Loading AI tools
химический элемент Из Википедии, свободной энциклопедии
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.
Таллий | ||||
---|---|---|---|---|
← Ртуть | Свинец → | ||||
| ||||
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 |
4f145d106s26p1 |
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] .
Название элемент получил по характерным зелёным линиям своего спектра и зелёной окраске пламени. От др.-греч. θαλλός — молодая, зелёная ветвь[7][5].
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.
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):
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.
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 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].
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 229 дней]:
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].
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].
В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.