Та́ллий — элемент 13-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы III группы), шестого периода, атомный номер 81. Обозначается символом Tl (лат. Thallium). Относится к группе тяжёлых металлов. Простое вещество таллий — мягкий металл серебристо-белого цвета с голубоватым оттенком.

История

Таллий был открыт спектральным методом в 1861 году английским учёным Уильямом Круксом в шламах свинцовых камер сернокислотного завода города Гарц. Чистый металлический таллий был независимо получен Круксом и французским химиком Клодом-Огюстом Лами в 1862 году.

Происхождение названия

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

Нахождение в природе

Таллий — рассеянный элемент. Содержится в обманках и колчеданах цинка, меди и железа, в калийных солях и слюдах. Таллий — тяжёлый металл. Известно лишь семь минералов таллия (круксит (Cu, Tl, Ag)₂Se, лорандит TlAsS₂, врбаит Tl₄Hg₃Sb₂As₈S₂₀, гутчинсонит (Pb, Tl)S • Ag₂S • 5As₂S₅, авиценнит Tl₂O₃), 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^[5].

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 %

Изотопы

Природный таллий состоит из двух стабильных изотопов: ²⁰⁵Tl (содержание 70,5 % по массе) и ²⁰³Tl (29,5 %). В ничтожных количествах встречаются радиоактивные изотопы таллия: ²⁰¹Tl, ²⁰⁴Tl (Т_1/2 = 3,56 года), ²⁰⁶Tl (Т_1/2 = 4,19 мин.), ²⁰⁷Tl (Т_1/2 = 4,78 мин.), ²⁰⁸Tl (Т_1/2 = 3,1 мин.) и ²¹⁰Tl (Т_1/2 = 1,32 мин.), являющиеся промежуточными членами рядов распада урана, тория и нептуния.

Получение

Технически чистый таллий очищают от других элементов, содержащихся в колошниковой пыли (Ni, Zn, Cd, In, Ge, Pb, As, Se, Te), растворением в тёплой разбавленной 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.

Свойства

Таллий — блестящий серебристый металл с голубоватым оттенком. На воздухе быстро тускнеет, покрываясь чёрной плёнкой оксида таллия Tl₂O^[3].

Существует в трёх модификациях. Низкотемпературная модификация Tl II с гексагональной решеткой, a = 0,34566 нм, c = 0,55248 нм. Выше 234 °C существует высокотемпературная модификация Tl I, с объёмноцентрированной кубической решёткой типа α-Fe, а = 0,3882 нм. При 3,67 ГПа и 25 °C — модификация Tl III с кубической гранецентрированной решёткой, а = 0,4778 нм. 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/см^3[2].

Сечение захвата тепловых нейтронов атомом — 3,4 ± 0,5 барн. Конфигурация внешних электронов — 6s²6p. Энергии ионизации (в эВ): Tl⁰→Tl²⁺→Tl³⁺→Tl⁴⁺ соответственно равны 6,106; 20,42; 29,8; 50,0 ^[3].

Таллий диамагнитен. При температуре 2,39 K он переходит в сверхпроводящее состояние.

Спектр таллия в видимом диапазоне: 525,046 нм (зелёный).

Применение

• 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 йодид таллия. Кроме того, в годы Великой Отечественной войны оксисульфид таллия (таллофид) применялся в качестве чувствительного элемента приборов ночного видения^[6].
• Иодид таллия(I) добавляют в осветительные металлогалогеновые лампы.
• Раствор Клеричи, состоящий из формиата таллия (HCOOTl) и 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);^[7]
  • Тринитрат таллия, TTN (Tl(NO₃)₃);
  • Триацетат таллия, TTA (Tl(CH₃COO)₃).

Физиологическое воздействие

Как сам таллий, так и его соединения высокотоксичны (в особенности растворимые в воде — хлорид, нитрат, ацетат итд.). Симптомы отравления — поражение нервной системы, почек, желудка, выпадение волос (тотальная алопеция). 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. Смертельная для человека доза таллия составляет 600 мг. При отравлении таллием или его солями в качестве антидота используется берлинская лазурь.

Токсичность соединений таллия обыгрывается в ряде произведений детективной литературы^[8] и кинофильмов.