Таллий химический элемент

Таллий это металл, простое вещество, имеющий символ TI с атомным номером 81, как указано в периодической таблице Менделеева.

Он не встречается свободно в природе и является серым постпереходным металлом. Таллий напоминает олово, когда он изолирован, но обесцвечивается при воздействии воздуха.

Уильям Крукс и Клод-Огюст Лами независимо открыли таллий в 1861 году.

Что такое таллий

(Thallium;   от   греч. — побег, молодая ветка), Тl — элемент 13-й группы (устаревший хим. элемент III группы периодической системы элементов).

Атомный номер 81, атомная масса 204,37.

Серебристо-белый мягкий металл с голубоватым оттенком. В соединениях проявляет степени окисления +1 и +3.

Изотопы

Природный таллий состоит из стойких изотопов ²⁰³Tl (29,50%) и ²⁰⁵Тl (70,50%).

Известны радиоактивные изотопы ²⁰⁶Тl, ²⁰⁷Тl, ²⁰⁸Тl и ²¹⁰Тl с периодами полураспада соответственно 4,19; 4,79; 3,10 и 1,32 мин.

Из искусственно полученных 11 изотопов наиболее ценен изотоп 204Тl с периодом полураспада 3,56 года.

Таллий открыл (1861) англ. ученый У. Крукс при спектроскопическом исследовании шламов сернокислотного производства.

Электронная конфигурация таллия [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p¹

Распространение в земной коре

Промышленное значение таллий приобрел в 20-х гг. 20 в. Таллий относится к числу рассеянных элементов, встречается в месторождениях различного генезиса.

Содержание его в земной коре 3^-10 %.

Однако существуют собственные минералы:

1. Лорандит TlAsS₂ (~60%Тl).
2. Врбаит Tl(AsSb)₃S₅ (~ 32% Тl).
3. Гутчинсонит Pb(Cu, Ag, Tl)₂As₄S₈ (~25%Tl).
4. Крукезит (Tl, Сu, Ag)₂Se (~ 19% Tl).
5. Авиценнит 7Tl₂О₃ • Fe203 (~ 80% Tl) — очень редки и не имеют практ. значения.

Основная масса таллия находится в рассеянном состоянии в виде изоморфной примеси в силикатных и сульфидных рудах.

Таллий известен в кристаллических модификациях альфа, бета и гамма.

Альфа- и бета-модификации устойчивы при атмосферном давлении с т-рой полиморфного превращения 230—240° С; гамма-модификация образуется при т-ре 200° С и давлениях порядка 1200 кгс/см².

Интересные факты о таллий: Название Таллий происходит от греческого слова – Thallos, что означает зеленая веточка. Это так связано с этим металлом, поскольку он имел зеленую спектральную линию.

В природе он представляет собой смесь двух изотопов. Однако сегодня было обнаружено около 25 изотопов таллия.

Существуют три вида кристаллических решеток:

Кристаллическая решетка альфа-таллия — гексагональная плотноупакованная с периодами а = 3,450 А и с = 5,520 А.

Кристаллическая решетка бета-таллия — гранеадентрированная   кубическая,   а = 3,874 А;

Кристаллическая решетка гамма-таллия— гранецентрированная кубическая.

Плотность таллия 11,85 г/см³; t_пл 303° С; t_кип 1460° С; температурный коэфф. линейного расширения (т-ра ~ 20° С) 28 · 10^-6 град-1.

Коэффициент теплопроводности 0,093 кал/см · сек · град; удельная теплоемкость (т-ра 20—100° С) 0,0326 кал/г · град)   удельное электрическое сопротивление (т-ра 20° С)   18· 10^-6 ом ·см , прочность  на   разрыв   0,9 кгс/мм², НВ = 3,0.

В сухом воздухе таллий покрывается тонкой серой пленкой окисла, при нагревании образует черный гигроскопичный порошок Тl₂O. С водой Тl₂O образует гидроокись ТlOН.

Физические свойства таллия

Таллий является ковким металлом и выглядит как свинец (атомный номер 82) по внешнему виду. Некоторые из его специфических свойств заключаются в следующем:

1. Он очень мягкий и легко плавится. Его можно разрезать ножом и оставить след, когда он натирается на бумаге.
2. Он тяжелый и голубовато-белый по внешнему виду.
3. На выставке в воздухе он также имеет металлический блеск.
4. Он достаточно богат.
5. Его соли растворимы и обычно токсичны.

Химические свойства таллия

При нагревании таллий в среде озона получается нерастворимый в воде темно-бурый кристаллический порошок Тl₂O₃.

При нагревании таллий реагирует с галогенами и серой. С водородом не взаимодействует. В щелочах не растворяется, медленно корродирует  в  воде  при  наличии воздуха.

Трудно растворим в соляной,  быстро — в азотной,   медленнее — в серной к-тах.

Таллий растворяет значительное количество многих металлов: индия, кадмия, свинца, ртути, сурьмы, олова, висмута и др.

Легирование таллием повышает коррозионную стойкость свинцовых сплавов  против  действия  минер,   к-т.

Некоторые сплавы с введением таллий приобретают высокую теплопроводность,  низкий коэфф.   трения,  их легче отливать в формы.

Таллий и его соединения токсичны.

При работе с ними необходимо строгое соблюдение правил техники безопасности.

1. Считается, что таллий даже канцерогенен.
2. Его можно найти как минерал в таких элементах, как круксит, лорандит и хатчинсонит. Он также был обнаружен в железном пирите, что делает его еще одним источником таллия.
3. На дне океана есть марганцевые конкреции, и в них также обнаружено небольшое количество таллия.

• Таллий имеет степень окисления +3 и +1. Степень окисления A +1, хотя и гораздо более стабильна, показывает химическое сходство с щелочными металлами
• Таллий реагирует с воздухом, создавая серую оксидную пленку, и когда он нагревается до огромных количеств, это приводит к образованию ядовитого оксида таллия. Реакция выглядит следующим образом:

2Tl(s) +O₂(g) → Tl₂O(s)

• Таллий устойчиво реагирует с влажным воздухом или растворяется в воде, образуя ядовитый материал, то есть гидроксид таллия, как показано в следующей реакции:

2Tl(s) + 2H₂O(l) → 2TlOH(aq) + H₂(g)

• Таллий энергично реагирует со следующими галогенами — фтором, хлором и бромом. Это приводит к возникновению этих дигалогенидов — фторида таллия, хлорида таллия и бромида таллия. Все они чрезвычайно ядовиты, и их реакции приведены ниже:

2Tl(s) + 3F₂(g) → 2TlF₃(s)

2Tl(s) + 3Cl₂(g) → 2TlCl₃(s)

2Tl(s) + 3Br₂(l) → 2TlBr₃(s)

• Поскольку таллий чрезвычайно ядовит, он медленно растворяется только в серной кислоте в виде H₂SO₄ и соляной кислоте в виде Hcl.
• Таллий не осаждается сульфатными ионами, а TI(l) не осаждается гидроксидными ионами. Однако TI(lll) выпадает в осадок с гидроксидом, как показано в приведенной ниже реакции:

2 Tl₃+(aq) + 6 OH−(aq) →Tl₂O₃(s) Атомные данные таллия

Атомный номер	81
Валентные электроны	35
Электронная конфигурация	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p1
Электроны	81
Нейтроны	124
Протоны	81
Атомный радиус	1.96 Å
Ковалентный радиус	1.44 Å

Получение таллия

Исходным сырьем для получения таллия служат отходы и полупродукты свинцово-цинкового, медеплавильного и сернокислотного произ-ва, содержащие от сотых до десятых частей процента таллия.

Для определения таллия используют химический анализ.

Процесс извлечения таллия включает получение таллиевого концентрата, переработку его на черновой металл и рафинирование.

Таллиевый концентрат получают пирометаллургическим методом, основанным на обогащении возгонов летучими соединениями, гидрометаллургическим методом.

Заключающимся в переводе таллия в раствор с последующим селективным извлечением его: осаждением, экстракцией, ионным обменом, цементацией и др.

Выбор технологической схемы зависит от хим. состава сырья и возможности рационального ее осуществления.

Чаще всего таллий из предварительно очищенных растворов цементируют  металлическим цинком.

Полученную таллиевую губку прессуют, а затем сплавляют в компактный металл.

Рафинируют химическим, электрохимическим или кристаллохимическим методом.

Товарные формы — слитки и стержни, покрытые слоем парафина или лака.

Применение таллия

Таллий применяют в полупроводниковой технике (получение полупроводниковых материалов)  в атомной технике (добавками бромида или йодида таллия активируют фосфоры.

Используемые в сцинтилляционных счетчиках бета-частиц и гамма-лучей); в электротехнике  (изготовление спектральных  люминесцентных, флюоресцентных и др. ламп  спец. назначения).

В приборостроении (изотоп ²⁰⁴Тl служит пост, источником бета-излучения в приборах для контроля производственных процессов).

В оптике (кристаллы ТlBr — Тll применяют в качестве призм и линз для инфракрасной спектроскопии/

Карбонат таллия используют для изготовления оптических  стекол с высоким показателем  преломления).

Амальгама таллия (8,3% Тl) затвердевает при т-ре — 609 С и применяется для изготовления низкотемпературных термометров.

Входит в состав важных сплавов гл. обр. с оловом и со свинцом.

Сплавы таллия

Так, сплав 10% Тl, 70% Рb и 20% Sn отличается высокой коррозионной стойкостью против действия соляной и азотной к-т; сплав 8% Тl, 72% Рb, 15% Sbn5% Sn по качеству превосходит лучшие подшипниковые сплавы.

Сплав 3,5% Тl, 0,05% Са, 0,03% Fe и 96,49% Рb стоек против действия хлора в сульфатных растворах; применяется для изготовления нерастворимых анодов.

Некоторые из применений таллия включают

• Катализатор в органических реакциях
• Для производства оптического лазера и сопутствующего оборудования
• Радиоизотопы и ртутные лампы
• Используется в инфракрасных фотоэлементах
• Он также полезен при обнаружении гамма-излучения
• Он также используется в производстве стекол
• В древние времена он был найден полезным в убийстве муравьев и крыс.
• Некоторые соли таллия использовались для лечения кожи; однако он имеет больше побочных эффектов, чем преимуществ из-за своей высокотоксичной природы.

Литература

Григорович А. Н. Таллий и его промышленное получение. Алма-Ата 1960; Зеликман А. Н., Крейн О. Е., Самсонов Г. В. Металлургия редких металлов. М.