Existem muitos paradoxos na história da descoberta de elementos químicos como o tálio. Aconteceu que um pesquisador procurava um elemento ainda desconhecido e outro o encontrava. Às vezes, vários cientistas “seguiam um caminho paralelo” e, depois da descoberta (e alguns sempre chegam a ela um pouco mais cedo do que outros), surgiam disputas de prioridade. Às vezes acontecia que um novo elemento se dava a conhecer de repente, inesperadamente. Foi assim que o elemento número 81, o tálio, foi descoberto.
Em março de 1861, o cientista inglês William Crookes examinou a poeira coletada em uma das fábricas de ácido sulfúrico. Crookes acreditava que essa poeira deveria conter selênio e telúrio - análogos do enxofre. Ele encontrou selênio, mas não conseguiu detectar telúrio usando métodos químicos convencionais. Então Crookes decidiu usar um método de análise espectral novo para a época e muito sensível. No espectro, ele descobriu inesperadamente uma nova linha de cor verde clara, que não poderia ser atribuída a nenhum dos elementos conhecidos. Esta linha brilhante foi a primeira “novidade” do novo elemento. Graças a ela foi descoberto e graças a ela recebeu o nome em latim de talo - “ramo florido”. A linha espectral da cor da folhagem jovem acabou sendo o “cartão de visita” do tálio.
Em grego (e a maioria dos nomes de elementos tem origem em latim ou grego), a palavra traduzida para o russo como “arrivista” soa quase a mesma. Ele realmente acabou sendo um novato - eles não estavam procurando por ele, mas ele foi encontrado...
Elemento estranho
Mais de 30 anos se passaram desde a descoberta de Crookes e o tálio ainda era um dos elementos menos estudados. Foi procurado na natureza e encontrado, mas, via de regra, em concentrações mínimas. Somente em 1896, o cientista russo I. A. Antipov descobriu um aumento no teor de tálio nas marcassitas da Silésia.
Naquela época, falava-se do tálio como um elemento raro e difuso, e também como um elemento com estranhezas. Quase tudo isso é verdade hoje. Apenas o tálio não é tão raro - seu conteúdo na crosta terrestre é de 0,0003% - muito mais do que, por exemplo, ouro, prata ou. Também foram encontrados minerais próprios deste elemento - minerais muito raros lorandita TlASS2, vrbaite Tl(As, Sb) 3 S 5 e outros. Mas nem um único depósito de minerais de tálio na Terra é de interesse para a indústria. Esse elemento é obtido a partir do processamento de diversas substâncias e minérios - como subproduto. Ele realmente estava muito distraído.
E, como se costuma dizer, há estranhezas mais do que suficientes em suas propriedades. Por um lado, o tálio é semelhante aos metais alcalinos. E, ao mesmo tempo, é em alguns aspectos semelhante à prata e, em alguns aspectos, como o chumbo e o estanho. Julgue por si mesmo: assim como o potássio e o sódio, o tálio geralmente exibe uma valência de 1+; o hidróxido de tálio monovalente TYUN é uma base forte, altamente solúvel em água. Assim como os metais alcalinos, o tálio é capaz de formar poliiodetos, polissulfetos, alcoolatos... Mas a baixa solubilidade em água do cloreto, brometo e iodeto de tálio monovalente torna este elemento semelhante à prata. Mas na aparência, densidade, dureza, ponto de fusão - em toda a gama de propriedades físicas - o tálio se assemelha mais ao chumbo.
E, ao mesmo tempo, ocupa um lugar no Grupo III do sistema periódico, no mesmo subgrupo do gálio e do índio, e as propriedades dos elementos desse subgrupo mudam com bastante naturalidade.
Além da valência 1+, também pode apresentar valência 3+, o que é natural para um elemento do grupo III. Como regra, os sais de tálio trivalentes são mais difíceis de dissolver do que os sais de tálio monovalentes semelhantes. Estes últimos, aliás, foram mais bem estudados e têm maior significado prático.
Mas existem compostos que contêm tálio. Por exemplo, haletos de tálio mono e trivalente são capazes de reagir entre si. E então surgem compostos complexos curiosos, em particular Tl1+ [Tl3+Cl 2 Br 2 ]~. Nele, o tálio monovalente atua como um cátion, e o tálio trivalente faz parte do ânion complexo.
Enfatizando a combinação de várias propriedades deste elemento, o químico francês Dumas escreveu: “Não seria exagero se, do ponto de vista da classificação geralmente aceita dos metais, disséssemos que mas combina propriedades opostas que nos permitem chamar é um metal paradoxal.” Dumas afirma ainda que entre os metais o polêmico tálio ocupa o mesmo lugar que o ornitorrinco ocupa entre os animais. E, ao mesmo tempo, Dumas (e ele foi um dos primeiros pesquisadores do elemento nº 81) acreditava que “o tálio está destinado a marcar uma era na história da química”.
Ele ainda não fez uma era e provavelmente não fará uma. Mas ele encontrou aplicação prática (embora não imediatamente). Para algumas indústrias e ciências, este elemento é verdadeiramente importante.
Aplicações de tálio
O tálio permaneceu "desempregado" por 60 anos após a descoberta de Crookes. Mas, no início da década de 20 do nosso século, as propriedades específicas dos medicamentos com tálio foram descobertas e a demanda por eles apareceu imediatamente.
Em 1920, um veneno patenteado contra roedores foi obtido na Alemanha, que incluía sulfato de tálio Tl 2 S0 4. Esta substância insípida e inodora é por vezes incluída em insecticidas e substâncias zooactivas ainda hoje.
Também em 1920, um artigo de Case apareceu na revista “Physical Review”, que descobriu que a condutividade elétrica de um dos compostos de tálio (seu oxissulfeto) muda sob a influência da luz. Logo foram fabricadas as primeiras fotocélulas, cujo fluido de trabalho era justamente essa substância. Eles revelaram-se particularmente sensíveis aos raios infravermelhos.
Outros compostos do elemento nº 81, em particular cristais mistos de brometo e iodeto de tálio, transmitem bem os raios infravermelhos. Esses cristais foram obtidos pela primeira vez durante a Segunda Guerra Mundial. Eles foram cultivados em cadinhos de platina a 470°C e usados em dispositivos de sinalização infravermelha, bem como para detectar atiradores inimigos. Mais tarde, TlBr e TlI foram usados em contadores de cintilação para registro de radiação alfa e beta...
É sabido que o bronzeamento da nossa pele surge principalmente devido aos raios ultravioleta e que estes raios também têm efeito bactericida. No entanto, como foi estabelecido, nem todos os raios da parte ultravioleta do espectro são igualmente eficazes. Os médicos distinguem a radiação eritemal, ou eritema (do latim, aeritema - “vermelhidão”), as ações são genuínos “raios de bronzeamento”. E, claro, materiais capazes de converter a radiação ultravioleta primária em raios de ação eritematosa são muito importantes para a fisioterapia. Esses materiais revelaram-se alguns silicatos e fosfatos de metais alcalino-terrosos ativados por tálio.
A medicina também utiliza outros compostos do elemento nº 81. São utilizados, principalmente, para depilação em caso de micose - os sais de tálio em doses adequadas levam à calvície temporária. O uso generalizado de sais de tálio na medicina é dificultado pelo fato de que a diferença entre as doses terapêuticas e tóxicas desses sais é pequena. A toxicidade do tálio e dos seus sais exige que sejam manuseados com cuidado e cautela.
Até agora, ao falar sobre os benefícios práticos do tálio, tocamos apenas nos seus compostos. Podemos acrescentar que o carbonato de tálio Tl 2 C0 3 é usado para produzir vidro com alto índice de refração dos raios de luz, mas e o próprio tálio? Também é usado, embora talvez não tão amplamente quanto os sais. O metal tálio é um componente de algumas ligas, conferindo-lhes resistência a ácidos, resistência e resistência ao desgaste. Na maioria das vezes, o tálio é introduzido em ligas com base no chumbo relacionado. Liga de rolamento - 72% Pb, 15% Sb, 5% Sn e 8% Tl superarão as melhores ligas de rolamento de estanho. A liga de 70% Pb, 20% Sn e 10% T1 é resistente aos ácidos nítrico e clorídrico.
Sua liga com mercúrio se destaca um pouco - amálgama de tálio, contendo aproximadamente 8,5% do elemento nº 81. Em condições normais, é líquido e, ao contrário do mercúrio puro, permanece no estado líquido em temperaturas de até -60 ° C. A liga é utilizado em aplicações de líquidos, venezianas, interruptores, termômetros operando no Extremo Norte, em experimentos com baixas temperaturas.
Na indústria química, o tálio metálico, assim como alguns de seus compostos, é utilizado como catalisador, principalmente na redução do nitrobenzeno com hidrogênio.
Os radioisótopos de tálio também não ficaram sem trabalho. O tálio-204 (meia-vida de 3,56 anos) é um emissor beta puro. É utilizado em equipamentos de controle e medição projetados para medir a espessura de revestimentos e produtos de paredes finas. Instalações semelhantes com tálio radioativo removem cargas de eletricidade estática de produtos acabados nas indústrias de papel e têxtil.
Achamos que os exemplos já dados são suficientes para considerar incondicionalmente comprovada a utilidade do elemento nº 81. Mas não falamos sobre o fato de que o tálio fará uma era na química - isso é tudo Dumas. Não Alexandre Dumas, porém (o que seria perfeitamente compreensível dada a sua imaginação), mas Jean Baptiste André Dumas - homônimo do escritor, um químico totalmente sério.
Mas observemos que a fantasia também traz mais benefícios do que danos aos químicos...
UM POUCO MAIS DE HISTÓRIA. O químico francês Lamy descobriu o tálio independentemente de Crookes. Ele descobriu a linha espectral verde enquanto examinava lodo de outra planta de ácido sulfúrico. Ele foi o primeiro a obter algum tálio elementar, estabelecer sua natureza metálica e estudar algumas de suas propriedades. Crookes estava apenas alguns meses à frente de Lamy.
Cintura de minerais
Em alguns minerais raros - lorandita, vrbaita, hutchinsonita, cruquesita - o conteúdo do elemento nº 81 é muito alto - de 16 a 80%. A única pena é que todos esses minerais são muito raros. O último mineral de tálio, representando óxido quase puro de tálio trivalente TlO3 (79,52% Tl), foi encontrado em 1956 no território do Uzbequistão. Este mineral é denominado avicenita - em homenagem ao sábio, médico e filósofo Avicena, ou mais corretamente, Abu Ali ibn Sina.
Tálio na vida selvagem
O tálio é encontrado em organismos vegetais e animais. Pode ser encontrada no tabaco, raízes de chicória, espinafre, madeira de faia, uva, beterraba e outras plantas. Dos animais, as águas-vivas, as anêmonas do mar, as estrelas do mar e outros habitantes marinhos contêm a maior parte do tálio. Algumas plantas acumulam tálio durante seus processos vitais. O tálio foi descoberto em beterrabas que crescem em solos nos quais os métodos analíticos mais sutis não conseguiram detectar o elemento nº 81. Mais tarde descobriu-se que mesmo com uma concentração mínima de tálio no solo, a beterraba é capaz de concentrá-lo e acumulá-lo.
NÃO APENAS DAS CHAMINÉS. O descobridor do elemento químico o encontrou na poeira fugitiva de uma fábrica de ácido sulfúrico. Agora parece natural que o tálio tenha sido encontrado essencialmente em uma chaminé - afinal, na temperatura de fundição do minério, os compostos de tálio tornam-se voláteis. Na poeira levada para a chaminé, eles se condensam, geralmente na forma de óxidos e sulfatos. A boa solubilidade da maioria dos compostos monovalentes de tálio ajuda a extrair o tálio de uma mistura (e o pó é uma mistura de muitas substâncias). São extraídos do pó com água quente acidificada. O aumento da solubilidade ajuda a purificar com sucesso o tálio de inúmeras impurezas. Depois disso, o metal tálio é obtido. O método de obtenção do tálio metálico depende de qual composto foi o produto final da etapa de produção anterior. Se carbonato, sulfato ou perclorato de tálio foi obtido, então o elemento nº 81 é extraído deles por eletrólise; se foi obtido cloreto ou oxalato, recorrem à redução usual. O mais avançado tecnologicamente é o sulfato de tálio solúvel em água Tl 2 S0 4. Ele próprio serve como eletrólito, durante a eletrólise do qual o tálio esponjoso é depositado em cátodos de alumínio. Esta esponja é então prensada, derretida e moldada em um molde. Deve-se lembrar que o tálio é sempre obtido como subproduto: junto com o chumbo e alguns outros elementos. Essa é a sorte dos dispersos...
Isótopo mais leve thalia
O elemento nº 81 possui dois isótopos estáveis e 19 radioativos (com números de massa variando de 189 a 210). O isótopo mais leve deste elemento, o tálio-189, foi obtido pela última vez em 1972 no Laboratório de Problemas Nucleares do Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear em Dubna. Foi obtido irradiando um alvo de difluoreto de chumbo com prótons acelerados com energia de 660 MeV, seguido da separação dos produtos das reações nucleares em um separador de massa. A meia-vida do isótopo de tálio mais leve acabou sendo aproximadamente a mesma do mais pesado, é de 1,4 ± 0,4 minutos (para 210 Tl - 1,32 minutos).
Tálio(lat. Tálio), Tl, elemento químico do grupo III do sistema periódico de Mendeleev, número atômico 81, massa atômica 204,37; em um corte fresco há metal cinza brilhante; refere-se a oligoelementos raros. Na natureza, o elemento é representado por dois isótopos estáveis 203 Tl (29,5%) e 205 Tl (70,5%) e isótopos radioativos 207 Tl - 210 Tl - membros da série radioativa. Os isótopos radioativos 202 Tl (T ½ = 12,5 dias), 204 Tl (T ½ = 4,26 anos), 206 Tl (T ½ = 4,19 min) e outros foram obtidos artificialmente. O tálio foi descoberto em 1861 por W. Crookes no lodo da produção de ácido sulfúrico usando o método espectroscópico ao longo da linha verde característica do espectro (daí o nome: do grego thallos - ramo jovem e verde). Em 1862, o químico francês C. O. Lamy isolou pela primeira vez o tálio e estabeleceu sua natureza metálica.
Distribuição de tálio na natureza. O conteúdo médio de tálio na crosta terrestre (clarke) é de 4,5·10 -5% em massa, mas devido à extrema dispersão seu papel nos processos naturais é pequeno. Na natureza, são encontrados predominantemente compostos de tálio monovalente e menos frequentemente trivalente. Assim como os metais alcalinos, o tálio está concentrado na parte superior da crosta terrestre - na camada de granito (teor médio 1,5 10 -4%), nas rochas básicas é menor (2 10 -5%), e nas rochas ultrabásicas apenas 1 10-6%. Apenas sete minerais de tálio são conhecidos (por exemplo, cruxita, lorandita, vrbaita e outros), todos extremamente raros. O tálio tem a maior semelhança geoquímica com K, Rb, Cs, bem como com Pb, Ag, Cu, Bi. O tálio migra facilmente na biosfera. Das águas naturais é absorvido por carvões, argilas, hidróxidos de manganês e acumula-se durante a evaporação da água (por exemplo, no Lago Sivash até 5·10 -8 g/l).
Propriedades físicas do tálio. O tálio é um metal macio; oxida facilmente no ar e mancha rapidamente. O tálio a uma pressão de 0,1 Mn/m 2 (1 kgf/cm 2) e uma temperatura abaixo de 233 ° C tem uma rede hexagonal compacta (a = 3,4496 Å; c = 5,5137 Å), acima de 233 ° C - um corpo -cúbica centrada (a = 4,841Å), em altas pressões 3,9 H/m 2 (39.000 kgf/cm 2) - cúbica centrada na face; densidade 11,85 g/cm3; raio atômico 1,71 Å, raios iônicos: Tl + 1,49 Å, Tl 3+ 1,05 Å; Ponto de fusão 303,6°C; Ponto de ebulição 1457 °C, capacidade de calor específico 0,130 kJ/(kg K) a 20-100 °C; coeficiente de temperatura de expansão linear 28·10 -6 a 20 °C e 41,5·10 -6 a 240-280 °C; condutividade térmica 38,94 W/(m -K). Resistividade elétrica a 0 °C (18·10 -6 ohm -cm); coeficiente de temperatura da resistência elétrica 5,177·10 -3 - 3,98·10 -3 (0-100 °C). A temperatura de transição para o estado supercondutor é 2,39 K. O tálio é diamagnético, sua suscetibilidade magnética específica é -0,249·10 -6 (30 °C).
Propriedades químicas do tálio. Configuração da camada eletrônica externa do átomo Tl 6s 2 6р 1 ; em compostos tem um estado de oxidação de +1 e +3. O tálio reage com o oxigênio e os halogênios já à temperatura ambiente e com o enxofre e o fósforo quando aquecido. Dissolve-se bem em ácidos nítricos, menos em ácidos sulfúricos, e não se dissolve em haletos de hidrogênio, ácidos fórmico, oxálico e acético. Não interage com soluções alcalinas; água recém-destilada, que não contém oxigênio, não tem efeito sobre o tálio. Os principais compostos com oxigênio são o óxido (I) Tl 2 O e o óxido (III) Tl 2 O 3. O óxido de tálio (I) e os sais de Tl (I) (nitrato, sulfato, carbonato) são solúveis; cromato, dicromato, halogenetos (exceto flúor), bem como óxido de tálio (III) - são ligeiramente solúveis em água. Tl(III) forma um grande número de compostos complexos com ligantes inorgânicos e orgânicos. Os halogenetos de Tl (III) são altamente solúveis em água. Os compostos Tl(I) são da maior importância prática.
Obtenção de tálio. Em escala industrial, o tálio técnico é obtido como subproduto do processamento de minérios sulfetados de metais não ferrosos e ferro. É extraído de semiprodutos da produção de chumbo, zinco e cobre. A escolha do método de processamento da matéria-prima depende de sua composição. Por exemplo, para extrair tálio e outros componentes valiosos do pó da produção de chumbo, o material é sulfatado num leito fluidizado a 300-350 °C. A massa de sulfato resultante é lixiviada com água e o tálio é extraído da solução com uma solução de tributil fosfato a 50% em querosene contendo iodo e depois reextraído com ácido sulfúrico (300 g/l) com adição de 3% de hidrogênio. peróxido. O metal é isolado das reextrações por cimentação em chapas de zinco. Após derreter sob uma camada de soda cáustica, obtém-se o tálio com pureza de 99,99%. Para uma purificação mais profunda do metal, são utilizados refino eletrolítico e purificação por cristalização.
Aplicação de tálio. Na tecnologia, o tálio é utilizado principalmente na forma de compostos. Monocristais de soluções sólidas de haletos TlBr - TlI e TlCl - TlBr (conhecidos em tecnologia como KRS-5 e KRS-6) são utilizados para a fabricação de peças ópticas em dispositivos infravermelhos; Cristais TlCl e TlCl-TlBr- como radiadores para contadores Cherenkov. Tl 2 O é um componente de alguns vidros ópticos; sulfetos, oxissulfetos, selenetos, teluretos - componentes de materiais semicondutores utilizados na fabricação de fotorresistores, retificadores semicondutores, vidicons. Uma solução aquosa de uma mistura de malonato de fórmica e tálio (líquido pesado de Clerici) é amplamente utilizada para separar minerais por densidade. O amálgama de tálio, que endurece a -59°C, é usado em termômetros de baixa temperatura. O metal tálio é usado para produzir rolamentos e ligas de baixo ponto de fusão, bem como em medidores de oxigênio para determinar o oxigênio na água. 204 Tl é usado como fonte de radiação β em dispositivos de radioisótopos.
Tálio no corpo. O tálio está constantemente presente nos tecidos de plantas e animais. Nos solos seu conteúdo médio é de 10 -5%, em água do mar 10 -9 em organismos animais é 4,10 -5%. Nos mamíferos, o tálio é bem absorvido pelo trato gastrointestinal, acumulando-se principalmente no baço e nos músculos. Em humanos, a ingestão diária de tálio dos alimentos e da água é de cerca de 1,6 μg e do ar - 0,05 μg. Moderadamente tóxico para plantas e altamente tóxico para mamíferos e humanos.
A intoxicação por tálio e seus compostos é possível durante sua produção e uso prático. O tálio entra no corpo através do sistema respiratório, pele intacta e trato digestivo. É excretado do corpo durante um longo período de tempo, principalmente através da urina e das fezes. As intoxicações agudas, subagudas e crônicas apresentam quadro clínico semelhante, diferindo na gravidade e velocidade de início dos sintomas. Em casos agudos, após 1-2 dias, aparecem sinais de danos ao trato gastrointestinal (náuseas, vômitos, dor abdominal, diarréia, prisão de ventre) e ao trato respiratório. Após 2-3 semanas, são observados sintomas de queda de cabelo e deficiência de vitaminas (suavização da membrana mucosa da língua, fissuras nos cantos da boca, etc.). Em casos graves, podem ocorrer polineurite, transtornos mentais, deficiência visual e outros.
Tálio
TÁLIO-EU; m.[do grego talos - ramo verde jovem, rebento] Elemento químico (Tl), metal branco prateado com tonalidade acinzentada, macio e fusível (utilizado como componente de ligas, para amálgamas).
◁ Tálio, -aya, -oh.
tálio(lat. Tálio), elemento químico do grupo III da tabela periódica. O nome vem do grego thallós - ramo verde (ao longo da linha verde brilhante do espectro). Metal branco prateado com tonalidade acinzentada, macio e fusível; densidade 11,849 g/cm3, t pf 303,6°C. Oxida facilmente no ar. Está espalhado na natureza e é extraído de minérios sulfetados. Componente de ligas, principalmente com estanho e chumbo (resistentes a ácidos, rolamentos, etc.). O amálgama de tálio é um líquido para termômetros de baixa temperatura. Compostos de tálio (TlCl, TlBr, TlI) - materiais ópticos para tecnologia IR.
TÁLIOTALLIUM (latim Tallium, do grego “thallos” - ramo verde), Tl (leia-se “tálio”), elemento químico com número atômico 81, massa atômica 204,383. O tálio natural consiste em dois isótopos estáveis: 205 Tl (conteúdo de 70,5% em peso) e 203 Tl (29,5%). Isótopos radioativos de tálio são encontrados em quantidades insignificantes: 208 Tl ( T 1/2 3,1 min, símbolo histórico ThC), 210 Tl ( T 1/2 1,32 min, símbolo histórico RaC) e 206 Tl ( T 1/2 4,19 min, símbolo histórico RaE) e 207 Tl ( T 1/2 4,78 min, símbolo histórico AcC).
Localizado no grupo IIIA do 6º período da tabela periódica. Configuração da camada eletrônica externa 6 é 2
p 1
. Os estados de oxidação são +1 (mais típico) e +3 (valência I, III).
Raio atômico 0,171 nm. Raio do íon Tl + 0,164 nm (número de coordenação 6), 0,173 (8), 0,184 nm (12); Íon Tl 3+ 0,089 nm (4), 0,103 nm (6), 0,112 nm (8). As energias de ionização sequenciais são 6,108, 20,428, 29,83 e 50,8 eV. Eletronegatividade de acordo com Pauling (cm. PAULING Linus) 1,8.
História da descoberta
O tálio foi descoberto pelo método espectral em 1861 pelo cientista inglês W. Crookes (cm. CROOKS William) no lodo das câmaras de chumbo da planta de ácido sulfúrico da cidade de Harz. O elemento recebeu esse nome devido às linhas verdes características de seu espectro e à cor verde da chama.
Estar na natureza
O conteúdo de tálio na crosta terrestre é de 3,10–4% em massa. Elemento disperso. Contido em falsificações (cm. FALSIFICAÇÕES) e piritas (cm. PUREZA) zinco (cm. ZINCO (elemento químico)),
cobre (cm. COBRE) e ferro (cm. FERRO), em sais de potássio e mica (cm. MICA). O tálio é um metal pesado e também pertence aos metais alcalinos.
Cerca de 30 minerais próprios do tálio são conhecidos, por exemplo: arsenosulfeto de tálio TlAsS 2 (lorandita), cruquesita TlCu 7 Se 4, avicenita Tl 2 O 3 Contido em minerais de potássio (mica, feldspatos (cm. FELDSPATOS)), minérios de sulfeto: galena (cm. GALENA),
esfalerita (cm. ESFALERITA)(até 0,1%), marquesita, (até 0,5%), cinábrio (cm. CINÁBRO). Como impureza presente em óxidos naturais de manganês (cm. MANGANÊS (elemento químico)) e ferro (cm. FERRO).
Recibo
A principal matéria-prima para a produção do tálio é o pó formado durante a queima de piritas ou misturas contendo tálio. A poeira é lavada com água quente e o tálio é precipitado com zinco:
Tl 2 SO 4 +Zn=ZnSO 4 +2Tl.
ou ácido clorídrico:
Tl 2 SO 4 +2NaCl=2TlCl+Na 2 SO 4.
Para purificar, o tálio é novamente convertido em sulfato e, após repetidas (ou múltiplas) precipitações na forma de cloreto, o metal é isolado eletroliticamente de uma solução de ácido sulfúrico.
O tálio técnico é purificado de impurezas de chumbo (cm. LIDERAR) dissolução do metal em ácido nítrico seguida de precipitação de chumbo com sulfeto de hidrogênio (cm. Sulfato de hidrogênio).
Propriedades físicas e químicas
O tálio é um metal branco com tonalidade azulada. Existe em três modificações. Modificação de baixa temperatura Tl II com rede hexagonal, a=0,34566nm, c=0,55248nm. Acima de 234°C há uma modificação de alta temperatura do Tl I com uma rede cúbica centrada volumétrica do tipo a-Fe A=0,3882nm. A 3,67 GPa e 25°C - modificação Tl III com uma rede cúbica centrada na face, A=0,4778nm.
Ponto de fusão 303°C, ponto de ebulição 1475°C. Densidade 11,849 g/cm3. O tálio é diamagnético. A uma temperatura de 2,39 K ele entra em estado supercondutor.
O potencial padrão do eletrodo do par Tl 3+ / Tl 0 é +0,72 V, o par Tl + / Tl 0 é –0,34 V.
No ar, o tálio é coberto por uma película preta de óxidos Tl 2 O e Tl 2 O 3. Com água sem oxigênio (cm. OXIGÊNIO), o tálio não reage. Na presença de oxigênio, forma-se o hidróxido TlOH:
4Tl+2H 2 O+O 2 =4TlOH.
O ozônio oxida o tálio em Tl 2 O 3.
Com etanol (cm. ETANOL) O tálio reage para formar um alcoolato:
2Tl+2C 2 H 5 OH=2C 2 H 5 OTl+H 2,
se a reação for realizada em uma corrente de ar, formam-se água e alcoolato.
Em ácido clorídrico (cm.ÁCIDO CLORÍDRICO) o tálio é passivado à medida que o cloreto insolúvel TlCl é formado. O tálio interage com o nitrogênio (cm.ÁCIDO NÍTRICO) e enxofre (cm.ÁCIDO SULFÚRICO)ácidos.
Não interage com álcalis sem agentes oxidantes.
Reage com halogênios à temperatura ambiente (cm. HALOGÊNIO). Com fósforo (cm. FÓSFORO),
arsênico (cm. ARSÊNICO),
cinza (cm. ENXOFRE) reage quando aquecido. Com hidrogênio (cm. HIDROGÊNIO), nitrogênio (cm. AZOTO), amônio (cm. AMÔNIO (em química)),
carbono (cm. CARBONO),
silício (cm. SILÍCIO),
boro (cm. BOR (elemento químico)) e monóxido de carbono seco (cm.ÓXIDO DE CARBONO) o tálio não reage.
Os compostos de tálio (I) em seu comportamento químico se assemelham aos compostos de potássio e prata (cm. PRATA) e liderar. Os compostos Tl(III) são agentes oxidantes fortes, são instáveis ao calor e sofrem hidrólise. São obtidos pela oxidação de compostos Tl (I) com agentes oxidantes fortes (persulfato de potássio K 2 S 2 O 8, bromato de potássio KBrO 3 ou água de bromo).
Foram obtidos trihaletos de tálio com F 2, Cl 2 e Br 2. TlI 3 é um poliiodeto Tl(I) e contém o íon triiodeto I 3 – .
O óxido de tálio (III) é formado durante a cuidadosa decomposição térmica do nitrato Tl(NO 3) 3:
2Tl(NÃO 3)=Tl 2 O 3 +NO 2 +NÃO
Acima de 500°C no ar, Tl 2 O 3 se transforma em Tl 2 O.
O óxido de tálio (I) é obtido pela desidratação do hidróxido de tálio (I):
2TlOH=Tl2O+H2O.
Este óxido exibe as propriedades dos óxidos de metais alcalinos.
A maioria dos compostos Tl(I) são fotossensíveis.
No final do século 20, óxidos complexos em camadas TlBa 2 Ca n–1 Cu n O 2n+3, possuindo supercondutividade de alta temperatura (temperatura de transição 100 K), foram sintetizados.
Aplicativo
O tálio é utilizado na fabricação de rolamentos e ligas resistentes a ácidos (à base de chumbo e estanho). O amálgama de tálio é usado em termômetros para medir baixas temperaturas. Sulfetos, selenetos e teluretos de tálio são usados na tecnologia de semicondutores. Compostos de tálio são usados em fotografia.
Ação fisiológica
O tálio e seus compostos são altamente tóxicos devido ao fato de o cátion Tl + formar compostos fortes com ligantes contendo enxofre:
Tl + +R–SH=R–S–TI+Н +
Portanto, os compostos Tl + inibem a atividade de enzimas contendo grupos SH tio.
Devido à proximidade dos raios K + e Tl +, esses íons possuem propriedades semelhantes e são capazes de se substituir nas enzimas. A ingestão de quantidades muito pequenas de compostos Tl + no corpo causa queda de cabelo, danos ao sistema nervoso, rins e estômago.
A concentração máxima permitida na água é de 0,0001 mg/l, para compostos de tálio no ar das salas de trabalho 0,01 mg/m 3, no ar atmosférico 0,004 mg/m 3. O aminoácido cisteína contendo enxofre HS – CH 2 CH (NH 2) COOH é usado como antídoto.
dicionário enciclopédico. 2009 .
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O metal, descoberto por meio de análise espectral, é semelhante ao chumbo encontrado. em pirita cinza e cobre. minérios. Dicionário de palavras estrangeiras incluídas na língua russa. Chudinov A.N., 1910. O metal TÁLIO, assim como o chumbo, tem... ... Dicionário de palavras estrangeiras da língua russa
- (símbolo Tl), um elemento metálico brilhante do grupo III da tabela periódica. Descoberto em 1861. Macio e dúctil, extraído como subproduto do processamento de minérios de chumbo ou zinco. Usado em eletrônica, sensores infravermelhos, para... ... Dicionário enciclopédico científico e técnico
- (Tálio), Tl, elemento químico do grupo III da tabela periódica, número atômico 81, massa atômica 204,283; metal. Descoberto em 1861 por W. Crookes (Grã-Bretanha), obtido na mesma época por C. Lamy (França) ... Enciclopédia moderna
O tálio é um elemento do subgrupo principal do terceiro grupo do sexto período do sistema periódico de elementos químicos de DI Mendeleev, número atômico 81. Denotado pelo símbolo Tl (lat. Tálio). Pertence ao grupo dos metais pesados. A substância simples tálio é um metal macio e branco com uma tonalidade azulada.
História e origem do nomeO tálio foi descoberto pelo método espectral em 1861 por William Crookes no lodo das câmaras de chumbo da planta de ácido sulfúrico de Harz. O metal tálio puro foi obtido independentemente por Crookes e pelo químico francês Claude-Auguste Lamy em 1862.
Em março de 1861, o cientista inglês William Crookes examinou a poeira coletada em uma das instalações de produção de ácido sulfúrico. Crookes acreditava que essa poeira deveria conter selênio e telúrio - análogos do enxofre. Ele encontrou selênio, mas não conseguiu detectar telúrio usando métodos químicos convencionais. Então Crookes decidiu usar um método de análise espectral novo para a época e muito sensível. No espectro, ele descobriu inesperadamente uma nova linha de cor verde clara, que não poderia ser atribuída a nenhum dos elementos conhecidos. Esta linha brilhante foi a primeira “novidade” do novo elemento. Graças a ela foi descoberto e graças a ela recebeu o nome em latim de talo - “ramo florido”. A linha espectral da cor da folhagem jovem acabou sendo o “cartão de visita” do tálio.
Encontrando tálio na naturezaMais de 30 anos se passaram desde a descoberta de Crookes e o tálio ainda era um dos elementos menos estudados. Foi procurado na natureza e encontrado, mas, via de regra, em concentrações mínimas. Somente em 1896 o cientista russo I.A. Antipov descobriu um aumento no teor de tálio nas marcassitas da Silésia.
O tálio é um oligoelemento. Contido em blendas e piritas de zinco, cobre e ferro, em sais de potássio e mica. O tálio é um metal pesado. Apenas sete minerais de tálio são conhecidos (por exemplo, cruxita (Cu, Tl, Ag) 2 Se, lorandita TlAsS 2, vrbaita Tl 4 Hg 3 Sb 2 As 8 S 20, gutchinsonita (Pb, Tl) S Ag 2 S 5As 2 S 5, avicennite Tl 2 O 3 e outros), todos extremamente raros. A maior parte do tálio está associada aos sulfetos e principalmente aos dissulfetos de ferro. Na pirita, foi encontrada em 25% das amostras analisadas. Seu conteúdo em dissulfetos de ferro costuma ser de 0,1–0,2% e às vezes chega a 0,5%. Na galena, o conteúdo de tálio varia de 0,003 a 0,1% e raramente mais. Altas concentrações de tálio em dissulfetos e galenas são características de depósitos de chumbo-zinco de baixa temperatura em calcários. O teor de tálio atingindo 0,5% é observado em alguns sulfossais. Pequenas quantidades de tálio são encontradas em muitos outros sulfetos, como esfaleritas e calcopiritas de alguns depósitos de pirita de cobre. Seu conteúdo varia de 25 a 50 g/t.
Mas nem um único depósito de minerais de tálio na Terra é de interesse para a indústria. Esse elemento é obtido a partir do processamento de diversas substâncias e minérios - como subproduto.
O tálio tem a maior semelhança geoquímica com K, Rb, Cs, bem como com Pb, Ag, Cu, Bi. O tálio migra facilmente na biosfera. Das águas naturais é absorvido por carvões, argilas, hidróxidos de manganês e acumula-se durante a evaporação da água (por exemplo, no Lago Sivash até 5·10 -8 g/l). Contido em minerais de potássio (mica, feldspatos), minérios sulfetados: galena, esfalerita, marquesita (até 0,5%), cinábrio. Está presente como impureza em óxidos naturais de manganês e ferro.
O tálio é encontrado em organismos vegetais e animais. Pode ser encontrada no tabaco, raízes de chicória, espinafre, madeira de faia, uva, beterraba e outras plantas. Dos animais, as águas-vivas, as anêmonas do mar, as estrelas do mar e outros habitantes marinhos contêm a maior parte do tálio. Algumas plantas acumulam tálio durante seus processos vitais. O tálio foi descoberto em beterrabas que cresciam em solos nos quais os métodos analíticos mais sutis não conseguiam detectar o elemento.
Obtenção de tálioO tálio tecnicamente puro é purificado de outros elementos contidos no pó de combustão (Ni, Zn, Cd, In, Ge, Pb, As, Se, Te) por dissolução em ácido diluído quente, seguido pela precipitação de sulfato de chumbo insolúvel e adição de HCl para precipitar cloreto de tálio (TlCl). A purificação adicional é obtida por eletrólise do sulfato de tálio em ácido sulfúrico diluído usando fio de platina, seguida pela fusão do tálio liberado em uma atmosfera de hidrogênio a 350-400°C.
O descobridor do tálio o encontrou na poeira fugitiva de uma planta de ácido sulfúrico. Agora parece natural que o tálio tenha sido encontrado essencialmente em uma chaminé - afinal, na temperatura de fundição do minério, os compostos de tálio tornam-se voláteis. Na poeira levada para a chaminé, eles se condensam, geralmente na forma de óxidos e sulfatos. A boa solubilidade da maioria dos compostos monovalentes de tálio ajuda a extrair o tálio de uma mistura (e o pó é uma mistura de muitas substâncias). São extraídos do pó com água quente acidificada. O aumento da solubilidade ajuda a purificar com sucesso o tálio de inúmeras impurezas. Depois disso, o metal tálio é obtido. O método de obtenção do tálio metálico depende de qual composto foi o produto final da etapa de produção anterior. Se carbonato, sulfato ou perclorato de tálio foi obtido, então o elemento nº 81 é extraído deles por eletrólise; se foi obtido cloreto ou oxalato, recorrem à redução usual. O mais avançado tecnologicamente é o sulfato de tálio Tl 2 SO 4 solúvel em água. Ele próprio serve como eletrólito, durante a eletrólise do qual o tálio esponjoso é depositado em cátodos de alumínio. Esta esponja é então prensada, derretida e moldada em um molde. Deve-se lembrar que o tálio é sempre obtido como subproduto: junto com o chumbo, o zinco, o cádmio e alguns outros elementos.
Propriedades físicas e químicas do tálio
Por um lado, o tálio é semelhante aos metais alcalinos. E, ao mesmo tempo, é em alguns aspectos semelhante à prata e, em alguns aspectos, como o chumbo e o estanho. Julgue por si mesmo: assim como o potássio e o sódio, o tálio geralmente exibe uma valência de 1+; o hidróxido de tálio monovalente TlOH é uma base forte, altamente solúvel em água. Assim como os metais alcalinos, o tálio é capaz de formar poliiodetos, polissulfetos e alcoolatos. Mas a fraca solubilidade em água do cloreto, brometo e iodeto de tálio monovalente torna este elemento semelhante à prata. E na aparência, densidade, dureza, ponto de fusão - em todo o complexo de propriedades físicas - o tálio se assemelha mais ao chumbo.
E, ao mesmo tempo, ocupa um lugar no Grupo III do sistema periódico, no mesmo subgrupo do gálio e do índio, e as propriedades dos elementos desse subgrupo mudam com bastante naturalidade.
Além da valência 1+, o tálio também pode apresentar valência 34-, o que é natural para um elemento do grupo III. Em geral, os sais de tálio trivalentes são mais difíceis de dissolver do que os sais de tálio monovalentes semelhantes. Estes últimos, aliás, foram mais bem estudados e têm maior significado prático.
Mas existem compostos que contêm tálio. Por exemplo, haletos de tálio mono e trivalente são capazes de reagir entre si. E então surgem compostos complexos curiosos, em particular Tl 1+ –. Nele, o tálio monovalente atua como um cátion, e o tálio trivalente faz parte do ânion complexo.
O tálio é um metal branco com tonalidade azulada. Existe em três modificações.
Modificação de baixa temperatura Tl II com rede hexagonal, a=0,34566nm, c=0,55248nm. Acima de 234 °C há uma modificação de alta temperatura do Tl I, com uma rede cúbica centrada volumétrica do tipo α-Fe, A=0,3882nm. A 3,67 GPa e 25 °C - modificação Tl III com uma rede cúbica centrada na face, A=0,4778nm.
O tálio é diamagnético. A uma temperatura de 2,39 K ele entra em estado supercondutor.
O efeito do tálio no corpo humanoO tálio é um veneno altamente tóxico e o envenenamento com ele geralmente termina em morte. A intoxicação por tálio e seus compostos é possível durante sua produção e uso prático. O tálio entra no corpo através do sistema respiratório, pele intacta e trato digestivo. É eliminado do corpo durante um longo período de tempo. As intoxicações agudas, subagudas e crônicas apresentam quadro clínico semelhante, diferindo na gravidade e velocidade de início dos sintomas. Em casos agudos, após 1-2 dias, aparecem sinais de danos ao trato gastrointestinal (náuseas, vômitos, dor abdominal, diarréia, prisão de ventre) e ao trato respiratório. Após 2-3 semanas, são observados sintomas de queda de cabelo e deficiência de vitaminas (suavização da membrana mucosa da língua, fissuras nos cantos da boca, etc.). Em casos graves, podem ocorrer polineurite, transtornos mentais, deficiência visual, etc.
Para o sulfato de tálio, a dose letal por via oral para humanos é de cerca de 1 G. Há casos em que doses de 8 mg/kg, bem como de 10-15 mg/kg, foram fatais. O envenenamento dura várias semanas (2-3) semanas e, 3-4 dias após a ingestão do veneno, ocorre uma sensação imaginária de bem-estar.
A concentração máxima permitida na água para o tálio é de apenas 0,0001 mg/m3, no ar atmosférico - 0,004 mg/m3.
O tálio também representa um risco ambiental significativo devido ao fato de que, quando removido de um recipiente lacrado, oxida rapidamente ao ar livre.
Aplicações de tálio
Em 1920, um veneno patenteado contra roedores foi obtido na Alemanha, que incluía sulfato de tálio Tl 2 SO 4. Essa substância insípida e inodora às vezes é incluída em inseticidas e zoocidas até hoje.
A partir dele foram feitas as primeiras células solares, cujo fluido de trabalho era justamente essa substância. Eles revelaram-se particularmente sensíveis aos raios infravermelhos.
Outros compostos deste metal, em particular cristais mistos de brometo e iodeto de tálio monovalente, transmitem bem os raios infravermelhos. Esses cristais foram obtidos pela primeira vez durante a Segunda Guerra Mundial. Eles foram cultivados em cadinhos de platina a 470°C e usados em dispositivos de sinalização infravermelha e para detectar atiradores de elite na guerra.
Os sais de tálio são usados, principalmente, para depilação em casos de micose - os sais de tálio em doses apropriadas levam à calvície temporária. A ampla utilização desse metal na medicina é dificultada pelo fato de a diferença entre as doses terapêuticas e tóxicas desses sais ser pequena. A toxicidade do tálio e dos seus sais exige que sejam manuseados com cuidado e cautela.
O metal tálio é um componente de algumas ligas, conferindo-lhes resistência a ácidos, resistência e resistência ao desgaste. Na maioria das vezes, o tálio é introduzido em ligas com base no chumbo relacionado. Liga para rolamentos - 72% Pb, 15% Sb, 5% Sn e 8% Tl supera as melhores ligas para rolamentos de estanho. A liga de 70% Pb, 20% Sn e 10% Tl é resistente aos ácidos nítrico e clorídrico.
Uma liga de tálio com mercúrio se destaca um pouco - amálgama de tálio, contendo aproximadamente 8,5% do elemento nº 81. Em condições normais é líquido e, ao contrário do mercúrio puro, permanece líquido a temperaturas até –60°C. A liga é utilizada em selos líquidos, interruptores, termômetros que operam no Extremo Norte, em experimentos com baixas temperaturas.
Na indústria química, o tálio metálico, assim como alguns de seus compostos, é utilizado como catalisador, principalmente na redução do nitrobenzeno com hidrogênio.
Os radioisótopos de tálio também não ficaram sem trabalho. O tálio-204 (meia-vida de 3,56 anos) é um emissor beta puro. O tálio-204 é usado como fonte de radiação beta em muitos instrumentos para monitoramento e estudo de processos industriais. Usando tais dispositivos, por exemplo, a espessura do tecido ou papel em movimento é medida automaticamente: assim que os raios beta que passam através de uma camada de material começam a enfraquecer ou fortalecer (o que significa que a espessura do material aumentou ou diminuiu de acordo) , o dispositivo automático dá o comando necessário e restaura o “status quo”, ou seja, o regime tecnológico ideal. Outros dispositivos com tálio radioativo eliminam a carga estática prejudicial que ocorre nas áreas de produção das indústrias têxtil, de papel e cinematográfica.
Isótopos de tálio
O elemento possui dois isótopos estáveis e 19 radioativos (com números de massa variando de 189 a 210). O isótopo mais leve deste elemento, o tálio-189, foi obtido pela última vez em 1972 no Laboratório de Problemas Nucleares do Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear em Dubna. Foi obtido irradiando um alvo de difluoreto de chumbo com prótons acelerados com energia de 660 MeV, seguido da separação dos produtos das reações nucleares em um separador de massa. A meia-vida do isótopo de tálio mais leve acabou sendo aproximadamente a mesma do mais pesado, é igual a 1,4 ± 0,4 minutos (para 210 Tl - 1,32 minutos).
Reservas e produção de tálio
Os recursos mundiais de tálio associados aos recursos de zinco chegam a cerca de 17 mil toneladas; a maior parte deles está concentrada no Canadá, Europa e EUA. Outras 630 mil toneladas estão associadas aos recursos globais de carvão. O conteúdo médio de tálio na crosta terrestre é estimado em 0,7 partes por milhão. O Serviço Geológico dos EUA estima as reservas mundiais e a base de reservas de tálio contida nos minérios de zinco em 380 e 650 toneladas, respectivamente, das quais os Estados Unidos respondem por 32 e 120 toneladas, respectivamente.
A produção global de tálio em 2006 foi estimada em 10 toneladas, inalterada em relação a 2005. O tálio é extraído como subproduto em vários países a partir de poeira e resíduos gerados durante o processamento de minérios de cobre, zinco e chumbo. Nos Estados Unidos, esse metal não é extraído desde 1981, apesar de sua presença em minérios extraídos ou processados.
Existem cerca de 10 empresas na Rússia e nos países da CEI que extraem tálio durante o processo de produção.
O tálio (lat. Tálio, designado pelo símbolo Tl) é um elemento do subgrupo principal do terceiro grupo, o sexto período do sistema periódico de elementos químicos de Dmitry Ivanovich Mendeleev. EM tabela periódica O tálio está localizado no número 81 com massa atômica relativa de 204,38, este elemento pertence ao grupo dos metais pesados. A substância simples tálio é um metal branco macio e brilhante com um tom azulado (em um corte fresco) e é um dos raros oligoelementos.
Na natureza, o tálio é representado por dois isótopos estáveis 203Tl (29,5%) e 205Tl (70,5%). No total, são conhecidos 35 isótopos do octogésimo primeiro elemento com números de massa de 176 a 210. Além de 203Tl e 205Tl, isótopos radioativos de tálio são encontrados em quantidades insignificantes em várias rochas: 201Tl, 204Tl (com meia-vida T1/2 = 3,56 anos), 206Tl (T1/2 = 4,19 min.), 207Tl (T1/2 = 4,78 min.), 208Tl (T1/2 = 3,1 min.) e 210Tl (T1/2 = 1,32 min. ), sendo membros intermediários da série de decaimento do urânio, tório e neptúnio. Os isótopos radioativos 202Tl (T1/2 = 12,5 dias), 204Tl e 206Tl foram obtidos artificialmente.
O octogésimo primeiro elemento da tabela periódica, pode-se dizer, foi descoberto por acidente. O jovem químico inglês William Crookes, examinando o método espectroscópico de resíduos empoeirados da produção de ácido sulfúrico em busca da presença de selênio e telúrio, descobriu uma faixa verde brilhante no espectro, que não poderia pertencer a nenhum dos elementos conhecidos na época. Crookes sugeriu chamar o novo elemento de tálio (do grego θαλλός - ramo jovem e verde) devido à cor verde característica do espectro.
Poucos meses depois, independentemente de Crookes, o tálio foi descoberto pelo químico francês Lamy, enquanto também estudava resíduos da produção de ácido sulfúrico. Lamy obteve uma pequena quantidade do metal tálio e comprovou sua natureza metálica, enquanto Crookes sugeriu que o tálio era um análogo do selênio.
Quase meio século após sua descoberta, o tálio interessava apenas como objeto de pesquisa científica. Somente no início da década de 20 do século passado as propriedades específicas dos medicamentos com tálio foram descobertas e a demanda por eles apareceu imediatamente. Assim, na Alemanha, foi obtido um veneno patenteado contra roedores, que incluía sulfato de tálio Tl2SO4, propriedades incomuns (substância insípida e inodora) desse composto também são utilizadas em inseticidas modernos. O iodeto de tálio é introduzido em lâmpadas de iluminação de iodetos metálicos. Tl2O é um componente de alguns vidros ópticos. Sulfetos, oxissulfetos, selenetos, teluretos são componentes de materiais semicondutores usados na fabricação de fotorresistores, retificadores semicondutores e vidicons. São os compostos do octogésimo primeiro elemento que encontraram ampla aplicação em vários campos, e o próprio metal é usado na indústria química como catalisador para uma série de reações. Além disso, o metal tálio é um componente de várias ligas, conferindo-lhes resistência a ácidos, resistência e resistência ao desgaste.
O tálio é encontrado em organismos vegetais e animais, porém o papel biológico desse elemento no organismo não foi estabelecido. Embora moderadamente tóxico para organismos vegetais, o tálio é altamente tóxico para mamíferos e humanos. A intoxicação por tálio e seus compostos é possível durante sua produção e uso prático. O octogésimo primeiro elemento entra no corpo através dos órgãos respiratórios, da pele e também do trato digestivo. A concentração máxima permitida na água para tálio é 0,0001 mg/m3, para brometo, iodeto, carbonato (em termos de tálio) no ar da área de trabalho (MPC r.z.) é 0,01 mg/m3, no ar atmosférico 0,004 mg /m3 . A dose letal de tálio para humanos é de aproximadamente 600 mg.
Propriedades biológicas
O octogésimo primeiro elemento está constantemente presente nos tecidos de plantas, animais e humanos. Os solos contêm em média 10-5% de tálio, a água do mar é menos rica neste metal - apenas 10-9%, mas os organismos vivos contêm muito mais tálio - 4-10-5%. No corpo dos mamíferos, o tálio é absorvido principalmente pelo trato gastrointestinal, concentrando-se principalmente nos músculos e no baço. Cerca de 1,6 mcg entra no corpo humano todos os dias com alimentos e água, e cerca de 0,5 mcg com ar (e o tálio penetra mesmo através da pele intacta). Se o tálio é moderadamente tóxico para as plantas, então para os animais e humanos esse elemento é um veneno verdadeiramente terrível. A toxicidade do tálio está associada a um desequilíbrio de íons sódio e potássio - devido à proximidade dos raios de K+ e Tl+, esses íons têm propriedades semelhantes e são capazes de se substituir em enzimas. O cátion Tl+ forma compostos fortes com proteínas contendo enxofre e inibe a atividade de enzimas contendo grupos tiol. O tálio perturba o funcionamento de vários sistemas enzimáticos, inibe-os e interfere na síntese de proteínas; a toxicidade dos seus compostos para os seres humanos é superior à do chumbo e do mercúrio! A ingestão de quantidades muito pequenas de compostos Tl+ no corpo causa perda de cabelo, danos ao sistema nervoso, rins e estômago. Além disso, o envenenamento com tálio e seus compostos é possível durante sua produção e uso prático. O metal é excretado do corpo durante um longo período de tempo, principalmente através da urina e das fezes. As intoxicações agudas, subagudas e crônicas apresentam quadro clínico semelhante, diferindo apenas na gravidade e velocidade de início dos sintomas. Em caso de intoxicação aguda, após um, no máximo dois dias, aparecem os primeiros sinais de danos ao trato gastrointestinal (náuseas, vômitos, dores abdominais, diarréia, prisão de ventre) e ao trato respiratório. Após três a quatro dias, pode ocorrer uma melhora imaginária. Após duas ou três semanas começa a queda de cabelo (alopecia total), aparecem sinais de deficiência de vitaminas (alisamento da mucosa da língua, fissuras nos cantos da boca, etc.). Em casos de intoxicações graves, podem ocorrer polineurites, transtornos mentais, deficiência visual e outros. A dose letal do octogésimo primeiro elemento depende muito da tolerância individual (varia de 6 a 40 mg/kg de peso) e do tipo de composto. Por exemplo, para o sulfato de tálio, a dose letal quando administrada por via oral é de cerca de 1 g para humanos, mas há casos em que doses de 8 mg/kg, bem como 10-15 mg/kg, foram fatais. O envenenamento por tálio é ainda mais perigoso porque os sinais de envenenamento que aparecem se assemelham a processos inflamatórios que a humanidade aprendeu a combater - gripe, algumas infecções gastrointestinais, broncopneumonia. Os antibióticos geralmente prescritos nesses casos não têm efeito terapêutico. Como antídoto, é necessário usar o aminoácido cisteína contendo enxofre HS –CH2CH(NH2)COOH. Azul da Prússia (de KFe a Fe43) e ferracina também são usados como antídoto. O efeito desta última droga é baseado na semelhança do comportamento dos metais alcalinos e do tálio no corpo; a ferracina é geralmente usada para remover o césio radioativo do corpo.
A concentração máxima permitida na água para o tálio é de apenas 0,0001 mg/m3, no ar atmosférico - 0,004 mg/m3, para compostos de tálio no ar das instalações de trabalho - 0,01 mg/m3. Além do tálio ser muito tóxico para o corpo humano, esse metal também representa um risco ambiental significativo - quando retirado de um recipiente lacrado, oxida rapidamente ao ar livre.
No entanto, apesar de todos os aspectos negativos acima, o tálio tem uma longa história de uso na medicina. No início do século XX, esse metal era utilizado no tratamento da tuberculose e da disenteria. Os sais de tálio são usados no tratamento da micose. O isótopo radioativo 201Tl é usado para diagnosticar doenças do sistema cardiovascular e câncer. Sabe-se que em doses moderadas, os raios ultravioleta são benéficos para o organismo - têm efeito bactericida e promovem a produção de vitamina D. Porém, como se viu, nem todos os raios da parte ultravioleta do espectro são igualmente eficazes. Os médicos distinguem radiação eritemal ou eritematosa (do latim aeritema - “vermelhidão”), as ações são genuínos “raios de bronzeamento”. Naturalmente, materiais capazes de converter a radiação ultravioleta primária em raios de ação eritematosa são muito importantes para a fisioterapia. Esses materiais revelaram-se alguns silicatos e fosfatos de metais alcalino-terrosos ativados por tálio. E ainda assim, a toxicidade do tálio e seus sais exige um manuseio cuidadoso e cuidadoso, principalmente quando se trata de medicamentos.
Devido à sua alta toxicidade, o tálio e seus sais, que não têm sabor nem cheiro, deixaram de ser substâncias usadas para controlar roedores e insetos em armas mortais de envenenadores. A ciência forense descreve casos de uso de sais de tálio para fins de homicídio ou suicídio, mas há meio século, o tálio era amplamente utilizado pelos serviços de inteligência como substância venenosa - em novembro de 1960, o líder do partido nacional “União dos Povos dos Camarões”, Felix Mumie, foi envenenado por agentes dos colonialistas franceses em Genebra. O exame constatou que ele foi envenenado com compostos de tálio durante o almoço. No final dos anos 60, os serviços de inteligência desenvolveram um plano para envenenar Nelson Mandela (o mesmo tálio foi escolhido como veneno). A Stasi, o Ministério da Segurança do Estado da RDA, tentou três vezes eliminar Wolfgang Welsch, o criador e líder de uma organização que ajudou os residentes da RDA a fugir ilegalmente para o Ocidente. Uma das tentativas envolveu envenenamento por tálio - o veneno foi misturado em costeletas. Welsh foi salvo pelas ações imediatas dos médicos que rapidamente revelaram a natureza do envenenamento. É conhecido o facto de uma tentativa de envenenar Fidel Castro com o octogésimo primeiro elemento - supostamente colocar tálio nos seus sapatos - o que inevitavelmente levaria à queda de cabelo, o que privaria o líder cubano da sua famosa barba e do a maior parte do carisma. Outro conhecido envenenamento deliberado por tálio (de acordo com a versão original) - que causou comoção em todo o mundo - foi o assassinato em Londres do ex-oficial do FSB A. V. Litvinenko, médicos do hospital Barnet (norte de Londres) encontraram vestígios da substância tóxica tálio no corpo do tenente-coronel, o que foi confirmado em exame toxicológico no hospital de Guy. É verdade que o envenenamento com polônio-210 radioativo foi posteriormente estabelecido, cujos vestígios permaneceram em todos os lugares onde o ex-oficial do FSB estava, mas a “exposição complexa” também é possível - por assim dizer, “com certeza”. O tálio era o instrumento de vingança favorito de Saddam Hussein. A ação lenta do veneno, disfarçado de gripe, permitiu que os envenenadores agissem de maneira especialmente cínica - os dissidentes eram libertados da prisão e até emigrados, mas antes disso sua comida ou bebida era temperada com uma dose letal de tálio. Mas não apenas os serviços especiais e as agências de segurança do Estado de vários países usaram o tálio para eliminar os indesejáveis. As propriedades tóxicas do metal foram favorecidas por muitos serial killers, um dos quais foi Graham Young. Aos quinze anos, ele matou sua mãe adotiva usando vários venenos e tentou matar vários outros parentes. Após sua libertação da prisão, Young conseguiu um emprego em um estúdio fotográfico em Hertfortshire. Logo, dois funcionários do estúdio adoeceram e morreram em circunstâncias muito estranhas. Young foi preso e, durante uma busca em seu apartamento, foram encontrados tálio e os diários do envenenador, nos quais ele descrevia as doses da substância venenosa e seus efeitos nos colegas. Por este crime, Young recebeu quatro penas de prisão perpétua.
No entanto, paradoxalmente, o histórico criminal do tálio às vezes salva pessoas! Há vários anos, uma menina de um ano e meio do Catar foi trazida para Londres; a criança estava em péssimas condições - a cada dia a pressão arterial do bebê aumentava e a respiração tornava-se cada vez mais difícil. Os luminares médicos de Londres eram a última esperança de pais desesperados - afinal, os médicos no Catar não conseguiram fazer um diagnóstico. Mas qual foi a decepção dos pais pobres quando especialistas londrinos altamente qualificados disseram que não estavam familiarizados com os sintomas de tal doença. A cada hora a menina piorava, a consciência quase não voltava e os médicos ainda não tinham uma única versão plausível. E no momento mais crítico, uma enfermeira comum, que estava de plantão ao lado do leito de uma criança moribunda, interveio na disputa entre os “luminares”. A enfermeira afirmou com segurança que o corpo da criança estava envenenado com tálio. Acontece que recentemente a garota leu a história policial de Agatha Christie, “O Cavalo Rouxinol”, que descrevia o envenenamento por tálio. Os sintomas da doença do pequeno paciente do hospital coincidiram surpreendentemente com o que acontece nas páginas do livro. A clínica não conseguiu confirmar ou refutar as suposições da enfermeira - os instrumentos e reagentes necessários não estavam disponíveis. Mas na Scotland Yard tudo estava “à mão” - afinal, recentemente a polícia teve que investigar um assassinato envolvendo tálio. O diagnóstico foi confirmado: descobriu-se que os pais da menina usavam em casa produtos químicos contendo sais de tálio para controlar ratos e baratas. Os médicos prescreveram o tratamento adequado e logo a criança estava fora de perigo.
Sabe-se que o tálio é encontrado em tecidos de plantas e animais. O octogésimo primeiro elemento é encontrado no tabaco, espinafre, raízes de chicória, uva, beterraba e outras plantas. No mundo animal, águas-vivas, estrelas do mar, anêmonas do mar e alguns outros habitantes marinhos tornaram-se concentradores desse metal. Curiosamente, existem plantas que podem acumular tálio durante seus processos vitais. Assim, o tálio foi descoberto na beterraba, que crescia em solos contendo quantidades insignificantes desse metal (o tálio não pôde ser detectado pelos métodos analíticos mais sofisticados). Posteriormente, descobriu-se que mesmo com uma concentração mínima de tálio no solo, a beterraba é capaz de concentrá-lo e acumulá-lo.
Cientistas que examinaram vários produtos e substâncias quanto ao seu conteúdo de tálio descobriram que as fontes de tálio no corpo são a clorofila vegetal e o tabaco para fumar (o tabaco contém de 24 a 100 nanogramas de tálio por grama de peso seco)! Além disso, a fonte de tálio que entra no corpo humano é a fuligem, os aerossóis industriais e a poeira interna (de 100 a 500 ng). As análises mostraram que o conteúdo de tálio no corpo de vegetarianos e fumantes é maior do que o de pessoas que comem normalmente e não fumantes. Além disso, os autores apontaram para o fato de que há mais tálio nos pulmões dos mineiros do que nos pulmões de outras pessoas, e mais do que nos cabelos. Isto se deve à inalação de poeiras, silicatos e carvão contendo tálio.
História
Na década de 1950, um jovem químico da Inglaterra, William Crookes, trabalhou nos problemas de isolamento do selênio do lodo - resíduo empoeirado da produção de ácido sulfúrico. Ao examinar a poeira de uma planta em Tilkerode (norte da Alemanha), o químico tentou detectar vestígios de telúrio nas amostras estudadas, porém, após realizar uma análise química, Crookes não conseguiu encontrar esse metal. Por vários motivos, os experimentos tiveram que ser interrompidos, mas os resíduos da fábrica foram preservados no laboratório “até tempos melhores”, como mais tarde se descobriu não em vão.
Com o advento da análise espectral na ciência (1859), os químicos foram armados com um novo método poderoso de determinação remota composição química várias substâncias. Pouco depois da descoberta do césio (1860) e do rubídio (1861), William Crookes interessou-se pela espectroscopia. Explorando as possibilidades do novo método, Crookes utilizou-o para estudar um grande número de substâncias diferentes: partes de cadáveres de animais, cinzas de várias plantas, água do mar, muitos tipos de pequenos insetos, vários tipos de tabaco. Com isso, ao concluir que o espectroscópio é uma ferramenta poderosa para encontrar novos elementos, William Crookes decidiu voltar à busca pelo telúrio na poeira da planta alemã, que ainda estava armazenada em seu laboratório. Tendo introduzido a amostra na chama do queimador e esperando ver linhas de telúrio, Crookes ficou surpreso ao descobrir uma linha verde brilhante, que nunca havia observado anteriormente em estudos espectroscópicos. É verdade que a faixa verde desapareceu rapidamente (devido à volatilidade do composto, como descobrimos mais tarde), mas reapareceu a cada nova porção do material em estudo. Percebendo a importância de sua descoberta, o inglês repetiu várias vezes o experimento e examinou sistematicamente os espectros dos elementos contidos nos resíduos das câmaras de ácido sulfúrico (arsênico, antimônio, selênio, ósmio). Somente após um exame detalhado de um número colossal de amostras Crookes se convenceu de que estava lidando com um elemento ainda desconhecido. Devido ao pequeno suprimento de resíduos de poeira, o químico conseguiu isolar apenas uma pequena quantidade de uma nova substância, que chamou de tálio (do grego antigo θαλλός - ramo jovem e verde). Obviamente, o motivo da escolha desse nome específico foi a linha verde no espectroscópio, que marcou a descoberta de um novo elemento. É curioso que outra palavra grega, cuja tradução significa “arrivista”, soe quase a mesma. A coincidência é naturalmente aleatória, porém, não sem sentido - ninguém procurava o tálio, ele próprio “declarou” a sua existência.
Mais ou menos na mesma época de Crookes, poucos meses depois, o tálio foi descoberto pelo químico francês Claude Lamy, usando o mesmo método espectroscópico para examinar o lodo da produção de ácido sulfúrico em Loos. Tendo uma grande quantidade de resíduos de poeira, Lamy conseguiu isolar 14 gramas de tálio e descrever detalhadamente suas propriedades. O químico francês provou que o tálio é um metal e não um análogo do selênio, como acreditava Crookes, descrevendo o elemento descoberto em seu artigo “Sobre a existência de um novo elemento pertencente ao grupo do enxofre”. Porém, devido ao fato de a mensagem de Lamy ter aparecido apenas em 1862 - vários meses depois da do descobridor (30 de março de 1861), a prioridade da descoberta permaneceu com o cientista inglês. Posteriormente, Crookes fez uma contribuição significativa para o desenvolvimento da química e da física (surpreendentemente, ele era um forte defensor do espiritualismo e dedicou muito tempo a sessões invocando entidades sobrenaturais), e em seus anos de declínio chefiou a Royal Society of London, mas ele deve seu primeiro sucesso científico à descoberta do metal em 1861.
Estar na natureza
Não há nada de surpreendente no fato de o tálio ter sido descoberto precisamente com a ajuda de um espectroscópio - na maioria dos minerais esse oligoelemento está presente em quantidades tão pequenas (na galena o conteúdo de tálio varia de 0,003 a 0,1% e raramente mais) que é acidentalmente encontrar seu traço quimicamente é quase impossível. Mas graças à sensibilidade excepcionalmente alta da análise espectral, a descoberta desse elemento tornou-se possível e aconteceu de forma totalmente inesperada. Ao mesmo tempo, não há tão pouco tálio na Terra - o clarke (conteúdo médio na crosta terrestre) do octogésimo primeiro elemento é de cerca de 7,10–5%, o que é mais de 100 vezes maior que o teor de ouro e 10 vezes maior que o teor de prata. O tálio pode ser encontrado em blendas (por exemplo, em esfalerita) e piritas de zinco (teor de Tl superior a 0,1%), cobre e ferro, em sais de mica e potássio. Não existem tantos minerais próprios do tálio, no entanto, ele está incluído em um grande número de outros minerais como uma impureza isomórfica, substituindo cobre, prata e arsênico em minérios de sulfeto (Tl cerca de 10–3%), e potássio, rubídio e , menos comumente, outros metais alcalinos em aluminossilicatos e cloretos.
Depósitos hidrotérmicos de marcassita de baixa temperatura (em 1896, o cientista russo I.A. Antipov descobriu um aumento no teor de tálio nas marcassitas da Silésia) e depósitos de pirita são considerados favoráveis para o acúmulo do octogésimo primeiro elemento. É neles que se encontram os pequenos e raros minerais de tálio nativos: lorandita TlAsS2 e hutchinsonita (Cu, Ag, Tl)PbAs4S8, que estão presentes em alguns minérios de arsênio; vrbaite Tl(As, Sb)3S5; Azida de tálio TlN3; picrato de tálio; crukesite Cu15Tl2Se9, descoberto em 1860 na Suécia e nomeado em homenagem ao descobridor do tálio. Posteriormente, a crukesita foi descoberta na Bashkiria e nos Urais. O teor de tálio nesses minerais é bastante alto - de 16 a 80%. Em 1956, um novo mineral de tálio foi encontrado no Uzbequistão - avicenita, que é óxido de tálio trivalente quase puro - Tl2O3 (79,52% Tl). O mineral recebeu esse nome em homenagem ao sábio, médico e filósofo Avicena, ou mais corretamente, Abu Ali ibn Sina. Na natureza, todos esses minerais são tão raros que seu uso industrial como matéria-prima de tálio está fora de questão - esse metal raro é obtido como subproduto na produção de zinco, chumbo e vários outros elementos. Muitas vezes, o octogésimo primeiro elemento pode ser encontrado na ortoclásio KAlSi3O8 e na leucita KAlSi2O6. O tálio está contido em pequenas quantidades na lepidolita K2Li1.5Al1.52 e na zinnwaldita KLiFeAl2 - 10–3 e 10–1%, respectivamente. Na polucita (Cs, Na), o teor de tálio é de 10–2%. A possibilidade de substituição isomórfica, proporcionada pela proximidade do raio iônico do tálio monovalente (1,49 A) e dos raios iônicos do potássio (1,33 A) e do rubídio (1,49 A), permite que o cloreto de tálio cristalize junto com o cloreto de rubídio. Como resultado, o tálio é um companheiro comum do rubídio em depósitos de sal e águas minerais. Portanto, pela primeira vez após a descoberta do tálio, o isomorfismo de seus haletos e dos haletos de potássio e rubídio levou ao fato de o tálio ser considerado um metal alcalino. Assim como os metais alcalinos, o tálio está concentrado na parte superior da crosta terrestre - na camada de granito (conteúdo médio 1,5 10-4%), nas rochas básicas é menor (2 10-5%), e nas rochas ultrabásicas apenas 1 10-6% e menos. O tálio migra facilmente na biosfera - seu conteúdo médio nos solos é de 10-5%, na água do mar - 10-9%, nos organismos animais - 4-10-5%. Das águas naturais, o tálio é absorvido por carvões, argilas, hidróxidos de manganês e acumula-se durante a evaporação da água (por exemplo, no Lago Sivash até 5,10-8 g/l). Alguns organismos vivos (águas-vivas) e plantas (uvas, beterrabas, carvalho) são concentradores de tálio, acumulando esse metal pesado a partir de ambiente. Acredita-se que esta seja a razão do alto teor do octogésimo primeiro elemento nas cinzas de carvão (10–3-10–2%).
As reservas mundiais do octogésimo primeiro elemento apenas nos depósitos de zinco (de acordo com os Serviços Geológicos dos Estados Unidos) são de cerca de 17 mil toneladas. Além disso, a maioria desses depósitos está localizada no Canadá e nos EUA. No entanto, as principais reservas de tálio nos recursos mundiais de carvão são de 630 mil toneladas.
Aplicativo
Durante muito tempo não foi utilizado um metal com propriedades específicas, mas em 1907 Clerici propôs o uso de uma solução aquosa de sais de tálio orgânicos altamente solúveis (uma mistura de tálio fórmico e ácido malônico), chamada líquido pesado de Clerici, para separar minerais por densidade . Sabe-se que a maioria dos minerais, incluindo todos os minerais formadores de rocha, têm uma densidade de 2 a 4 g/cm3, e muitos minérios metálicos industrialmente importantes (pirita, galena, ouro, zircão) têm uma densidade mais elevada. A utilização do líquido Clerici para separá-lo dos resíduos de rocha não requer equipamento especial, o que é especialmente importante em condições de campo. Após 13 anos, foi encontrada uma nova aplicação para o tálio, mais precisamente para o seu sulfato Tl2SO4. Este composto fazia parte de um veneno contra roedores e certos tipos de insetos, patenteado na Alemanha em 1920. Por muito tempo, o sulfato de tálio Tl2SO4 - substância incolor e inodora - fez parte de alguns inseticidas e zoocidas, até que em 1965 o governo americano proibiu seu uso devido à sua altíssima toxicidade para pessoas e animais domésticos. Também em 1920, foi descoberto que a condutividade elétrica do oxissulfeto de tálio (talofeto) muda sob a influência da luz (especialmente da radiação infravermelha). Com o tempo, essa propriedade do oxissulfeto de tálio encontrou aplicação em fotocélulas usadas em dispositivos receptores para sistemas de alarme na escuridão e neblina, localizadores infravermelhos, radiômetros e medidores de fotoexposição para fotografar em raios infravermelhos. Nas batalhas da Segunda Guerra Mundial, fotocélulas talofídicas foram usadas para detectar atiradores inimigos. Posteriormente, monocristais de soluções sólidas de haletos de TlBr e TlI começaram a ser usados em contadores de cintilação para registro de radiação α e β. O funcionamento de tal contador é baseado na interação de dois componentes: um cristal cintilador luminescente e um fotomultiplicador - quando quanta de radiação G ou partículas ionizantes atingem o cristal, ocorre um flash de luz, que no fotomultiplicador é convertido em corrente elétrica , sua força serve como característica da intensidade da radiação incidente no cristal . São as impurezas do tálio que criam centros de luminescência nos cristais. O uso de compostos de tálio em óptica não se limita ao espectro infravermelho - lâmpadas de descarga de gás verde preenchidas com vapor de argônio e tálio, usadas em publicidade iluminada e na calibração de dispositivos espectrais. O iodeto de tálio é introduzido em lâmpadas de descarga de mercúrio de alta pressão para melhorar seus parâmetros de luz e vida útil.
Na indústria química, o octogésimo primeiro elemento, seus óxidos e sulfetos são utilizados como catalisadores eficazes para diversas reações orgânicas (redução do nitrobenzeno com hidrogênio, oxidação da anilina gasosa). Vários compostos de tálio são usados com sucesso como agentes antidetonantes de combustível para motores. O tálio é tradicionalmente usado na produção de semicondutores - esse metal faz parte dos materiais à base de selênio, dos quais são feitos os retificadores de corrente semicondutores. Os materiais semicondutores modernos não são apenas cristalinos, mas também amorfos e vítreos. A composição dos semicondutores vítreos, juntamente com o selênio, o telúrio e o arsênico, inclui o tálio (um exemplo de composição química é o TlAsSe2). Semicondutores deste tipo são usados principalmente em dispositivos ópticos: eletrofotografia, tubos de transmissão de televisão, meios de gravação de luz para holografia, materiais fotorresistentes e fotomáscaras. O carbonato de tálio Tl2CO3 é usado para produzir vidro com alto índice de refração dos raios de luz; o óxido de tálio Tl2O também é um componente de alguns vidros ópticos.
No entanto, não apenas os compostos de tálio encontraram ampla aplicação, mas o próprio metal é utilizado em vários campos da indústria. O octogésimo primeiro elemento é introduzido em ligas (na maioria das vezes à base de chumbo), conferindo-lhes resistência a ácidos, resistência e resistência ao desgaste. A liga de 70% Pb, 20% Sn e 10% Tl é resistente aos ácidos nítrico e clorídrico. A liga do rolamento é 72% Pb, 15% Sb, 5% Sn e 8% Tl superior às melhores ligas de rolamento de estanho. À medida que esses rolamentos funcionam, o tálio derrete, formando um lubrificante que prolonga a vida útil dos rolamentos. Assim como o próprio tálio, muitas de suas ligas têm baixo ponto de fusão, por exemplo, o amálgama de tálio (uma liga com mercúrio) contendo 8,5% de Tl solidifica apenas a –59 °C, por isso é usado em termômetros de baixa temperatura, selos líquidos e interruptores, trabalhando no Extremo Norte, na Antártica ou em pesquisas estratosféricas. O tálio foi usado na medicina há muito tempo - de 1912 a 1930. Os compostos de tálio foram amplamente utilizados para tratar tuberculose e disenteria. Porém, devido à alta toxicidade dos compostos de tálio (a diferença entre as doses terapêuticas e tóxicas é pequena), a gama de utilização desse metal limitou-se à depilação no tratamento da micose - os sais de tálio em pequenas doses levam à calvície temporária. Desde o início da década de 1980, o uso do isótopo radioativo 201Tl (meia-vida de 72,912 horas) para diagnóstico de doenças tem aumentado constantemente. do sistema cardiovascular e doenças oncológicas. Outro radioisótopo de tálio, o emissor β 204Tl (meia-vida de 3,78 anos), é usado em instrumentação para monitorar a espessura de vários materiais. Os raios β 204Tl também são usados para remover a eletricidade estática de produtos acabados de papel, têxteis e filmes.
Produção
Apesar de o tálio ter sido descoberto em 1861 e de muitos cientistas terem estudado suas propriedades, esse elemento “polêmico” por muito tempo não conseguiu ocupar seu “nicho” em nenhuma área da indústria. Como resultado, a produção em escala industrial do metal tálio começou apenas na década de 1920. Agora, porém, como no século passado, a principal fonte do octogésimo primeiro elemento são os minérios metálicos de sulfeto. Quando enriquecidos, o tálio se transforma em concentrados de zinco, cobre e chumbo (principalmente). Porém, mesmo em concentrados enriquecidos, o teor de tálio não ultrapassa 10-3%, naturalmente, tal produto não pode ser considerado matéria-prima para a produção industrial do octogésimo primeiro elemento. Por esse motivo, as fontes de produção direta de tálio são os resíduos da produção de chumbo, ácido sulfúrico, zinco e cobre (pó de combustão), que se formam durante a torrefação de minérios sulfetados enriquecidos. Além disso, a escória coletada durante a fundição do metal também é matéria-prima para a produção de tálio.
Normalmente, a escolha do método de processamento da matéria-prima depende de sua composição, uma vez que o tálio é extraído em combinação com vários outros elementos. Os esquemas reais de processamento de minérios polimetálicos são muito complexos e incluem um grande número de operações piro e hidrometalúrgicas, e também estão sujeitos a ajustes constantes dependendo das mudanças na composição das matérias-primas processadas.
Os concentrados ricos no octogésimo primeiro elemento são obtidos pelo método de sublimação, no qual o tálio durante a queima é capaz de volatilizar tanto em ambiente oxidante quanto redutor, o que permite combinar a produção de sublimados enriquecidos em tálio com processos de extração outros elementos valiosos. O enriquecimento máximo com tálio é obtido através da torrefação com cloração (com adição de cloreto de sódio ou silvinita). O cloreto de sódio formado durante a reação em temperaturas acima de 600°C apresenta boa volatilidade e sublima quase completamente. Como resultado da torrefação oxidativa, além do cloreto, o óxido de tálio Tl2O é sublimado e partículas semelhantes a poeira de sulfato de tálio, sulfeto e silicato são capturadas mecanicamente pelo fluxo de gás. Nas poeiras e sublimados obtidos durante os processos de redução, parte do tálio pode estar na forma de metal. A seguir, os sublimados são lixiviados com água, e o processo deve ser realizado com aquecimento constante, pois a solubilidade do tálio depende fortemente da temperatura. Às vezes, a lixiviação com água é substituída pela lixiviação com soluções fracas de soda, o que impede a transição de cloretos de outros metais, como o cádmio, para a solução. Se a maior parte do tálio estiver presente na forma de compostos pouco solúveis, então é utilizada a lixiviação com ácido sulfúrico diluído. Após a lixiviação de soluções aquosas, o tálio (de acordo com diferentes esquemas tecnológicos) é liberado na forma de sulfeto, cloreto, iodeto, cromato, hidróxido de tálio trivalente ou tálio metálico por cimentação - precipitação com pó de zinco ou amálgama:
Tl2SO4 + Zn → ZnSO4 + 2Tl
No caso da precipitação do octogésimo primeiro elemento na forma de sulfeto (com uma solução quente de sulfeto de sódio), consegue-se a extração mais completa do metal da solução. No entanto, este método não é seletivo - todos os metais satélites de tálio formam sulfetos insolúveis, portanto, este método é usado apenas para matérias-primas com uma pequena quantidade de impurezas. O concentrado de sulfeto de tálio é lixiviado com uma solução de sulfato de zinco e o sulfato de tálio passa para a solução:
Tl2S + ZnSO4 → Tl2SO4 + ZnS
O metal tálio é isolado da solução resultante por cimentação.
A purificação moderna do tálio consiste em extraí-lo de soluções contendo sulfato com uma solução de iodo misturada com uma solução de tributilfosfato a 50% em querosene, seguida de reextração da fase orgânica com ácido sulfúrico (300 g/l) com o adição de peróxido de hidrogênio a 3%. O metal é isolado dos reextratos por carburação em chapas de zinco, o que produz um metal com estrutura esponjosa, que é prensado em briquetes e fundido sob uma camada de álcali a uma temperatura de 350-400 °C. Em casos raros, para obter o metal tálio, é utilizada a eletrólise de soluções de sulfato de tálio em um cátodo de alumínio. O fato é que o metal obtido por este método contém uma quantidade bastante grande de impurezas (0,05%) de chumbo, cádmio, ferro, zinco e outros. Para obter um metal de alta pureza, o refino eletrolítico é realizado com um ânodo solúvel de tálio bruto e um cátodo de tálio purificado; os eletrólitos são sais de tálio: sulfato ou perclorato. O resultado é tálio com um teor total de impurezas estranhas inferior a 10–4%. O metal mais puro (99,9999%), necessário para a tecnologia de semicondutores, é obtido por purificação por métodos cristalofísicos: fusão por zona ou método Czochralski.
A produção mundial do raro octogésimo primeiro elemento flutua insignificantemente e é de cerca de 15 toneladas por ano. O mesmo não se pode dizer do preço deste metal - devido ao desenvolvimento de novas tecnologias, o preço do tálio aumentou significativamente em relação a meados do século XX. Os principais fornecedores de tálio para o mercado mundial são Bélgica, Canadá, França, Alemanha, Rússia e Grã-Bretanha.
Propriedades físicas
Mesmo décadas após a sua descoberta, o tálio permaneceu um elemento misterioso para mineralogistas, físicos e químicos de todo o mundo. Não há nada de surpreendente no fato de os cientistas da época chamarem o tálio - um metal com estranhezas - afinal, à sua maneira propriedades quimicasé semelhante aos metais alcalinos (facilmente oxidado, o hidróxido de tálio é solúvel em água e é uma base forte) e ao mesmo tempo tem muito em comum com a prata (baixa solubilidade de cloreto, brometo e iodeto em água). Aparência e em muitas propriedades físicas (densidade, dureza, ponto de fusão) o tálio se assemelha ao chumbo, que, aliás, é vizinho do octogésimo primeiro elemento da tabela periódica. Nesta ocasião, o químico francês Jean Baptiste Dumas, um dos pioneiros no campo da investigação das propriedades do tálio, escreveu: “Não seria exagero se, do ponto de vista da classificação geralmente aceite dos metais, dizemos que o tálio combina propriedades opostas que nos permitem chamá-lo de metal paradoxal.” . O famoso químico também disse que o tálio entre os metais é a mesma “ovelha negra” que o ornitorrinco entre os animais - essa criatura incrível é um mamífero, mas como pássaros e anfíbios põe ovos; seu corpo é coberto de pelos, mas tem bico de pato e pés palmados. No entanto, o químico francês acreditava que o metal que estudava, apesar de todas as suas “esquisitices”, algum dia seria capaz de “fazer uma era na história da química”.
Os elementos do subgrupo principal do terceiro grupo, incluindo o tálio, são caracterizados pela presença de três elétrons na camada eletrônica externa do átomo. A configuração dos elétrons externos do tálio é 6s26p; raio atômico 1,71 A, raios iônicos: Tl+ 1,49 A, Tl3+ 1,05 A. A substância simples tálio é um metal pesado (densidade 11,849 g/cm3) branco-acinzentado macio com uma tonalidade azulada, mas devido à rápida oxidação no ar ele desaparece rapidamente , adquirindo uma cor manchada. O tálio é muito plástico e macio (facilmente cortado com uma faca). Esta descrição lembra propriedades físicas chumbo (densidade 11,34 g/cm3) ou algum metal alcalino (por exemplo, o lítio pode ser facilmente cortado com uma faca). O tálio existe em três modificações: a uma pressão de 0,1 Mn/m2 (1 kgf/cm2) e a uma temperatura abaixo de 233 °C, possui uma rede hexagonal compacta com parâmetros a = 3,4496 A e c = 5,5137 A, acima de 233 ° C - cúbica de corpo centrado (a = 4,841 A), em altas pressões 3,9 H/m2 (39.000 kgf/cm2) - cúbica de face centrada. Em termos de ponto de fusão (para o tálio é 303,6°C), o octogésimo primeiro elemento também se assemelha ao chumbo, cuja temperatura de transição sólido-líquido é de 327,4°C. O mesmo se aplica aos pontos de ebulição - para o tálio 1457 °C, para o chumbo - 1740 °C.
A capacidade térmica específica do tálio em temperaturas de 20 a 100 °C é 0,13 KJ/(kg K) ou 0,031 cal/(g °C). O coeficiente de temperatura de expansão linear do tálio é 28 10-6 a 20 °C e 41,5 10-6 a 240-280 °C. A condutividade térmica do octogésimo primeiro elemento é 38,94 W/(m∙K), que é 0,093 cal/(cm seg °C). A resistividade elétrica do tálio a 0 °C é 18 · 10-6 ohm∙cm. O coeficiente de temperatura da resistência elétrica do tálio diminui com o aumento da temperatura: 5,177 10-3 - 3,98 10-3 (0-100 °C). O tálio é diamagnético, sua suscetibilidade magnética específica a 30 °C é -0,249 10-6. A temperatura de transição para o estado supercondutor do tálio é 2,39 K. A seção transversal para a captura de nêutrons térmicos por um átomo de tálio é 3,4 ± 0,5 celeiro.
Propriedades quimicas
Nos compostos, o tálio pode exibir estados de oxidação de +1 (Tl+) e +3 (Tl3+), sendo os compostos mais estáveis aqueles em que o octogésimo primeiro elemento exibe uma valência positiva de +1. Os compostos Tl+ em seu comportamento químico se assemelham aos compostos de potássio, sódio, prata e chumbo. A maioria dos compostos Tl(I) são fotossensíveis. O tálio monovalente pode ser oxidado em solução apenas com agentes oxidantes fortes: peróxido de hidrogênio, persulfatos, permanganato de potássio, bromo ou cloro (halogênios elementares oxidam o tálio apenas ao estado monovalente). Os compostos de tálio com valência mais característica (+3) para um elemento do grupo III são menos estáveis. Os compostos Tl3+ são fortes agentes oxidantes, são instáveis ao calor e sofrem hidrólise. São obtidos pela oxidação de compostos Tl+ com agentes oxidantes fortes (persulfato de potássio K2S2O8, bromato de potássio KBrO3 ou água de bromo). Em geral, os sais de tálio são mais difíceis de dissolver do que os sais de tálio monovalentes semelhantes. Além disso, o octogésimo primeiro elemento é caracterizado pela formação de compostos com estado de oxidação formalmente intermediário, em que alguns dos átomos de tálio apresentam estado de oxidação +1 e a outra parte - +3. Normalmente, o tálio trivalente faz parte de um ânion complexo neles, por exemplo, um dos cloretos de tálio, Tl2Cl4, é o tetraclorotalato de tálio (I) (III): Tl+. Ou outro exemplo: Tl+ –, onde o tálio monovalente atua como um cátion e o tálio trivalente faz parte do ânion complexo.
No ar, a superfície do tálio metálico oxida rapidamente, torna-se opaca e coberta por uma película preta de óxido inferior Tl2O, que retarda a oxidação adicional:
4Tl + O2 → 2Tl2O
O óxido de tálio (I) Tl2O é uma substância cristalina preta que é facilmente solúvel em água para formar o hidróxido TlOH. O óxido de tálio (I) pode ser obtido desidratando o hidróxido de tálio (I):
2TlOH → Tl2O + H2O
Quando o Tl2O é aquecido ao ar, pode-se obter o óxido de tálio (III) Tl2O3 - uma substância preta com forte capacidade oxidante. O ozônio também oxida o tálio em Tl2O3. Além disso, o óxido de tálio (III) é formado durante a cuidadosa decomposição térmica do nitrato de tálio Tl(NO3)3:
2Tl(NO3) → Tl2O3 + NO2 + NO
Em temperaturas acima de 500 °C no ar, o Tl2O3 se transforma em Tl2O.
O tálio não reage com água sem oxigênio. Na presença de oxigênio, o tálio se dissolve em água para formar hidróxido de tálio monovalente solúvel:
4Tl + 2H2O + O2 → 4TlOH
TlOH é uma substância cristalina amarela que exibe as propriedades de uma base forte semelhante aos hidróxidos de metais alcalinos. Quando o CO2 atua sobre uma solução TlOH, o carbonato de tálio pode ser obtido:
2TlOH + CO2 → Tl2CO3 + H2O
Este composto é altamente solúvel em água e é utilizado na preparação de outros compostos de tálio.
Para evitar a oxidação, os lingotes de tálio são armazenados sob uma camada de água destilada e fervida (contendo menos oxigênio dissolvido). Interagindo com álcoois, o tálio forma os alcoolatos correspondentes:
2Tl + 2C2H5OH → 2C2H5OTl + H2
Se esta reação for realizada em uma corrente de ar, formam-se água e alcoolato:
4Tl + 4C2H5OH + O2 → 4TlOC2H5 + 2H2O
O tálio não se dissolve em ácido clorídrico devido à passivação, pois forma-se o cloreto insolúvel TlCl. Mas o metal se dissolve bem em ácido nítrico, a reação é muito pior com ácido sulfúrico. O tálio é insolúvel em haletos de hidrogênio, ácidos fórmico, oxálico e acético. Além disso, o octogésimo primeiro elemento não interage com álcalis (sem agentes oxidantes). Por esta razão, os talatos correspondentes, MeTlO2, são obtidos apenas pela fusão do óxido de Tl2O3 com óxidos metálicos.
Já à temperatura ambiente, o tálio interage com os halogênios. Todos os haletos de tálio mono e trivalente são conhecidos, bem como vários haletos complexos com um estado de oxidação formalmente intermediário de tálio. Assim como os haletos de prata, o fluoreto de tálio TlF é altamente solúvel em água, enquanto o cloreto de TlCl, o brometo de TlBr e o iodeto de TlI são pouco solúveis. Quando armazenados por muito tempo à luz ou quando mantidos em estado fundido, TlCl, TlBr e TlI escurecem devido à decomposição parcial:
2TlI → 2Tl + I2
O octogésimo primeiro elemento reage com fósforo, arsênico e enxofre quando aquecido. O tálio não interage com hidrogênio, nitrogênio, amônio, carbono, silício, boro e monóxido de carbono seco.
Em combinação com o enxofre, o tálio dá os seguintes derivados: sulfeto de tálio (I) Tl2S - substância cristalina preta, insolúvel em água, produto intermediário na produção do tálio; O sulfato de tálio (I) Tl2SO4 é um pó branco, altamente solúvel em água, e é um produto intermediário no processo de obtenção do tálio metálico. O sulfeto de tálio Tl2S é precipitado quase quantitativamente a partir de soluções de sais de tálio com sulfeto de hidrogênio ou sulfeto de amônio em meio levemente ácido, neutro e alcalino. Também pode ser obtido por síntese direta a partir de elementos em temperaturas elevadas. O sulfato de tálio quimicamente puro Tl2SO4 é obtido pela dissolução do metal tálio em ácido sulfúrico diluído.