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
Massenanteil an der Erdhülle	3 · 10−5 %
Atomar
Atommasse	204,3833 u
Atomradius (berechnet)	190 (156) pm
Kovalenter Radius	148 pm
Van-der-Waals-Radius	196 pm
Elektronenkonfiguration	[Xe] 4f145d106s26p1
Elektronen pro Energieniveau	2, 8, 18, 32, 18, 3
1. Ionisierungsenergie	589,4 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie	1971 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie	2878 kJ/mol
Physikalisch
Aggregatzustand	fest
Modifikationen
Kristallstruktur	hexagonal
Dichte	11,85 g/cm3
Mohshärte	1,2
Magnetismus
Schmelzpunkt	577 K (304 °C)
Siedepunkt	1746 K (1473 °C)
Molares Volumen	17,22 · 10−6 m3/mol
Verdampfungswärme	164,1 kJ/mol
Schmelzwärme	4,142 kJ/mol
Dampfdruck	5,33 · 10−6 Pa bei 577 K
Schallgeschwindigkeit	818 m/s bei 293,15 K
Spezifische Wärmekapazität	129 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit	6,17 · 106 S/m
Wärmeleitfähigkeit	46,1 W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände	1, 3
Oxide (Basizität)	(leicht basisch)
Normalpotential	−0,336 V (Tl+ + e− → Tl)
Elektronegativität	1,62 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM 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 {syn.} 4,199 min β− 1,533 206Pb 207Tl {syn.} 4,77 min β− 1,423 207Pb
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung aus RL 67/548/EWG, Anh. I
T+ Sehr giftig
R- und S-Sätze	R: 26/28-33-35
	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; im Periodensystem der Elemente hat es das Symbol Tl und die Ordnungszahl 81. Das weiche, graue, dem Blei sehr ähnliche Metall ist äußerst giftig.

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Geschichte

Thallium (altgriech. θαλλος, thallos „grüner Trieb“ oder „grüner Spross“, wegen seiner grünen Flammenfärbung) wurde 1861 in England von Sir William Crookes spektroskopisch im Bleikammerschlamm einer Schwefelsäurefabrik anhand der charakteristischen grünen Spektrallinie (bei 535 nm) entdeckt. Zur gleichen Zeit gelang dem Franzosen Auguste Lamy die Darstellung des Metalls auf elektrolytischem Wege.

Vorkommen

Thallium ist keineswegs ein seltenes Element. Es gibt aber nur sehr wenige Mineralien mit einem hohen 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 anfallende Menge aus der Verhüttung von Kupfer, Blei, Zink und anderen sulfidischen Erzen ausreichend. 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.

Thallium ²⁰⁵Tl ist das Endnuklid der Neptunium-Reihe. Weil das vor ihm stehende letzte radioaktive Isotop Bismuth ^{209Bi jedoch eine extrem lange Halbwertszeit von ca. 19 Trillionen Jahren hat, nimmt die Thalliummenge auf der Erde nur sehr langsam zu.}

Gewinnung und Darstellung

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

Eigenschaften

Frische Schnittflächen dieses 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.

Mit Halogenen reagiert es schon bei Zimmertemperatur. Im Gegensatz zu den leichteren Gruppenmitgliedern kommt Thallium überwiegend in der Oxidationsstufe +1 vor, aber auch +2 und +3 sind möglich. Daher kann Thallium als Begleiter in vielen verschiedenen Mineralien vorkommen.

In vielen Eigenschaften ähnelt Thallium in der Oxidationsstufe +1 stark dem wesentlich leichteren Kalium, was nicht zuletzt auf sehr ähnliche Ionenradien zurückzuführen ist. Andererseits existieren auch Parallelen zur entsprechenden Oxidationsstufe des Silbers.

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

Verwendung

• niedrigschmelzende Gläser (zwischen 125–150 °C)
• infrarotdurchlässige Gläser
• Gläser mit hoher Brechzahl für Optik von Fotokopierern und Faxgeräten
• hoch IR-brechende Medien für die ATR-Spektroskopie (aus Thalliumbromoiodid, sog. KRS-5)
• Thalliumsulfat 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_0.2Ba₂Ca₂Cu₂O_8.33

Physiologie

Thallium wird gut vom Körper aufgenommen, vor allem über den Magen-Darmtrakt oder auch über 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 Ionen-Radius des Tl⁺ wird es vom Körper wie Kalium-Ion K⁺ angesehen und kann auf dessen Transportmechanismen zurückgreifen. 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 Eisenhexacyanoferrat(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 wird noch keine biologische Funktion bestätigt.

Sicherheitshinweise

Toxizität

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

Die tödliche Dosis für Erwachsene beträgt ca. 800 mg. Die akute Vergiftung verläuft in vier Phasen, wovon die 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 der Vergiftung 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 dann nach wenigen Monaten wieder neu. Geringere Mengen führen zu einer chronischen Vergiftung, die längere Zeit unerkannt bleiben kann, dies weist dann allerdings meist auf eine beabsichtigte Vergiftung hin, da eine natürliche Aufnahme toxischer Mengen kaum gegeben ist.

Gegengift

Bei akuter Thalliumvergiftung wird Eisen(III)-hexacyanoferrat(II) =Berliner Blau (z.B. Thallii-Heyl®) eingesetzt, da es Thallium durch Kationenaustausch im Darm binden und damit ausscheiden kann