Таллий – история открытия и основные вехи использования

Человечество познакомилось с таллием – тяжелым металлом тринадцатой группы Периодической системы практически полтора века назад в 1861 году. Его открытие – следствие исследования отходов сернокислотного производства.

Выделение элемента

В те времена, молодой англичанин, химик по образованию, Уильям Крукс изучал возможность выделения селена и теллура из промышленной пыли, обитая на севере Германии, в местечке Тилькерод. Теллур ученому обнаружить не удалось, как и избавить сернокислотное производство от осаждаемой пыли. Напротив, исследуя собранные образцы позднее, методами спектрального анализа, Крукс обнаружил ярко-зеленую линию, которую и отнес к новому элементу. Его название полностью соответствует увиденному англичанином спектру, поскольку таллий происходит от греческого термина, обозначающего «молодая зеленая ветвь».

Сульфосоль содержит металл таллий

Годом позже, ученый из Франции, химик Клод Лями, также занялся на досуге изучением шлама сернокислотного производства. Правда, делал он это в родной ему Франции, точнее на севере страны – городе Лоос. Аналогично Круксу, француз обнаружил новый элемент, благодаря спектральному анализу. Более того, Лями даже сумел выделить 14 грамм таллия, ведь сернокислотного шлама для этого у него было в избытке. Это помогло более детально изучить элемент, и отнести его к металлам (Крукс считал обнаруженное вещество аналогом селена). Таким образом, совместными усилиями англичанина и француза удалось выделить биологически токсичный элемент, который впоследствии станет полноправным участником детективных сюжетов.

Свойства и положения в Периодической таблице

Таллий занял 81-ую позицию, представляя собой металл серебристого цвета, отличающийся голубоватым оттенком. Вещество обладает плотностью, чуть свыше 11.885 грамм на кубический сантиметр и характеризуется низкой температурой плавления в 304 ⁰С. Этот металл отличается высокой пластичностью, мягок, его можно без проблем разрезать ножом. На воздухе чистый таллий быстро темнеет, вследствие образования оксидной пленки, препятствующей дальнейшему окислению металла. Талий диамагнитен, отличается высокой токсичностью, последняя характеристика присуща как самому металлу, так и его слоям, сульфатам.

Природные запасы вещества на два порядка превышают резервы золота и в 10 раз – серебра. При этом таллий, в отличие от этих драгоценных металлов – относится к типу рассеянных. Нет с памятью у элемента все в порядке, но особых его месторождений на планете не обнаружено. Наибольшее содержание таллия соответствует минералам с экзотическими наименованиями:

• лорандит;

• гутчинсонит;

• врбаит;

Так необычно выглядит минерал врбаит

• крукезит.

В них элемент находится на уровне от 16 до 80%. Однако, все перечисленные минералы относятся к редким, так последние обнаружение авиценнита датируется серединой прошлого века.

Альтернативный источник таллия – дымоходы. Это неудивительно, поскольку открытие тяжелого металла также произошло, буквально, на пыли. Действительно, переплавка руд происходит при температурах, когда соединения таллия становятся летучими. Как результат, конденсируясь, они осаждаются на стенках дымохода вместе с пылью. В основном это окислы и сульфаты металла.

Производство в промышленных масштабах

Современным источником Tl выступают сульфидные металлические руды, а также отходы при производстве: меди, цинка, уже упоминавшейся серной кислоты.

Технология получения чистого таллия постоянно модифицируется, поскольку этот тяжелый металл извлекается из продуктов переработки в сопровождении ряда побочных элементов. Весь процесс выделения чистого Tl можно разбить на ряд этапов:

1. Обогащение концентратов таллием, методом возгонки.
2. Многократное повторное выщелачивание возгонов. Производится в воде посредством нагревания. Допускается также использование слабых растворов В редких случаях, когда таллий сочетается с трудно-растворимыми веществами, выщелачивание осуществляется разбавленной H2SO4.
3. Поучение металлического таллия. В зависимости от выделенных соединений на первых двух этапах: хлорид, гидроксид, сульфид и прочие, – выбирают соответствующую технику очистки.
4. Финальный этап отделения таллия. Выполняется цементацией очищенных растворов с применением цинковых пластин. Результат процесса – губчатый металл, впоследствии брикетируемый.

Чтобы получить более чистый таллий, требующийся для создания полупроводниковой техники, задействуют зонную плавку или кристаллофизическую фильтрацию.

Токсичность и другие сферы использования

Начало масштабного применения таллия приходится на второе десятилетие прошлого столетия. Именно тогда, на территории Германии появился патентованный ядовитый препарат для борьбы с грызунами, созданный на базе сульфата металла – Tl2SO4. Впоследствии, подобно применение вещества была резко ограничено, поскольку обнаружилось его токсичное воздействие на организм человека.

Установлено, что избыток таллия в организме приводит к облысению, отравлению. Благодаря этим свойствам, элемент продвигается по карьерной лестнице от должности «борец с грызунами» до героя детективных романов, где он используется в качестве медленно действующей отравы. Конечно, в реальной жизни желание купить таллий, как яд трудно исполнимо.

Видео: ТОП-10 самых опасных ядов (куда входит таллий)

Другое применение талия связано с изменением его электропроводности под действием фотонов. Это привело к созданию фотоэлементов (некоторые использовались в приборах ночного видения), где рабочим веществом выступает данный тяжелый металл. Высокая чувствительность в ИК диапазоне открыла таллию ряд альтернативных применений:

• оборудование для инфракрасной сигнализации;

• приспособления по обнаружению снайперов;

• сцинтилляционные счетчики.

Схема сцинтилляционного счетчика

В медицине таллий используется крайне осторожно, поскольку дозы его терапевтического и токсичного воздействия едва различимы. Можно выделить только применение солей элемента для удаления волос при стригущем лишае. В косметологических целях, силикаты щелочноземельных металлов, активированные Tl, используются в физиотерапии, для эритермального воздействия УФ излучения.

Среди других соединений, нашедших практическое применение можно выделить карбонат талия Tl2CO3, без которого не обходится производство стекол с высоким показателем преломления. Участие элемента в сплавах позволяет повысить такие характеристики, как:

• прочность;

• кислотная стойкость;

• износоустойчивость.

В частности, сплав для изготовления подшипников на базе свинца содержит 8% Tl. Среди прочих отраслей применения тяжелого металла можно выделить такие направления:

1. Жидкостные переключатели, основанные на соединениях ртути и талия, функционируют в условиях отрицательных температур.
2. Ускорители реакций в химической промышленности. Например, процесса восстановления нитробензола водородом.
3. Аппаратура для контрольных измерений. При производстве бумаги и синтетических и искусственных тканей используется радиоактивность таллия, способствующая снятию статического напряжения с готовой продукции

Таким образом, несмотря на токсичность, которой наделен таллий, купить вещество существует множество причин. Об этом говорит и рост стоимости на этот металл. С 1920 года – начала использования элемента таллий, цена его выросла с 20 до 1300 долларов за килограмм.