Thallium

Eigenschaften
[Xe] 4f145d106s26p1 81 Tl Periodensystem
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Thallium, Tl, 81
Serie	Metalle
Gruppe, Periode, Block	13, 6, p
Aussehen	silbrig weiß
CAS-Nummer	7440-28-0
Massenanteil an der Erdhülle	0,29 ppm[1]
Atomar [2]
Atommasse	204,38 (204,382 – 204,385)[3] u
Atomradius (berechnet)	190 (156) pm
Kovalenter Radius	145 pm
Van-der-Waals-Radius	196 pm
Elektronenkonfiguration	[Xe] 4f145d106s26p1
1. Ionisierungsenergie	589,4 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	1971 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	2878 kJ/mol
Physikalisch [2]
Aggregatzustand	fest
Kristallstruktur	hexagonal
Dichte	11,85 g/cm3
Mohshärte	1,2
Magnetismus	diamagnetisch ($ \chi _{m} $ = −3,7 · 10−5)[4]
Schmelzpunkt	577 K (304 °C)
Siedepunkt	1733 K[5] (1460 °C)
Molares Volumen	17,22 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme	162 kJ/mol[5]
Schmelzwärme	4,2 kJ/mol
Schallgeschwindigkeit	818 m/s bei 293,15 K
Spezifische Wärmekapazität	129 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit	6,67 · 106 A/(V · m)
Wärmeleitfähigkeit	46 W/(m · K)
Chemisch [2]
Oxidationszustände	1, 3
Normalpotential	−0,3363 V (Tl+ + e− → Tl)
Elektronegativität	1,62 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP 199Tl {syn.} 7,42 h ε 1,440 199Hg 200Tl {syn.} 26,1 h ε 2,456 200Hg 201Tl {syn.} 72,912 h ε 0,493 201Hg 202Tl {syn.} 12,23 d ε 1,364 202Hg 203Tl 29,524 % Stabil 204Tl {syn.} 3,78 a β− 0,764 204Pb ε 0,347 204Hg 205Tl 70,476 % Stabil 206Tl in Spuren 4,199 min β− 1,533 206Pb 207Tl in Spuren 4,77 min β− 1,423 207Pb 208Tl in Spuren 3,053 min β− 5,001 208Pb ··· ··· ··· ··· ··· ··· 210Tl in Spuren 1,30 min β− (≈ 100 %) 5,484 210Pb β−n (0,0070 %) 0,299 209Pb
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [6] Achtung H- und P-Sätze H: 330​‐​300​‐​373​‐​413 P: 260​‐​264​‐​284​‐​310 [7] Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [6] Sehr giftig (T+) R- und S-Sätze R: 26/28-33-53 S: (1/2)-13-28-45-61
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Thallium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Tl und der Ordnungszahl 81. Im Periodensystem steht es in der 3. Hauptgruppe (Gruppe 13) oder Borgruppe. Das weiche, graue, dem Blei sehr ähnliche Metall ist äußerst giftig.

Geschichte

Thallium (von altgriechisch {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Multilingual:149: attempt to index field 'data' (a nil value) thallós ‚grüner Zweig‘;^[8] wegen seiner grünen Spektrallinie bei 535 nm) wurde 1861 in England von Sir William Crookes spektroskopisch im Bleikammerschlamm einer Schwefelsäurefabrik anhand der charakteristischen grünen Spektrallinie entdeckt. Zur gleichen Zeit gelang dem Franzosen Auguste Lamy die Darstellung des Metalls auf elektrolytischem Wege.

Vorkommen, Grenzwerte

Thallium ist kein seltenes Element. Es gibt aber nur sehr wenige Mineralien mit hohem Thalliumgehalt: so den Crookesit (Schweden und Russland), den Lorandit (USA) und den Hutchinsonit. Die überwiegende Menge ist als Begleitelement in kaliumhaltigen Tonen, Böden und Graniten enthalten; der natürliche Gehalt liegt dabei zwischen 0,4 und 6,5 Milligramm pro Kilogramm^[9]. Zur Bedarfsdeckung ist die aus der Verhüttung von Kupfer, Blei, Zink und anderen sulfidischen Erzen anfallende Menge ausreichend.

Für Trinkwasser geht das Bundesamt für Risikoforschung von einem Toleranzwert von bis zu fünf Mikrogramm pro Liter aus.^[9]

Das Isotop ²⁰⁵Tl ist das Endnuklid des radioaktiven Zerfalls der Neptunium-Reihe. Weil das vor ihm stehende letzte radioaktive Isotop ²⁰⁹Bi eine extrem lange Halbwertszeit von circa 19 Trillionen Jahren hat, nimmt die Thalliummenge auf der Erde nur sehr langsam zu.

Gewinnung und Darstellung

Thallium, wegen seiner Luftempfindlichkeit unter Argon aufbewahrt

Metallisches Thallium wird meist durch Ausfällen mit Zink gewonnen. Die Weltproduktion ist mit 5 t Thallium pro Jahr gering.

Eigenschaften

Frische Schnittflächen des weichen und hämmerbaren Metalls sind hochglänzend, nach kurzer Zeit überziehen sie sich mit einem blaugrauen Oxidfilm. In feuchter Luft und Wasser bildet sich Thallium(I)-hydroxid, das eine sehr starke Base ist. In Alkalilaugen ist es unlöslich.

Im Gegensatz zu den leichteren Gruppenmitgliedern kommt Thallium überwiegend in der Oxidationsstufe +I vor, auch +II und +III sind möglich. Daher kann Thallium als Begleiter in vielen verschiedenen Mineralien vorkommen.

In vielen Eigenschaften ähnelt Thallium in der Oxidationsstufe +I stark dem wesentlich leichteren Kalium, was nicht zuletzt auf sehr ähnliche Ionenradien zurückzuführen ist. So ist Thalliumcarbonat das einzige leicht wasserlösliche Schwermetallcarbonat. Andererseits existieren auch Parallelen zur entsprechenden Oxidationsstufe des Silbers (Thalliumhalogenide sind schwerlöslich und lichtempfindlich).

Thalliumverbindungen zeigen eine intensiv grüne Flammenfärbung, im Spektroskop ist eine scharfe Emissionslinie bei 535 nm charakteristisch (wichtig in der Forensik).

Mit Halogenen reagiert Thallium schon bei Zimmertemperatur. Die sich bildenden Thalliumhalogenide (mit Ausnahme der Fluoride) werden durch Aufnahme geringer Spuren von Wasser bei –180 °C fluoreszenzfähig.^[10]

Verwendung

• niedrigschmelzende Gläser (zwischen 125 bis 150 °C)
• infrarotdurchlässige Gläser
• Gläser mit hohem Brechungsindex für Optik von Fotokopierern und Faxgeräten
• hoch IR-brechende Medien für die ATR-Spektroskopie (aus Thalliumbromoiodid, sog. KRS-5)
• Thallium(I)-sulfat als Rattengift (Zeliokörner) (inzwischen wegen der Giftigkeit in vielen Ländern verboten)
• Blei-Thallium-Legierungen für Stromrollen zum kontinuierlichen elektrolytischen Verzinken von Stahlblech
• Thalliumsulfid zur Herstellung von Fotozellen
• Detektoren für Gammastrahlung
• bei der Myokardszintigrafie
• Thalliumnitrat als grüner Leuchtstoff in Seenotraketen (problematisch wegen Giftigkeit)
• als Quecksilberlegierung (Amalgam) in Thermometern für niedrige Temperaturen (bis −58 °C)
• als Hochtemperatursupraleiter in Hg_0,8Tl_0,2Ba₂Ca₂Cu₂O₈
• Zugabe in Bleitelluriden zur Effizienzsteigerung thermoelektrischer Materialien^[11]

Physiologie

Thallium wird gut vom Körper aufgenommen, vor allem über den Magen-Darm-Trakt oder die Lunge. Dreiwertiges Thallium (Tl³⁺) wird im Körper rasch zu einwertigem Thallium (Tl⁺) reduziert und elementares zu (Tl⁺) oxidiert, das sich sehr schnell verteilt und über die Na⁺/K⁺-Pumpe aus dem Blutkreislauf ins Zellgewebe und Organe transportiert wird. Aufgrund des Ionenradius des Tl⁺ wird es vom Körper wie Kalium-Ionen K⁺ angesehen und transportiert. Hohe Konzentrationen von Tl⁺ finden sich in Niere und Leber sowie im Dickdarmgewebe und in bestimmten Knochen. Nach einer überstandenen Vergiftung ist Tl⁺ noch lange in Nägeln und Haaren zu finden. Weiterhin tückisch verhält sich Tl⁺ bei der Ausscheidung aus dem Körper: Ähnlich wie die Amatoxine bei einer Knollenblätterpilzvergiftung unterliegt auch Tl⁺ dem sogenannten enterohepatischen Kreislauf. Die versuchte Entgiftung über Leber und schließlich mit dem Gallensekret wird durch die Rückresorption der Tl⁺ im Darm verhindert. Zwar ist dieser Ausscheidungsweg mengenmäßig kleiner als der über die Niere, diese sind aber ganz besonders von der Schädigung durch Tl⁺ betroffen. Deswegen setzt bei der Ausscheidung über die Galle und den Darm (biliäres System) die medizinisch induzierte Entgiftung mit Eisen(III)hexacyanoferrat(II) (landläufig als Berliner Blau bekannt) an. Die über die Gallensekrete ausgeschiedenen Tl⁺ werden von „Berliner Blau“ chemisch gebunden und schließlich über den Kot ausgeschieden.

Für Thallium wurde noch keine biologische Funktion bestätigt.

Sicherheitshinweise

Toxizität

Thallium und thalliumhaltige Verbindungen sind hochgiftig und müssen mit größter Vorsicht gehandhabt werden.

Korrodierter Thallium-Metallstab

Die tödliche Dosis für Erwachsene beträgt zirka 800 mg. Die akute Vergiftung verläuft in vier Phasen, deren erste relativ allgemeinsymptomatisch mit sich abwechselnden Durchfällen und Verstopfungen verläuft. In dieser Phase sind bereits Veränderungen der Haarwurzeln zu erkennen, die dann meist mit dem 13. Tag in den für eine Thalliumvergiftung typischen Haarausfall an bestimmten Körperstellen in unterschiedlicher Ausprägung übergeht. In der zweiten Phase stellen sich neurologische und psychische Veränderungen ein, die sich als übermäßige Schmerzwahrnehmung an peripheren Körperteilen bemerkbar machen. Die Vergiftung kulminiert dann in der dritten Phase nach dem 10. Tag der Inkorporation. Es stellen sich schwere Sehstörungen ein, die durch die Lähmung der entsprechenden Hirnnerven bewirkt werden. Die erhöhte Herzaktivität (Tachykardie) erklärt sich durch Einwirkung des Thalliums auf die Erregungsbildung des Sinusknotens und auf die Erregungsweiterleitung, die durch die daraus resultierenden Herzrhythmusstörungen in die letal verlaufende Tl-Vergiftung mündet. Mit der dritten Woche der Vergiftung sinkt die Wahrscheinlichkeit eines letalen Ausganges und die Spätphase stellt sich ein. Hier zeigen sich meist irreversible Schäden an Nervenfortleitungen der unteren Körperteile, gestörte Reflexe und Muskelschwund. Es kann eine dauerhaft herabgesetzte geistige Leistungsfähigkeit zurückbleiben. Die Körperbehaarung entwickelt sich nach wenigen Monaten wieder neu. Geringere Mengen führen zu einer chronischen Vergiftung, die längere Zeit unerkannt bleiben kann (eventuell sind Mees-Nagelbänder zu beobachten), dies weist dann allerdings meist auf eine beabsichtigte Vergiftung hin, da eine natürliche Aufnahme toxischer Mengen kaum gegeben ist.

Anreicherungen

Bei der Zementherstellung kann sich Thallium in Form seiner flüchtigen Halogenide im Abgasreinigungssystem anreichern.^[12]

Tierische und pflanzliche Nahrungsmittel enthalten in der Regel nicht mehr als 0,1 mg Tl/kg. Dennoch können zum Beispiel Pilze und einige Kohlsorten Thallium bis zu 1 mg/kg akkumulieren.

Weblinks

Wiktionary: Thallium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Commons: Thallium – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

• EnvironmentalChemistry.com – Thallium
• Bild einer oxidfreien Thalliumprobe

Einzelnachweise

Periodensystem der Elemente

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

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Cu

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Ga

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As

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Tc

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Fr

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Es

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Sg

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Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Uut

Fl

Uup

Lv

Uus

Uuo

Alkalimetalle

Erdalkalimetalle

Lanthanoide

Actinoide

Übergangsmetalle

Metalle

Halbmetalle

Nichtmetalle

Halogene

Edelgase

unbekannt