XArhive - Статья "Таллий"

Таллий

Химия и Жизнь №10, 1972 г., с. 40-43

ВЫСКОЧКА

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 года 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. Благодаря ей новый элемент 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...

УТКОНОС

Больше тридцати 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 году русский ученый И. А. Антипов обнаружил повышенное содержание таллия в силезских маркезитах.

О таллии в то время говорили как об элементе редком, рассеянном и еще - как об элементе со странностями. (Один из первых исследователей элемента № 81 французский химик Ж. Дюма утверждал, что среди металлов таллий занимает такое же место, какое среди животных занимает утконос.) 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, правда, очень редкие. Ни одно месторождение минералов таллия 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 в чем-то похож на серебро, а в чем-то на свинец и олово. Судите сами: подобно калию и натрию, таллий обычно проявляет валентность 1+, гидроокись одновалентного таллия ТlOН - сильное основание, хорошо растворимое в воде. Как и щелочные металлы, таллий может быть в составе полийодидов, полисульфидов, алкоголятов... Зато слабая растворимость в воде хлорида, бромида и йодида 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 всем этом он занимает место в третьей 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 третьей группы валентность 3+. 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, такое, например: Т1¹⁺[Т1³⁺Сl₂Вr₂]^-, - здесь одновалентный таллий выступает в качестве катиона, а трехвалентный входит в состав комплексного аниона...

ПРИМЕНЕНИЕ

В течение шестидесяти лет после открытия Крукса таллий оставался "безработным". Но к началу двадцатых годов нашего столетия были открыты специфические свойства таллиевых препаратов, и сразу же появился спрос на них.

Первооткрыватель таллия английский химик и спектроскопист Уильям Крукс

В 1920 году в Германии был получен патентованный яд против грызунов, в состав которого входил сульфат таллия Tl₂SO₄ Это вещество без вкуса и запаха входит в состав инсектицидов и зооцидоз и в наши дни.

В том же 1920 году в журнале "Physical Review" появилась статья Т. 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 йодида одновалентного таллия, хорошо пропускают инфракрасные лучи. Такие кристаллы впервые получили в годы второй мировой войны. Их выращивали в платиновых тиглях при температуре 470°С и использовали в приборах инфракрасной сигнализации, а также для обнаружения снайперов противника. Позже TIBr и ТП использовали в сцинтилляционных счетчиках для регистрации альфа- и бета-излучения...

Общеизвестно, что загар на наших телах 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 Т1₂СО₃ используют для получения стекол с большим коэффициентом преломления.

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% Рb, 15% Sb, 5% Sn и 8% Т1 - превосходит лучшие оловянные подшипниковые сплавы. Сплав 70% РЬ, 20% Sn и 10% Тl 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 минус 60°С. Этот сплав используют в жидкостных затворах, переключателях, термометрах, работающих в условиях Крайнего Севера, и 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.

Ж. Дюма, сравнивший таллий с утконосом, верил, что этому элементу "суждено сделать эпоху в истории химии". Эпохи таллий пока не сделал. Но применение, как видите, нашел.

Что вы знаете и чего не знаете о таллии и его соединениях

НЕЗАВИСИМО ОТ КРУКСА

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

В ЧЕСТЬ АВИЦЕННЫ

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 ТlО₃ (79,52% Т1), найден в 1956 году на территории Узбекской ССР. Этот минерал назван авиценнитом - в честь врача и философа Авиценны или, правильнее, Абу Али Ибн-Сины.

ТАЛЛИЙ И СВЕКЛА

Таллий обнаружен в растительных и животных организмах. Он содержится в табаке, корнях цикория, шпинате, древесине бука, винограде и других растениях. Однажды его обнаружили 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 его накапливает. Из животных больше всего таллия содержат медузы, актинии, морские звезды и некоторые другие обитатели морей.

КАК ПОЛУЧАЮТ ТАЛЛИЙ

При температурах плавки руд соединения таллия становятся летучими. В пылях, уносимых 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. 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. Наиболее технологичен растворимый в воде сульфат таллия Тl₂SО₄. Он сам служит электролитом, при электролизе которого на катодах из алюминия оседает губчатый таллий. Эту губку затем прессуют, плавят и отливают в форму. Если же был получен хлорид или оксалат, то прибегают к восстановлению.