые годы после открытия таллия изоморфизм его галогенидов и галогенидов калия и рубидия привел к тому, что таллий считали щелочным металлом. Вследствие равенства ионных радиусов таллия и рубидия хлорид таллия часто кристаллизуется совместно с хлоридом рубидия, поэтому таллий является обычным спутником рубидия в соляных месторождениях и минеральных водах. Таллий часто обнаруживается в лейците KAlSi 2 O 6 , ортоклазе KAlSi 3 O 8 . В лепидолите K 2 Li 1,5 Al 1,5 2 и циннвальдите KLiFeAl 2 содержание таллия составляет 10 –3 –10 –1 %. Относительно высокое содержание таллия – 10 –2 % – обнаружено в поллуците (Cs, Na).

В состав различных сульфидных минералов таллий чаще всего входит в концентрациях порядка 10 –3 %. Таллий был найден во многих месторождениях цинковой обманки (сфалерита), галенита (свинцового блеска). В гидротермальных колчеданных, полиметаллических и свинцово-цинковых рудах может превышать 0,1%. Особенно благоприятны для накопления таллия низкотемпературные гидротермальные марказитовые и пиритовые месторождения. Именно в них в незначительном количестве обнаруживаются собственные минералы таллия. Крукесит Cu 15 Tl 2 Se 9 – найден в 1860-х в Швеции и назван в честь первооткрывателя таллия. Позднее крукесит обнаружен в Башкирии и на Урале; врбаит Tl(As, Sb) 3 S 5 , лорандит TlAsS 2 и хатчинсонит (Cu, Ag, Tl)PbAs 4 S 8 присутствуют в некоторых мышьяковистых рудах. В 1956 в Узбекистане был найден новый минерал таллия – авиценнит, представляющий собой оксид трёхвалентного таллия – Tl 2 O 3 .

В почвах среднее содержание таллия составляет 10 –5 %, в морской воде – 10 –9 %, в организмах животных – 4·10 –5 %. Многие живые организмы: свекла, виноград, дуб, бук, морские животные и растения – способны накапливать таллий из окружающей среды. С этим связано повышенное содержание таллия в золе каменных углей – 10 –3 –10 –2 %.

Мировые ресурсы таллия, содержащиеся в цинковых месторождениях, по данным United States Geological Surveys на конец 2004 составляют 17 тысяч тонн, большинство из них расположено в Канаде, Европе и США. Кроме того, запасы таллия в мировых ресурсах угля – 630 тысяч тонн.

Производство и рынок. Промышленное производство таллия началось только в 1920-х и сейчас источником таллия являются сульфидные металлические руды. При обогащении таких руд таллий переходит в медные, цинковые и, особенно, свинцовые, концентраты. Таллий способен изоморфно входить в состав как сульфидных руд, так и силикатных минералов, поэтому степень извлечения таллия в концентраты колеблется от 10 до 80%, часть таллия всегда остается в пустой силикатной породе. Содержание таллия в обогащенных продуктах составляет около 10 –3 %, поэтому такие концентраты не могут служить непосредственным сырьем для его промышленного получения. Источником таллия являются отходы медного цинкового, свинцового и сернокислотного производства – колошниковая пыль, образующаяся при обжиге сульфидных руд, и шлаки, собираемые при выплавке металлов.

В связи с тем, что таллий из перерабатываемых продуктов извлекается обычно в комплексе с рядом других элементов, действующие схемы комплексной переработки металлических руд включают в себя большое количество пиро- и гидрометаллургических операций, являются достаточно сложными и постоянно видоизменяются на предприятиях в зависимости от изменения состава перерабатываемого сырья.

Для получения богатых таллием концентратов пользуются методом возгонки. Таллий может улетучиваться при обжиге как в окислительной, так и в восстановительной атмосфере. Это дает возможность сочетать получение обогащённых таллием возгонов с процессами извлечения других ценных элементов. Особенно высокое обогащение таллием получается при применении хлорирующего обжига – с добавкой хлористого натрия или сильвинита. Равновесие обменной реакции 2NaCl + Tl 2 SO 4 = 2TlCl + Na 2 SO 4 сдвинуто в сторону образования хлорида таллия, который при температуре свыше 600° C обладает хорошей летучестью и почти полностью возгоняется. При окислительном обжиге концентратов, кроме хлорида, возгоняется оксид таллия Tl 2 O и механически захватывается потоком газа пылевидные частицы сульфата, сульфида и силиката таллия. В пыли и возгонах, получаемых при восстановительных процессах, часть таллия может находиться в виде металла.

Следующей стадией выделения таллия является цикличное выщелачивание возгонов водой, которое нужно проводить при нагревании, так как растворимость таллия сильно зависит от температуры. Иногда вместо водного выщелачивания применяют выщелачивание слабыми содовыми растворами. Это предотвращает переход в раствор хлоридов других металлов, например кадмия. Если основная часть таллия присутствует в виде труднорастворимых соединений, то применяется выщелачивание разбавленной серной кислотой.

Из водных растворов от выщелачивания таллий по разным технологическим схемам выделяют в виде хлорида, сульфида, иодида, хромата, гидроксида трёхвалентного таллия или в виде металлического таллия цементацией – осаждением цинковой пылью или амальгамой.

При осаждении таллия в виде сульфида (горячим раствором сульфида натрия) достигается полное извлечение металла из раствора, но этот способ осаждения не является селективным, так как все металлы-спутники таллия также образуют нерастворимые сульфиды, поэтому этот способ применяют только к растворам с низким содержанием примесей. Сульфидный таллиевый концентрат выщелачивают раствором сульфата цинка, при этом в раствор переходит сульфат таллия: Tl 2 S + ZnSO 4 = Tl 2 SO 4 + ZnS. Из полученного раствора металлический таллий выделяют цементацией.

Сейчас время для очистки таллия используют экстракцию из сульфатсодержащих растворов раствором иода в смеси 50% трибутилфосфата и 50% керосина. После этого таллий экстрагируют из органической фазы серной кислотой (300г/л) с добавкой перекиси водорода.

Окончательное выделение таллия из очищенных растворов чаще всего производится путем цементации на цинковых пластинах, при этом получается губчатый металл, который прессуют в брикеты и переплавляют под слоем щелочи при температуре 350–400° C. Реже для получения таллия используют электролиз растворов сульфата таллия на алюминиевом катоде. Получаемый этими способами технический таллий содержит 0,05% процента примесей: свинца, меди, кадмия, цинка и железа. Для получения металла высокой чистоты проводят электролитическое рафинирование с растворимым анодом из чернового таллия и катодом из очищенного таллия, электролитами служат соли таллия: сульфат или перхлорат. Таким путем получают таллий с суммарным содержанием примесей меньше 10 –4 %. Наиболее чистый металл (99,9999%), который требуется для полупроводниковой техники, получают очисткой кристаллофизическими методами: зонной плавкой или методом Чохральского. Мировая добыча таллия практически не изменяется со временем (начиная с 1990) и составляет 15 тонн в год. Поставщиками таллия на мировой рынок являются Бельгия, Канада, Франция, Германия, Россия, Великобритания. Изменения стоимости металлического таллия с течением времени могут служить иллюстрацией зависимости цены продукта от потребительского спроса: c 1950-х в структуре потребления таллия происходили сдвиги, связанные с появлением новых областей использования элемента № 81 и его соединений. В соответствии с этим, увеличивалась и цена металлического таллия (Табл. 1).

Фигуровский Н.А. Открытие элементов и происхождение их названий . М., Наука, 1970
Химия и технология редких и рассеянных элементов , т. 1. Под. ред. К.А.Большакова. М., 1976
Федоров П.А., Мохосоев М.В., Алексеев Ф.П. Химия галлия, индия и таллия . Новосибирск, Наука, 1977
Популярная библиотека химических элементов . М., Наука, 1983
U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries , January 2005

Найти "ТАЛЛИЙ " на

В истории открытия химических элементов немало парадоксов. Случалось, что поисками еще неизвестного элемента занимался один исследователь, а находил его другой. Иногда несколько ученых «шли параллельным курсом», и тогда после открытия (а к нему всегда кто-то приходит чуть раньше других) возникали приоритетные споры. Иногда же случалось, что новый элемент давал знать о себе вдруг, неожиданно. Именно так был открыт элемент №81 – таллий. В марте 1861 г. английский ученый Уильям Крукс исследовал пыль, которую улавливали на одном из сернокислотных производств. Крукс полагал, что эта пыль должна содержать селен и теллур – аналоги серы. Селен он нашел, а вот теллура обычными химическими методами обнаружить не смог. Тогда Крукс решил воспользоваться новым для того времени и очень чувствительным методом спектрального анализа. В спектре он неожиданно для себя обнаружил новую линию светло-зеленого цвета, которую нельзя было приписать ни одному из известных элементов. Эта яркая линия была первой «весточкой» нового элемента. Благодаря ей он был обнаружен и благодаря ей назван по-латыни thallus – «распускающаяся ветка». Спектральная линия цвета молодой листвы оказалась «визитной карточкой» таллия.

В греческом языке (а большинство названий элементов берут начало в латыни или в греческом) почти так же звучит слово, которое на русский переводится как «выскочка». Таллий действительно оказался выскочкой – его не искали, а он нашелся...

Элемент со странностями

Больше 30 лет прошло после открытия Крукса, а таллий все еще оставался одним из наименее изученных элементов. Его искали в природе и находили, но, как правило, в минимальных концентрациях. Лишь в 1896 г. русский ученый И.А. Антипов обнаружил повышенное содержание таллия в силезских марказитах.

О таллии в то время говорили как об элементе редком, рассеянном и еще – как об элементе со странностями. Почти все это справедливо и в наши дни. Только таллий не так уж редок – содержание его в земной коре 0,0003% – намного больше, чем, например, золота, серебра или ртути. Найдены и собственные минералы этого элемента – очень редкие минералы лорандит TlAsS 2 , врбаит Tl(As, Sb) 3 S 5 и другие. Но ни одно месторождение минералов таллия на Земле не представляет интереса для промышленности. Получают этот элемент при переработке различных веществ и руд – как побочный продукт. Таллий действительно оказался очень рассеян.

И странностей в его свойствах, как говорится, хоть отбавляй. С одной стороны, таллий сходен со щелочными металлами. И в то же время он чем-то похож на серебро, а чем-то на свинец и олово. Судите сами: подобно калию и натрию, таллий обычно проявляет валентность 1+, гидроокись одновалентного таллия TlOH – сильное основание, хорошо растворимое в воде. Как и щелочные металлы, таллий способен образовывать полииодиды, полисульфиды, алкоголяты... Зато слабая растворимость в воде хлорида, бромида и иодида одновалентного таллия роднит этот элемент с серебром. А по внешнему виду, плотности, твердости, температуре плавления – по всему комплексу физических свойств – таллий больше всего напоминает свинец.

И при этом он занимает место в III группе периодической системы, в одной подгруппе с галлием и индием, и свойства элементов этой подгруппы изменяются вполне закономерно.

Помимо валентности 1+, таллий может проявлять и естественную для элемента III группы валентность 34-. Как правило, соли трехвалентного таллия труднее растворить, чем аналогичные соли таллия одновалентного. Последние, кстати, изучены лучше и имеют большее практическое значение.

Но есть соединения, в состав которых входит и тот и другой таллий. Например, способны реагировать между собой галогениды одно- и трехвалентного таллия. И тогда возникают любопытные комплексные соединения, в частности Tl 1+ – . В нем одновалентный таллий выступает в качестве катиона, а трехвалентный входит в состав комплексного аниона.

Подчеркивая сочетание различных свойств в этом элементе, французский химик Дюма писал: «Не будет преувеличением, если с точки зрения общепринятой классификации металлов мы скажем, что таллий объединяет в себе противоположные свойства, которые позволяют называть его парадоксальным металлом». Далее Дюма утверждает, что среди металлов противоречивый таллий занимает такое же место, какое занимает утконос среди животных. И в то же время Дюма (а он был одним из первых исследователей элемента №81) верил, что «таллию суждено сделать эпоху в истории химии».

Эпохи таллий пока не сделал и не сделает, наверное. Но практическое применение он нашел (хотя и не сразу). Для некоторых отраслей промышленности и науки этот элемент по-настоящему важен.

Применение таллия

Таллий оставался «безработным» в течение 60 лет после открытия Крукса. Но к началу 20-х годов нашего столетия были открыты специфические свойства таллиевых препаратов, и сразу же появился спрос на них.

В 1920 г. в Германии был получен патентованный яд против грызунов, в состав которого входил сульфат таллия Tl 2 SO 4 . Это вещество без вкуса и запаха иногда входит в состав инсектицидов и зооцидов и в наши дни.

В том же 1920 г. в журнале «Physical Review» появилась статья Кейса, который обнаружил, что электропроводность одного из соединений таллия (его оксисульфида) изменяется под действием света. Вскоре были изготовлены первые фотоэлементы, рабочим телом которых было именно это вещество. Особо чувствительными они оказались к инфракрасным лучам.

Другие соединения элемента №81, в частности смешанные кристаллы бромида и иодида одновалентного таллия, хороша пропускают инфракрасные лучи. Такие кристаллы впервые получили в годы второй мировой войны. Их выращивали в платиновых тиглях при 470°C и использовали в приборах инфракрасной сигнализации, а также для обнаружения снайперов противника. Позже TlBr и TlI применяли в сцинтилляционных счетчиках для регистрации альфа- и бета-излучения...

Общеизвестно, что загар на нашей коже появляется главным образом благодаря ультрафиолетовым лучам и что эти лучи обладают к тому же бактерицидным действием. Однако, как установлено, не все лучи ультрафиолетовой части спектра одинаково эффективны. Медики выделяют излучения эритемального, или эритемного (от латинского aeritema – «покраснение»), действия – подлинные «лучи загара». И, конечно, материалы, способные преобразовывать первичное ультрафиолетовое излучение в лучи эритемального действия, очень важны для физиотерапии. Такими материалами оказались некоторые силикаты и фосфаты щелочноземельных металлов, активированные таллием.

Медицина использует и другие соединения элемента №81. Их применяют, в частности, для удаления волос при стригущем лишае – соли таллия в соответствующих дозах приводят к временному облысению. Широкому применению солей таллия в медицине препятствует то обстоятельство, что разница между терапевтическими и токсичными дозами этих солей невелика. Токсичность же таллия и его солей требует, чтобы с ними обращались внимательно и осторожно.

До сих пор, рассказывая о практической пользе таллия, мы касались лишь его соединений. Можно добавить, что карбонат таллия Tl2CO3 используют для получения стекла с большим коэффициентом преломления световых лучей. А что же сам таллий? Его тоже применяют, хотя, может быть, не так широко, как соли. Металлический таллий входит в состав некоторых сплавов, придавая им кислотостойкость, прочность, износоустойчивость. Чаще всего таллий вводят в сплавы на основе родственного ему свинца. Подшипниковый сплав – 72% Pb, 15% Sb, 5% Sn и 8% Tl превосходит лучшие оловянные подшипниковые сплавы. Сплав 70% Pb, 20% Sn и 10% Tl устойчив к действию азотной и соляной кислот.

Несколько особняком стоит сплав таллия с ртутью – амальгама таллия, содержащая примерно 8,5% элемента №81. В обычных условиях она жидкая и, в отличие от чистой ртути, остается в жидком состоянии при температуре до –60°C. Сплав используют в жидкостных затворах, переключателях, термометрах, работающих в условиях Крайнего Севера, в опытах с низкими температурами.

В химической промышленности металлический таллий, как и некоторые его соединения, используют в качестве катализатора, в частности при восстановлении нитробензола водородом.

Не остались без работы и радиоизотопы таллия. Таллий-204 (период полураспада 3,56 года) – чистый бета-излучатель. Его используют в контрольно-измерительной аппаратуре, предназначенной для измерения толщины покрытий и тонкостенных изделий. Подобными установками с радиоактивным таллием снимают заряды статического электричества с готовой продукции в бумажной и текстильной промышленности.

Думаем, что уже приведенных примеров вполне достаточно, чтобы считать безусловно доказанной полезность элемента №81. А о том, что таллий сделает эпоху в химии, мы не говорили – это все Дюма. Не Александр Дюма, правда (что при его фантазии было бы вполне объяснимо), а Жан Батист Андрэ Дюма – однофамилец писателя, вполне серьезный химик.

Но, заметим, что и химикам фантазия приносит больше пользы, чем вреда...

Еще немного истории

Французский химик Лами открыл таллий независимо от Крукса. Он обнаружил зеленую спектральную линию, исследуя шламы другого сернокислотного завода. Он же первым получил немного элементарного таллия, установил его металлическую природу и изучил некоторые свойства. Крукс опередил Лами всего на несколько месяцев.

О минералах таллия

В некоторых редких минералах – лорандите, врбаите, гутчинсоните, крукезите – содержание элемента №81 очень велико – от 16 до 80%. Жаль только, что все эти минералы очень редки. Последний минерал таллия, представляющий почти чистую окись трехвалентного таллия Tl 2 O 3 (79,52% Tl), найден в 1956 г. на территории Узбекской ССР. Этот минерал назвал авиценнитом – в честь мудреца, врача и философа Авиценны , или правильнее Абу Али ибн Сины.

Таллий в живой природе

Таллий обнаружен в растительных и животных организмах. Он содержится в табаке, корнях цикория, шпинате, древесине бука, в винограде, свекле и других растениях. Из животных больше всего таллия содержат медузы, актинии, морские звезды и другие обитатели морей. Некоторые растения аккумулируют таллий в процессе жизнедеятельности. Таллий был обнаружен в свекле, произраставшей на почве, в которой самыми тонкими аналитическими методами не удавалось обнаружить элемент №81. Позже было установлено, что даже при минимальной концентрации таллия в почве свекла способна концентрировать и накапливать его.

Не только из дымоходов

Первооткрыватель таллия нашел его в летучей пыли сернокислотного завода. Сейчас кажется естественным, что таллий, по существу, нашли в дымоходе – ведь при температуре плавки руд соединения таллия становятся летучими. В пыли, уносимой в дымоход, они конденсируются, как правило, в виде окиси и сульфата. Извлечь таллий из смеси (а, пыль – это смесь многих веществ) помогает хорошая растворимость большинства соединений одновалентного таллия. Их извлекают из пыли подкисленной горячей водой. Повышенная растворимость помогает успешно очищать таллий от многочисленных примесей. После этого получают металлический таллий. Способ получения металлического таллия зависит от того, какое его соединение было конечным продуктом предыдущей производственной стадии. Если был получен карбонат, сульфат или перхлорат таллия, то из них элемент №81 извлекают электролизом; если же был получен хлорид или оксалат, то прибегают к обычному восстановлению. Наиболее технологичен растворимый в воде сульфат таллия Tl 2 SO 4 . Он сам служит электролитом, При электролизе которого на катодах из алюминия оседает губчатый таллий. Эту губку затем прессуют, плавят и отливают в форму. Следует помнить, что таллий всегда получают попутно: попутно со свинцом, цинком, кадмием и некоторыми другими элементами. Таков удел рассеянных...

Самый легкий изотоп таллия

У элемента №81 два стабильных и 19 радиоактивных изотопов (с массовыми числами от 189 до 210). Последним в 1972 г. в Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований в Дубне получен самый легкий изотоп этого элемента – таллий-189. Его получили, облучая мишень из дифторида свинца ускоренными протонами с энергией 660 МэВ с последующим разделением продуктов ядерных реакций на масс-сепараторе. Период полураспада самого легкого изотопа таллия оказался примерно таким же, как у самого тяжелого, он равен 1,4±0,4 минуты (у 210 Tl – 1,32 минуты).

Одним из химических элементов, который относится к металлической группе, является талий. Таллий в организме человека всегда присутствует в небольшом количестве. Несмотря на это контакта с ним следует избегать, поскольку приводит к тяжелой форме интоксикации. Таллий имеет ядовитое действие на человека.

Что собой представляет талий и возможные способы отравления им

Прежде чем выяснить, где можно отравиться, необходимо ответить на вопрос: соли таллия - что это? Это сильнодействующий токсин, который поражает периферическую и центральную нервную систему, почки, желудочно-кишечный тракт. В промышленности его используют намного реже, чем другие металлы. Важно помнить, что любой контакт с ним в большинстве случаев заканчивается смертью, поскольку является сильнодействующим ядом.

Во время многочисленных экспериментов данный химический элемент был выявлен в организме человека в большем количестве именно в жировых тканях. По сегодняшний день его функции и предназначение в нашем организме остаются большой загадкой. В растениях находится его минимальное количество. Поэтому ученые считают, что таллий (или thallium) попадает в организм человека именно с растительными продуктами. Концентрация настолько мала, что никакого вреда здоровью он не причиняет.

Важно знать, где содержится яд. Интоксикация может произойти в одной из следующих ситуаций:

• Работа с пестицидами или инсектицидами. Большая часть отравлений наблюдается у работников сельского хозяйства.
• Во время работы на производстве, где используют талий. Например, производство пиротехники, термометров, красок флуоресцентных и лампочек.
• Металл входит в состав ядов для грызунов, поэтому отравление может произойти во время обработки помещения против грызунов.
• Чаще всего дети травятся от попадания вовнутрь средства, которое содержит пестициды таллия. Так важно прятать от ребенка все отравы, растворы и химикаты, ведь он еще ничего не знает о предстоящей опасности. Для маленького организма даже самое минимальное количество подобного вещества может стать последним.

Во время работы с таллием обязательно надевается респиратор и защитный костюм.Для отравления не всегда нужен контакт с кожей, достаточно сульфат талию попасть в организм через дыхательные пути. Очень часто этот химический элемент используют для того, чтобы намеренно убить человека.

Действие таллия на организм

Выше мы выяснили, что данный металл имеет 3 пути попадания в организм:

• контакт с кожей,
• через пищеварительную систему,
• через дыхательные пути.

Таллий имеет ядовитое действие на организм человека. Достаточно 1 грамма для отравления. Большее количество приводит к смерти. Самое быстрое и тяжелое отравление наблюдается в ситуациях когда таллий (thallium) проглотили. Попадание его в желудок приводит к локальному воспалению. Достаточно менее часа для того, чтобы этот яд распространился по всему организму. Больше всех страдают почки, поскольку лишь они способны вывести его из организма. А именно происходит нарушение их функций, поскольку таллий оседает на внутренних стенках органов. Выводится из организма очень и очень медленно. Понадобится до 3-х месяцев, чтобы полностью очистить организм от небольшого количества яда.

Не только почки, но и все остальные жизненно важные органы страдают от интоксикации. В сердце, нервных клетках головного мозга, печени, нервных путях и сосудах наблюдается оседание металла. В более тяжелых случаях отмечается отек головного мозга. Как правило, именно это становится причиной всех смертей в ходе отравления.

Проявления отравления таллием

Сложность интоксикации напрямую зависит не только от количества принятого яда, но и от возраста пострадавшего и его веса. Ребенку необходимо намного меньше времени и количества химиката для развития отравления.

Спустя первые 2 часа можно наблюдать, как начинают проявляться первые симптомы. Общее состояние пострадавшего начинает быстро ухудшаться и спустя это время можно наблюдать полную клиническую картину. Первые симптомы отравления таллием:

• Острая боль в животе, которая быстро распространяется. В этот момент поражаются все отделы кишечника и желудка.
• Тошнота, после чего следует рвота. Обычно рвотная масса состоит из желудочного сока, желчи и остатков съеденного.
• Вследствие поражения кишечника наступает диарея, которая сопровождается кровью. Это вызвано кровотечением в кишечнике.
• Учащенный ритм сердца или тахикардия могут привести в скором времени к постоянно нарушенному ритму сердца.
• Частое дыхание.
• Наблюдается падание артериального давления. Это вызвано внутренним кровотечением в области кишечника.

Если вовремя не обратиться за медицинской помощью, то на протяжении следующей недели добавляются такие симптомы:

• приступы судорог, которые очень напоминают эпилепсию,
• сильная и постоянная головная боль находится в одной части головы,
• апатия, ярко выраженная слабость всего организма,
• миалгия, так званая мышечная боль, которая локализируется в нижних конечностях,
• пошатывания, нарушенная координация, особенно заметна при ходьбе. Это говорит о том, что таллий повредил мозжечок,
• воспаление нервных путей или полиневрит, который проявляется болями во всем теле,
• резкое ухудшение зрения, в особо запущенных и тяжелых формах наступает полная слепота, что говорит о поражении в головном мозге зрительного центра,
• потеря сознания, наблюдаются глубокие коматозные состояния.

В случаях острых и тяжелых отравлений пострадавший умирает в течение первых суток вследствие отека мозга или внутреннего кишечного кровотечения.

Первая медицинская помощь при отравлении

Если есть подозрения, что произошла интоксикация таллием, необходимо вызвать скорую помощь, не дожидаясь первых симптомов. Ведь каждая минута важна. Первая помощь и дальнейшее лечение осуществляется лишь медперсоналом в стационарных условиях.

Все что вы можете - это . Таким образом, вы выведите собравшиеся частички талия в желудке и уменьшите тяжесть всего дальнейшего процесса отравления. Следующие мероприятия вы можете провести самостоятельно:

• Очищение желудка. Если яд был проглочен, то данное мероприятие рекомендуется провести в первые минуты. Для этого пострадавшему необходимо выпить залпом более 1-го литра простой воды, после чего вызвать рвотный рефлекс. Для того чтобы спровоцировать рвотный позыв, надавите на корень языка. Необходимо повторить данную процедуру несколько раз. Это поможет вывести из желудка максимальное количество яда. Если наблюдается нарушение сознания, то такая промывка категорически запрещается. Также следует прекратить в случаях, когда рвота имеет темный или даже черный цвет. Такой цвет может говорить лишь о начавшемся внутреннем кровотечении. А промывание лишь усилит его и увеличит объем кровопотери.
• Сорбенты. Стоит заглянуть в аптечку. Возможно, там найдутся препараты группы сорбентов. Внимательно прочтите инструкцию, чтобы понять, какую необходимо больному принять дозировку. Например, на 10 кг веса необходима 1 таблетка активированного угля.
• Питье. Это должна быть простая вода. Именно питье поможет снять обезвоживание, которое может возникнуть в процессе отравления. Следует обратить внимание на температуру воды. Она должна быть комнатной, ни в коем случаи не горячей. Также следует избегать газированных напитков.

Лишь прибывшие на вызов медики могут оказать первую медицинскую помощь. Она состоит из следующих мероприятий:

• вводятся препараты, которые устраняют нарушение дыхания и сердцебиения,
• ставятся специальные капельницы, которые снимают интоксикационный синдром,
• при выраженном кишечном кровотечении вводятся кровоостанавливающие препараты,
• если наблюдается неукротимая рвота, то ,
• маленьким детям или пострадавшим с нарушенным сознанием делают промывку желудка через зонд.

После того как все жизненно важные показатели стабилизировались, его везут в ближайшую больницу. Там проводится госпитализация в токсикологическое отделение или в реанимацию.

Обследование и лечение пострадавшего

В организме не так просто выявить таллий. Для этого рентгенологически исследуют брюшную полость. Его можно увидеть на снимке, поскольку он не пропускает рентгеновские лучи. Он может собираться в области почек или кишечника.

Отравление таллием является очень серьезным, поэтому лечение начинается в минуты госпитализации. Оно состоит из следующих компонентов:

• Вводится дитиокарб – это антидот таллия. Благодаря ему нейтрализуются и выводятся токсины с организма. Но улучшение не происходит мгновенно.
• Гемодиализ также помогает вывести токсины с организма. Проводится в первые сутки отравления. Помогает предотвратить острую почечную недостаточность.
• Если отсутствует кишечное кровотечение, то применяют слабительные препараты.
• Вводятся медикаменты для нормализации и поддержания давления и работы сердца.
• Капельницы, которые направлены на нормализацию давления, а также снижение интоксикации. Любой препарат вводится под строгим контролем электролитного состава крови.

Какие могут быть последствия?

Во всех случаях отмечается, что интоксикация сульфатом таллия никогда не проходит бесследно, в независимости была ли оказана помощь своевременно и правильно или спустя некоторое время. Как правило, последствия остаются на всю жизнь. При более сложных отравлениях после выздоровления наблюдается полная потеря трудоспособности. Самые распространенные последствия после интоксикации:

• Аллопеция. Характерно как для мужчин, так и для женщин. Потеря волос может быть частичная, а может быть и полное облысение. Как правило, это последствие необратимо.
• Сетчатка глаза атрофируется. Это приводит к полной или частичной потери зрения.
• У мужчин импотенция, а у женщин нарушается менструальный цикл, возможно бесплодие.
• Почечная недостаточность вызвана поражением почек, в некоторых случаях пострадавший нуждается в постоянном гемодиализе.
• Атрофия кожи, дерматит, высыпания и покраснения.
• Сердечная недостаточность, которая переходит в хроническую.
• Депрессия.
• Нарушение памяти.
• Развитие эпилепсии.

В связи с тем, что таллий не такой распространенный металл, отравление им встречается редко, но оно намного серьезней, чем остальные. Важно помнить, что такое соли таллия и где содержится яд. Чаще всего страдают дети, которые употребили вещество, в состав которого входит сульфат таллия, или люди, работающие на производстве с его использованием. Для сохранения жизни необходимо вызывать скорую помощь при малейших подозрениях на интоксикацию. Врачам приходится бороться с большим количеством осложнений, которые могут возникнуть, поэтому период лечения и реабилитации является очень длительным. Даже при своевременной первой помощи пострадавший может навсегда остаться инвалидом.