Талій - "Молода зелена гілка"

С.І. Венецкій

"Хто шукає, той завжди знайде" - співається в популярній пісні. Так це чи ні, але протягом тисячоліть люди перебувають в постійному пошуку. Одні шукають скарби, інші - пригоди, третій - шляхи в незвідане. І дехто дійсно щось знаходить. Згадаймо хоча б великого Архімеда. Геніальний рішення задачі про співвідношення золота і срібла в короні царя Гієрона прийшло до вченого в той момент, коли він лягав у ванну. Забувши про все на світі, голий Архімед вибіг на вулицю з криком "еврика!" (по-грецьки "знайшов!"), хоча з боку могло здатися, що він, навпаки, все втратив.

Бували й такі випадки, коли замість дорогоцінних металів шукач скарбу "знаходив" кілька грамів свинцю, а разом з ними - і вічний спокій. А ось Колумбу хоч і не вдалося відшукати найкоротший морський шлях з Європи до Індії, але зате пощастило виявити невідомі землі американського континенту. Щось подібне відбулося в 1861 році з англійським вченим Вільямом Круксом. У 50-х роках минулого століття Крукс, тоді ще молодий хімік, займався дослідженням пилоподібних відходів сірчанокислотного виробництва, вважаючи, що в них має бути присутнім телур. Однак численні хімічні операції так і не принесли бажаного результату, і вчений втратив інтерес до цієї роботи.

Відходи довгий час лежали без справи в його лабораторії, поки відкриття спектрального аналізу не спонукало Крукса згадати про них. Новий метод не вимагав таких великих затрат праці, як хімічний, і не скористатися ним було просто гріх.

Яке ж було здивування вченого, коли замість очікуваної лінії телуру він побачив у спектрі красиву яскраво-зелену смужку, яка не могла належати жодному відомому елементу. Крукс зрозумів, що йому вдалося розкрити ще одну таємницю природи. А оскільки справа відбувалася навесні і на деревах вже з'явилися свіжі пагони, новий елемент був тут же "охрещений" талієм: у перекладі з грецької "таллос" означає "молода зелена гілка". Цікаво, що майже так само звучить та інше грецьке слово, що перекладається як "вискочка". І хоч це збіг випадково, воно не позбавлене сенсу: адже талій і справді можна вважати "вискочкою": його не шукали, він сам узяв та й заявив про своє існування.

Майже одночасно з Круксом, через лише кілька місяців, цей же елемент був виявлений і французьким хіміком Ламі; він знайшов його теж у відходах сірчанокислотного виробництва і теж спектральним аналізом. І хоча Ламі навіть вдалося виділити 14 грамів металевого талію і визначити деякі його властивості, пріоритет відкриття залишився за англійським вченим. Згодом Крукс вніс чималий внесок у розвиток хімії та фізики (парадоксально, що при цьому він був переконаним прихильником спіритизму і багато часу приділяв викликанню духів), а на схилі років очолив Лондонське королівське товариство, але своїм першим науковим успіхом він зобов'язаний відкритого ним в 1861 році металу.

Те, що талій був вперше виявлений за допомогою спектроскопа, цілком закономірно: у більшості мінералів цей розсіяний елемент присутній у настільки малих кількостях, що випадково натрапити на його слід хімічним шляхом практично неможливо, завдяки ж незвичайно високої чутливості спектрального методу це сталося несподівано.

Загальний зміст талію в земній корі не так уже й мало -- 0,0003% (природні запаси, наприклад, золота або платини набагато менше).

А от власні мінерали елемента можна перерахувати на пальцях: лорандіт, гутчінсоніт, Урбан, крукезіт, Авіценна, останній що представляє собою майже чистий оксид талію, був знайдений в 1956 році на території Узбецької РСР і названий на честь великого лікаря і філософа давнини Авіценни (правильніше Абу-Алі Ібн-Сіни). У природі ці мінерали зустрічаються настільки рідко, що про промислове використання їх як талліевого сировини не може бути й мови. А отримують цей метал як супутній продукт при виробництві свинцю, цинку та ряду інших елементів.

Понад півстоліття після відкриття талій представляв інтерес лише як об'єкт наукових досліджень. Науковці, які вивчали властивості цього металу, знайшли в його поведінці чимало дивацтв. За зовнішніми даними, щільності, твердості, температуру плавлення та іншим фізичним властивостям він дуже подібний зі свинцем - своїм сусідом справа по періодичній системі (їх "володіння" розташовуються під номерами 81 і 82). Що ж стосується хімічних нахилів, то в цьому відношенні талій де в чому подібний до лужним металів - натрію і калію, а де в чому - сріблу.

Як представник третьої групи талій повинен проявляти в основному валентність, що дорівнює трьом, а він вважає за краще виступати в ролі одновалентних металу, що характерно для лужних елементів. Втім, у деякі комплексні з'єднання одночасно входять і одновалентних і тривалентні талій: перший - в ролі катіона, друга - як компонент комплексного аніону.

Не випадково відомий французький хімік минулого століття Ж.Б.А. Дюма так відгукувався про елемент № 81: "Не буде перебільшенням, якщо з точки зору прийнятої класифікації металів ми скажемо, що талій поєднує в собі протилежні властивості, які дозволяють називати його парадоксальним металом ". А щоб наочно проілюструвати свою думка, Дюма навіть заявив, що талій займає таке ж місце серед металів, яке качконіс - серед тварин.

Цей дивний звір - ссавець, однак подібно земноводним і птахам відкладає яйця; та й зовнішній вигляд його своєрідний: він покритий вовною, але має качиний дзьоб і перетинки на лапах.

У міру того, як накопичувалися відомості про властивості талія і його з'єднань, почали намічатися та шляхи його практичного застосування. Перший запис в "трудову книжку" цього елементу була зроблена в 1920 році, коли в Німеччині запатентували отруту проти гризунів та деяких комах, що містить сульфат талію.

Лиха біда початок. У тому ж році було відмічено, що оксісульфід талію - так званий таллофід - під дією світла змінює свою електропровідність, особливо чуйно реагуючи на інфрачервоні промені. Незабаром вже були створені таллофідние фотоелементи, для яких швидко знайшлися підходящі "місця служби": в пристроях для сигналізації у темряві або густому тумані, в інфрачервоних прожекторах, що вказують льотчику місце посадки на затемненому аеродромі, в системах для відшукання в нічних умовах об'єктів, випромінюючих тепло, в приладах для вимірювання радіації зірок, у фотоекспонометра, застосовуються під час зйомки в інфрачервоних променях. На надзвичайно високу здатність пропускати ці промені засноване використання в техніці та інших з'єднань талія-броміду і іодіда.

З монокристалів цих солей виготовляють лінзи, вікна, призми, кювети для оптичних приладів, що працюють в інфрачервоній області спектру (прилади військового призначення, спектроскопії, мікроскопи). Солі талію входять до складу спеціальних стекол - жовтих, зелених, помаранчевих - з дуже більшим коефіцієнтом заломлення (вони можуть імітувати дорогоцінні камені), а також чорних непрозорих стекол.

У сучасній техніці широко застосовуються сцинтиляціонні лічильники - прилади для виявлення і вимірювання радіоактивних випромінювань. "Серцем" такого приладу служать люмінесцентні кристали, або крісталлофосфори. Коли на кристал потрапляють бета-частинки або гамма-кванти, в цьому місці виникає світлова спалах. За допомогою фотоелемента світло перетворюється в електричний струм. Чим інтенсивніше радіоактивні промені, тим яскравіше спалах і тим більше сила виникла струму. У ролі крісталлофосфоров успішно виступають нітрати лужних металів.

Але щоб підвищити "к.к.д." цих сполук, до них обов'язково додають так звані активатори, які й створюють в кристалах центри світіння. У крісталлофосфори, призначені для несення сцинтиляційне "служби", в якості активатора входить талій.

У хімічній промисловості талій, його оксиди і сульфіди користуються гарною репутацією як ефективні каталізатори різних органічних реакцій (відновлення нітробензолу воднем, окислення газоподібного аніліну).

Деякі сполуки цього елемента роблять помітний антідетонірующее дію на паливо для двигунів.

їли б не одне "але", талій та його солі, мабуть, знайшли б широке застосування в медицині, де вони не без успіху виконували певні функції. Цим "але" виявилася дуже висока токсичність як самого металу, так і багатьох його сполук. Оскільки в ряді випадків необхідна терапевтична доза виявляється близькою до небезпечної, поле діяльності цього елемента обмежене: йому доводиться задовольнятися видаленням волосся при стригучий лишай (солі талію призводять до тимчасового облисіння) та де-якими іншими дрібними "дорученнями".

Кілька років тому в лондонському аеропорту приземлився літак, який доставив в англійську столицю важко хвору півторарічна дівчинку із Катару - невеликого арабської держави в районі Перської затоки. З кожним днем у дитини зростало кров'яний тиск, все важче ставало дихання. Оскільки лікарі в Катарі не змогли поставити діагноз захворювання, політ у Лондон став останньою надією для нещасних батьків.

Але коли дівчинку привезли в одну з лондонських лікарень, виявилося, що навіть висококваліфіковані столичні лікарі не знайомі із симптомами цього дивного захворювання. Кілька годин тривав консиліум кращих фахівців, проте прийти до якогось висновку не вдалося. А тим часом стан дівчинки ставало загрозливим, свідомість майже не поверталося до неї. І ось, коли здавалося, що ніщо не може врятувати життя дитини, в суперечку лікарів біля ліжка хворої втрутилася медична сестра доглядала за нею. Дівчина впевнено заявила, що організм дитини отруєний талієм.

На чому ж був заснований такий сміливий діагноз? Медсестра пояснила, що зовсім нещодавно вона прочитала детектив Агати Крісті "Соловей кінь ", де описується отруєння талієм: симптоми хвороби маленької пацієнтки лікарні дивно збігалися з тим, що відбувається на сторінках книги. Лікарі вирішили перевірити цю версію, однак у клініці не виявилося потрібних приладів і реактивів. На допомогу медикам прийшов ... Скотланд-Ярд, який за щасливим збігом незадовго до цього розслідував вбивство із застосуванням талія. У лабораторії криміналістики знайшлися необхідні хімікалії і апаратура. Діагноз підтвердився: з'ясувалося, що батьки дівчинки застосовували будинку для боротьби з пацюками та тарганами хімічні засоби, що містять солі талію. Лікарі призначили відповідне лікування, і незабаром дитина була поза небезпекою.

Як бачите, включення талію в "раціон" призводить до небажаних наслідків. Використання ж цього металу і його з'єднань за призначенням приносить чималу користь.

У природі багато мінерали так добре уживаються один з одним, що їх, як то кажуть, водою не розіллєш. Водою дійсно їх розділити важкувато, а от органічні сполуки талію дозволяють це зробити без особливих турбот. Розчин Форміат і малоната талію (рідина Клерічі) характеризується великою щільністю - понад 4 г/см3. Якщо цієї важкої рідиною обробити суміш мінералів, одні з них - легкі - спливуть на поверхню, інші - осядуть на дно. У такий спосіб не тільки розділяють мінерали, а й визначають їх щільність.

Здавалося б, зовсім недавно ввійшли в наше життя напівпровідники, а сьогодні вже неможливо уявити собі сучасну техніку без цих чудових матеріалів, які справді здатні творити дива. Мініатюрні прилади - прості, надійні, зручні в обслуговуванні - вирішують самі різноманітні складні завдання. Відомо багато речовин з напівпровідниковими властивостями. Особливе місце серед них займають так звані склоподібних напівпровідники, до складу яких, разом з миш'яком, сурмою, сіркою, селеном і телуром (в різних поєднаннях), неодмінно входить талій.

Коли у вечірніх сутінках великих міст спалахують вогні світлових реклам, разом з іншими елементами включається в роботу і "вісімдесят перший": скляні трубки, заповнені аргоном і парами талію, випромінюють приємний зелене світло. Талліевие газорозрядні лампи застосовують для градуювання спектральних приладів, контролю фотоплівок і негативів, оцінки рентгенівських знімків. Пари талію надають зелене забарвлення і деякими видами сигнальних ракет.

У промисловості, сільському господарстві, побутовій техніці трудиться в наші дні величезне число металевих сплавів - більше 10 тисяч. Мабуть, неможливо назвати такий метал, який не брав би участь у створенні тих чи інших сплавів.

Не залишився осторонь цієї важливої справи і талій. Легко сплавляючись з багатьма металами, він входить до складу різних композицій, володіють цінними властивостями. Так, у союзі зі свинцем, оловом і сурмою талій утворює відмінний фасадна матеріал, який запатентований для облицювання підземних трубопроводів. Створена велика група підшипникових сплавів, що містять цей елемент. У залежності від призначення підшипників талій вибирає собі відповідних компаньйонів: частіше за все в цій ролі виступають свинець, мідь, олово, а іноді навіть такі шляхетні "персони", як золото і срібло. При цьому талій вносить дуже цінний внесок в комплекс властивостей, необхідних підшипниковий матеріалами: завдяки порівняно низькій температурі плавлення він в процесі роботи механізмів утворює як би природне змащення, у багато разів підвищує зносостійкість підшипників, а значить, і термін їх служби.

Існує кілька десятків легкоплавких сплавів, що містять талій. Але самим унікальним серед них, безумовно, треба визнати сплав талію з ртуттю: він стає твердим лише при -60 ° С. В умовах Арктики або Антарктиди, на полюсі холоду або в стратосфері спеціальні низькотемпературні термометри, заповнені цим рідким сплавом (точніше, амальгамою), можуть надійно служити при лютих морозів, перед якими змушені пасувати звичайні ртутні термометри. Знайшлася робота в промисловості і для радіоактивного ізотопу елемента № 81.

Талій-204 використовується як джерело бета-випромінювання в багатьох приладах для контролю та дослідження виробничих процесів. За допомогою таких приладів автоматично вимірюється, наприклад, товщина що рухається тканини або паперу: як тільки бета-промені, що проходять через шар матеріалу, починають слабшати чи підсилюватися (а це означає, що товщина матеріалу відповідно збільшилася або зменшилася), автоматичне пристрій дає потрібну команду і відновлює "статус-кво", тобто оптимальний технологічний режим. Інші прилади з радіоактивним талієм як рукою знімають шкідливий статичний заряд, що виникає у виробничих приміщеннях текстильної, паперової та кінопленочной промисловості.

До останнього часу науці були відомі два стабільних і 18 радіоактивних ізотопів талію, причому самим легким з них вважався ізотоп з масовим числом 191. У 1972 році в лабораторії ядерних проблем Об'єднаного інституту ядерних досліджень в Дубні був отриманий ще легший ізотоп цього елементу - талій-189.

Талій входить до складу багатьох представників флори і фауни нашої планети. З тварин найбільше талію містять медузи, актинії, морські зірки та інші мешканці підводного царства. А от на суші цей елемент частіше зустрічається в рослинах, причому деякі з них акумулюють його в процесі своєї життєдіяльності. Так, талій був знайдений в буряку, виростає на грунті, в якій за допомогою самих чутливих методів не вдалося його виявити.

Подальші дослідження показали, що буряк "вміє" збирати і накопичувати талій навіть при мінімальній концентрації його в грунті.

... Понад сто років тому вже згадуваний Ж.Б.А. Дюма висловив думку, що "талію судилося зробити епоху в історії хімії". Імовірно, вчений переоцінив можливості елемента, вивченню якого він присвятив багато років. Але безперечно й інше: найкращі свої ролі талій ще не зіграв.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.alhimik.ru/