- Thallium
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Eigenschaften 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 (χm = −3,7 · 10−5)[4] Schmelzpunkt 577 K (304 °C) Siedepunkt 1746 K (1473 °C) Molares Volumen 17,22 · 10−6 m3/mol Verdampfungswärme 165 kJ/mol 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 ZM ZE (MeV) ZP 199Tl 7,42 h ε 1,440 199Hg 200Tl 26,1 h ε 2,456 200Hg 201Tl 72,912 h ε 0,493 201Hg 202Tl 12,23 d ε 1,364 202Hg 203Tl 29,524 %
Stabil 204Tl 3,78 a β− 0,764 204Pb ε 0,347 204Hg 205Tl 70,476 %
Stabil 206Tl 4,199 min β− 1,533 206Pb 207Tl 4,77 min β− 1,423 207Pb 208Tl 3,053 min β− 5,001 208Pb ··· ··· ··· ··· ··· ··· 210Tl 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) [5] 
Achtung
H- und P-Sätze H: 330-300-373-413 EUH: keine EUH-Sätze P: 260-264-284-310 [6] Gefahrstoffkennzeichnung aus RL 67/548/EWG, Anh. I [5] 
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.
Inhaltsverzeichnis
Geschichte
Thallium (von altgriechisch θαλλός thallós ‚grüner Zweig‘;[7] 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
Thallium ist kein seltenes Element. Es gibt aber nur sehr wenige Mineralien mit hohem Thalliumgehalt wie den Crookesit (Schweden und Russland), den Lorandit (USA) und den Hutchinsonit. Die überwiegende Menge ist als Begleitelement in kaliumhaltigen Tonen, Böden und Graniten enthalten. Zur Bedarfsdeckung ist die aus der Verhüttung von Kupfer, Blei, Zink und anderen sulfidischen Erzen anfallende Menge ausreichend.
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
1 g Thallium
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 einzig leicht wasserlösliche Schwermetallcarbonat. Andererseits existieren auch Parallelen zur entsprechenden Oxidationsstufe des Silbers (Thalliumhalogenide sind 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.[8]
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 Hg0,8Tl0,2Ba2Ca2Cu2O8
- Zugabe in Bleitelluriden zur Effizienzsteigerung thermoelektrischer Materialien[9]
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 verhindert durch die Rückresorption der Tl+ im Darm. 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-MetallstabDie 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.
Antidot
Bei akuter Thalliumvergiftung wird Eisen(III)-hexacyanoferrat(II)[10] eingesetzt, das als Thallii-Heyl® im Handel ist. Thallium wird durch Kationenaustausch im Darm gebunden und dann ausgeschieden.
Anreicherungen
Bei der Zementherstellung kann sich Thallium in Form seiner flüchtigen Halogenide im Abgasreinigungssystem anreichern.[11]
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 und/oder Videos und AudiodateienEinzelnachweise
- ↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3
- ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Thallium) entnommen.
- ↑ Angegeben ist der von der IUPAC empfohlene Standardwert, da die Isotopenzusammensetzung dieses Elements örtlich schwanken kann, ergibt sich für das mittlere Atomgewicht der in Klammern angegebene Massenbereich. Siehe: Michael E. Wieser, Tyler B. Coplen: Atomic weights of the elements 2009 (IUPAC Technical Report). In: Pure and Applied Chemistry. 2010, S. 1, doi:10.1351/PAC-REP-10-09-14.
- ↑ Weast, Robert C. (ed. in chief): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990. Seiten E-129 bis E-145. ISBN 0-8493-0470-9. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
- ↑ a b Eintrag zu CAS-Nr. 7440-28-0 im European chemical Substances Information System ESIS (ergänzender Eintrag)
- ↑ Datenblatt Thallium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 16. März 2011.
- ↑ Wilhelm Gemoll: Griechisch-Deutsches Schul- und Handwörterbuch. München/Wien 1965.
- ↑ Über die Lumineszenz der Thallium (I)- und Blei(II)halogenide bei tiefen Temperaturen, DOI: 10.1007/BF01338819
- ↑ TR: Strom aus Abgas-Abwärme, 30. Juli 2008
- ↑ [1]; Bernd Engels, Carsten Schmuck, Tanja Schirmeister, Reinhold Fink: Chemie für Mediziner. Verlag Pearson Education, 2008, ISBN 978-3-8273-7286-4, S. 340.
- ↑ W. Weisweiler, E. Mallonn: Thalliumiodid – Bildung, Verflüchtigung, Anreicherung. Iod und Thallium im Zementproduktionsprozeß. Staub
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