鉈檢視原始碼討論檢視歷史
| 鉈 | |
|---|---|
鉈，種銀白色重質金屬。質軟。無彈性。易熔融。在空氣中氧化時表面覆有氧化物的黑色薄膜，174℃開始揮發，保存在水中或石蠟中較空氣中穩定。溶於硝酸和硫酸，較難與鹽酸反應，不溶於水。相對密度11.85。熔點303.5℃。沸點1457℃。
符號Tl。白色，質柔軟，其化合物有高毒。[1] 鉈是一種質軟的灰色貧金屬，在自然界中並不以單質存在。鉈金屬外表和錫相似，但會在空氣中失去光澤。兩位化學家威廉·克魯克斯和克洛德-奧古斯特·拉米在1861年獨立發現了這一元素。他們都是在硫酸反應殘留物中發現了鉈，並運用了當時新發明的火焰光譜法對其進行了鑑定，觀測到鉈會產生明顯的綠色譜線。其名稱"Thallium"由克魯克斯提出，來自希臘文中的"θαλλός"(thallos)，即"綠芽"之意。翌年，拉米用電解法成功分離出鉈金屬。[2]
它的主要用途是製造硫酸鉈── 一種烈性的滅鼠藥。鉈是無味無臭的金屬。鉈鹽和澱粉、糖、甘油與水混合即能製造一種滅鼠劑。在撲滅鼠疫中頗有用。(也用於檢測紅外線輻射和心肌研究。)
鉈是劇毒金屬，該品根據《危險化學品安全管理條例》受公安部門管制。 鉈的儲存:密封於水或油中保存。
鉈的用途
製備鉈鹽、合金。氫還原硝基苯的催化活化劑。鉈與釩的合金在生產硫酸時作催化劑。耐硫化氫腐蝕的塗料。半導體研究。光學玻璃的附加料，可增加折光率。含8.5%鉈的液體汞齊的凝固點為-60℃，在低溫操作的儀器中為汞的代用品。氣態鉈可作為內燃機的抗震劑。
化學符號來源於其光譜譜線的嫩綠色，是根據希臘文"thallos"，意為"綠色的嫩枝"。
1861年英國化學、物理學家威廉姆·克魯克斯(William Crookes)爵士在研究硫酸廠廢渣的光譜中發現這一元素，並命名;次年克魯克斯和拉米幾乎同時分別用電解法製得鉈。鉈在地殼中的含量約為十萬分之三，以低濃度分布在長石、雲母和鐵、銅的硫化物礦中，獨立的鉈礦很少。
化學性質
原子序數:81
原子量:204.3833元素符號:Tl
元素中文名稱:鉈(讀音tā)
元素英文名稱:Thallium
原子體積: (立方厘米/摩爾) 17.2
元素在太陽中的含量: (ppm) 0.001
元素在海水中的含量: (ppm) 0.000014
氧化態:Tl2O,Tl2O3
相對原子質量:204.4
核內質子數:81
核外電子數:81
核電荷數:81
質子質量:1.35513E-25
質子相對質量:81.567
所屬周期:6
所屬族數:ⅢA
摩爾質量(g/mol):204
外圍電子排布:6s2 6p1
核外電子排布:2,8,18,32,18,3
電子層:K-L-M-N-O-P
晶體結構:六方晶胞
電子捕獲:0.764
原子半徑:2.08
常見化合價:+1,+3
電離能(kJ /mol)
M - M+ 589.3
M+ - M2+ 1971
M2+ - M3+ 2878
M3+ - M4+ 4900
M4+ - M5+ 6100
M5+ - M6+ 8300
M6+ - M7+ 9500
M7+ - M8+ 11300
M8+ - M9+ 14000
M9+ - M10+ 16000
晶胞參數:
a = 345.66 pm
b = 345.66 pm
c = 552.48 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 120°
物理性質
物質狀態:固態
相對密度:水=11.9
溶解度:不溶於水，微溶於鹼，溶硫酸、硝酸
熔點:577 K(304 °C)
沸點:1746 K(1473 °C)
汽化熱:164.1 kJ/mol
熔化熱:4.142 kJ/mol
蒸氣壓:5.33×10-6 帕(577K)
傳導聲速:818 m/s(293.15K)
電負性:1.62(鮑林標度)
比熱容:129 J/(kg·K)
電導率:6.17×106/(米歐姆)
熱導率:46.1 W/(m·K)
莫氏硬度:1.2
電負性 1.62(鮑林標度)
比熱容量 129 J/(kg·K)
電導率 6.17×106/(米歐姆)
熱導率 46.1 W/(m·K)
第一電離能 589.4 kJ/mol
第二電離能 1971 kJ/mol
第三電離能 2878 kJ/mol
最穩定的同位素
同位素 豐度 半衰期 衰變模式 衰變能量
MeV 衰變產物
203Tl 29.524 % 穩定
204Tl 人造 3.78年 β衰變
電子捕獲 0.764
0.347 204Pb
204Hg
205Tl 70.476 % 穩定
鉈的同位素與存在比/%:
201Tl 0,EC,γ,3d
203Tl 29.52
204Tl 0,β,EC,γ,3.78y
205Tl 70.48
208Tl 微量，β，γ，3.052m
發現簡史
1861年，威廉·克魯克斯和克洛德-奧古斯特·拉米(Claude-Auguste Lamy)利用火焰光譜法，分別獨自發現了鉈元素。由於在火焰中發出綠光，所以克魯克斯提議把它命名為"Thallium"，源自希臘文中的"θαλλός"(thallos)，即"綠芽"之意。
在羅伯特·威廉·本生和古斯塔夫·基爾霍夫發表有關改進火焰光譜法的論文，以及在1859至1860年發現銫和銣元素之後，科學家開始廣泛使用火焰光譜法來鑑定礦物和化學物的成份。克魯克斯用這種新方法判斷硒化合物中是否含有碲，樣本由奧古斯特·霍夫曼數年前交給克魯克斯，是德國哈茨山上的一座硫酸工廠進行鉛室法過程後的產物。到了1862年，克魯克斯能夠分離出小部份的新元素，並且對它的一些化合物進行化學分析。拉米所用的光譜儀與克魯克斯的相似。以黃鐵礦作為原料的硫酸生產過程會產生含硒物質，拉米對這一物質進行了光譜分析，同樣觀察到了綠色譜線，因此推斷當中含有新元素。他友人弗雷德·庫爾曼(Fréd Kuhlmann)的硫酸工廠能夠提供大量的副產品，這為拉米的研究帶來了化學樣本上的幫助。他判斷了多種鉈化合物的性質，並通過電解法從鉈鹽產生了鉈金屬，再經熔鑄後製成了一小塊鉈金屬。
拉米在1862年倫敦國際博覽會上"為發現新的、充裕的鉈來源"而獲得一枚獎章。克魯克斯在抗議之後，也"為發現新元素鉈"而獲得獎章。兩人之間有關發現新元素的榮譽之爭議持續到1862至1863年。爭議在1863年6月克魯克斯獲選為英國皇家學會院士之後逐漸消退。
應用
已淘汰應用
起初, 鉈化物是被當作脫髮劑來使用;也曾被作為滅鼠藥;後來又用作特效殺蟲劑來消滅白蟻。這期間也曾使許多患者中毒。隨着以後對鉈毒副作用的更深入研究和了解。自1945 年後，世界各國為了避免鉈化物對環境造成污染，紛紛取消了鉈在這些方面的使用。
高溫超導
鉈系高溫超導體是繼釔系、鉍系之後於1988 年發現的第三種高溫超導體。己合成出Tl-1212、Tl-1223 (Tl-Ba2Ca2Cu3O8，TC =110K)、Tl-2212(Tl2Ba2CaCu2O8+x,TC =85K)和Tl-2223(Tl2Ba2Ca2Cu3O10 , TC =125K)四種超導相的粉末。來對鉈系高溫超導材料的研究表明，用它們有希望獲得高TC的薄膜、多晶、厚膜和帶材。鉈化合物己經成為現代電子工業中的重要材料。
軍事工業
鉈的硫化物對肉眼看不到的紅外線特別敏感， 用其製作的光敏光電管，可在黑夜或濃霧大氣接受信號和進行偵察工作,還可用於製造紅外線光敏電池;鹵化鉈的晶體可製造各種高精密度的光學稜鏡、透鏡和特殊光學儀器零件。在第二次世界大戰期間， 氯化鉈的混合晶體就曾被用來傳送紫外線，在深夜進行偵察敵情或自我內部聯絡。應用溴化鉈與碘化鉈製成的光纖對CO2激光的透過濾比石英光纖要好許多， 非常適合於遠距離、無中斷、多路通訊。
合金工業
在工業中鉈合金用途非常重要，用鉈製成的合金具有提高合金強度、改善合金硬度、增強合金抗腐蝕性能等多種特性。鉈鉛合金多用於生產特種保險絲和高溫錫焊的焊料;鉈鉛錫3 種金屬的合金能夠抵抗酸類腐蝕，非常適用於酸性環境中機械設備的關鍵零件;鉈汞合金熔點低達-60℃，用於填充低溫溫度計，可以在極地等高寒地區和高空低溫層中使用;鉈錫合金可作超導材料;鉈鎘合金是原子能工業中的重要材料。
光學應用
碘化鉈填充的高壓汞鉈燈為綠色光源，在信號燈生產和化學工業光反應的特殊發光光源方面廣泛應用;在玻璃生產過程中，添加少量的硫酸鉈或碳酸鉈，其折射率會大幅度提高，完全可以與寶石相媲美。
醫學診斷
在醫學方面， 鉈的使用也得到了重視。例如鉈201作為放射核元素, 在核醫學和一些疾病的診斷上得到了廣泛應用。
化學性質
鉈的地球化學性質受其電子構型和地質地球化學作用制約。鉈原子處於基態時的電子構型為6S6P 。鉈有兩個地球化學價態, 正一價和正三價, 自然界多數呈正一價。鉈的電子構型和地球化學性質, 使其具有低溫成礦、親硫;高溫分散、親石的雙重地球化學性質。在低溫高硫還原環境，鉈表現出強烈的親硫性, 不僅與汞、銻、砷、銅、鉛、鋅、鐵、金、銀等一道參與有色金屬和貴金屬礦床的成礦作用，而且形成鉈的硫化物礦物、鉈礦體和鉈礦床;在高溫低硫環境中，鉈表現出明顯的親石性。由於鉈的地球化學和結晶化學性質與鉀、銣、銫很相近，因此使鉈以類質同象形式進入長石、雲母、閃石、白雲石、迪開石、高嶺石等礦物中, 導致鉈分散。
危害
【健康危害】:為強烈的神經毒物，對肝、腎有損害作用。吸入、口服可引起急性中毒;可經皮膚吸收。
【急性中毒】:口服出現噁心、嘔吐、腹部絞痛、厭食等。3~5天後出現多發性顱神經和周圍神經損害。出現感覺障礙及上行性肌麻痹。中樞神經損害嚴重者，可發生中毒性腦病。脫髮為其特異表現。皮膚出現皮疹，指(趾)甲有白色橫紋，可有肝、腎損害。
【慢性中毒】:主要症狀有神經衰弱綜合徵、脫髮、胃納差。可有周圍神經病、球後視神經炎、視神經萎縮、眼睛失明。可發生肝損害。
燃爆危險:該品易燃，高毒。
中毒表現:
中毒原因:鉈的毒性高於鉛和汞。鉈化合物廣泛應用於工業生產中。另外在生產鞭炮(花炮)的原料中往往也含有高量的鉈，其副產品氯化鈉(非食用鹽)中同樣被污染，當人體食用了這種非食用鹽(常有不法分子將此種鹽販賣)後，而引起中毒。
中毒表現:下肢麻木或疼痛、腰痛、脫髮、失明、頭痛、精神不安、肌肉痛、手足顫動、走路不穩等。
預防措施:生產鞭炮的副產品氯化鈉(非食用鹽)往往帶有紅色，注意不買，不食帶有紅色的鹽。
治療措施:
由於口服鉈鹽發生的急性中毒，應在催吐後，立即用1%碘化鉀或碘化鈉100~200ml洗胃，使成不溶性的碘鹽減少自胃腸吸收，隨即選用3%硫代硫酸鈉溶液或清水洗胃，用鹽類瀉劑導瀉;並可口服活性炭0.5g/kg，以減少毒物吸收，以後內服牛奶、生蛋清等靜脈輸液，可促進排泄並維持體液平衡。解毒劑如依地酸二鈉鈣、二巰基丙磺酸鈉或二巰基丁二酸鈉的應用方法同汞中毒，但效果不明顯。雙硫腙可與鉈形成無毒的絡合物，由尿排出，劑量為每日10~20mg/kg，分2次口服，5天為一療程，並應每天補給10%葡萄糖溶液。100m1雙硫腙在實驗動物中有致糖尿病甲狀腺病變和眼的損害，故臨床須慎用。普魯士藍具有離子交換劑的作用，鉈可置換普魯士藍上的鉀，隨糞便排出治療量為每日250mg/kg，分4次服用，每次溶於15%甘露醇50ml中，口服同時給鹽類瀉劑(例如MgSO4)和鉀鹽重症亦可靜脈注射碘化鈉或硫代硫酸鈉等溶液，同時進行補液，及對症治療嚴重中毒可用透析療法或換血療法。皮膚沾染時，可用肥皂水或清水沖洗。
慢性鉈中毒用含硫氨基酸，如胱氨酸、半胱氨酸、甲硫氨酸等可有一定療效。
元素周期表
主族元素 硼(5) 硅(14) 鍺(32) 砷(33) 銻(51) 碲(52) 釙(84) 鋰(3) 鈉(11) 鉀(19) 銣(37) 銫(55) 鈁(87) 鈹(4) 鎂(12) 鈣(20) 鍶(38) 鋇(56) 鐳(88) 鋁(13) 銦(49) 鎵(31) 錫(50) 鉈(81) 鉛(82) 鉍(83) Uut(113) Uuq(114) uup(115) Uuh(116) Uus(117) 氦(2) 氖(10) 氬(18) 氪(36) 氙(54) 氡(86) Uuo(118) 氟(9) 氯(17) 溴(35) 碘(53) 砹(85) 氫(1) 碳(6) 氮(7) 氧(8) 磷(15) 硫(16) 硒(34) 副族元素 鑭(57) 鈰(58) 鐠(59) 釹(60) 鉕(61) 釤(62) 銪(63) 釓(64) 鋱(65) 鏑(66) 鈥(67) 鉺(68) 銩(69) 鐿(70) 鑥(71) 錒(89) 釷(90) 鏷(91) 鈾(92) 鎿(93) 鈈(94) 鎇(95) 鋦(96) 錇(97) 鐦(98) 鎄(99) 鐨(100) 鍆(101) 鍩(102) 鐒(103) 鈧(21) 鈦(22) 釩(23) 鉻(24) 錳(25) 鐵(26) 鈷(27) 鎳(28) 銅(29) 鋅(30) 釔(39) 鋯(40) 鈮(41) 鉬(42) 鍀(43) 釕(44) 銠(45) 鈀(46) 銀(47) 鎘(48) 鉿(72) 鉭(73) 鎢(74) 錸(75) 鋨(76) 銥(77) 鉑(78) 金(79) 釒盧(104) 釒杜(105) 釒喜(106) 釒波(107) 釒黑(108) 釒麥(109) 鐽(110) 錀(111) 鎶(112) 汞(80)