Thallium
Thallium ist ein bläulich schimmerndes, weiches, unedles Schwermetall, das chemisch und physikalisch dem Blei ähnlich ist. Thalliumverbindungen sind toxisch. Sie erzeugen eine grüne Flammenfärbung. Als Element der 3. Hauptgruppe bildet es Verbindungen mit den Oxidationsstufen +III (TlCl3) und +I (TlCl), wobei letztere stabiler sind. Thallium kommt in der Natur vergesellschaftet mit Blei und Zink vor und wird bei deren Gewinnung als Nebenprodukt, z. B. durch Elektrolyse von
Tl2SO4-Lösungen, gewonnen. Verwendung finden das Metall und seine Verbindungen in Kältethermometern (Tl-Hg-Legierung) und zur Herstellung von IR-durchlässigen Optiken (TlBr).
Eigenschaften des Elements
| Einordnung in das Periodensystem der Elemente und Eigenschaften | Atombau |
| Ordnungszahl: 81 | 81 Protonen 81 Elektronen |
| 6. Periode | 6 besetzte Elektronenschalen |
| III. Hauptgruppe | 3 Außenelektronen |
| Elektronenkonfiguration im Grundzustand | Xe 6s24f1 45d1 06p1 |
| Elektronegativität | 1,8 |
| Ionisierungsenergie in eV | 6,108 |
| häufigste Oxidationszahlen | III,I |
| Atommasse des Elements in u | 204,37 |
| Atomradius in 10- 1 0m | 1,704 |
| Ionenradius in 10- 1 0m | 1,49 (+1); 1,05 (+3) |
| Aggregatzustand im Normalzustand | fest |
Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur
Dichte in  bei 25 °C | 11,85 |
| Härte nach Mohs und Brinell | 1,3; 102,8 · 107 |
Schallgeschwindigkeit in  | 818 |
| Schmelztemperatur in °C | 303 |
spezifische Schmelzwärme in  | 21,4 |
| Siedetemperatur in °C | 1460 |
| spezifische Verdampfungswärme in | 739,14 |
Standardentropie S0 in  | 64 |
Wärmeleitfähigkeit in  bei 27 °C | 46,1 |
spezifische Wärmekapazität in | 0,129 |
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3  | |
spez. elektrischer Widerstand in  | 0,1810 |
| Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe) | 0,000 029 |
Thallium
Isotope des Elements
Natürliches Thallium besteht aus einem Gemisch aus zwei stabilen Isotopen. Weiterhin sind noch 31 künstliche, radioaktive Isotope bekannt.
| Ordnungszahl Z | Massen- zahl A | Atommasse in u | Häufigkeit in % | Art der Strahlung und Energie in MeV | Halbwertszeit |
| 81 | 203 | 202,972 353 | 29,5% | ||
| 204 | 203,973 865 | künstlich | β  : 0,8 | 3,6 a | |
| 205 | 204,974 442 | 70,5% | |||
| 206 | 205,976 104 | künstlich | β : 1,5 | 4,2 min. |
Weitere Eigenschaften
Thallium bildet zwei allotrope Modifikationen: α-Thallium und β-Thallium, die unter bestimmten Bedingungen ineinander überführbar sind. Es ist ein bläulich-weiß glänzendes, weiches und gut dehnbares Schwermetall. Thallium hat eine niedrige Schmelz- und Siedetemperatur. In seinen Verbindungen bildet Thallium die Oxidationsstufen I und III, wobei die Stufe I die häufigste und stabilste darstellt. Die Normalpotenziale weisen Thallium als unedles Metall aus. An Luft wird Thallium schnell von einer grauen Oxidschicht überzogen. Thallium wird von Wasser in Gegenwart von Luft unter Hydroxidbildung angegriffen, in Ethanol löst es sich unter Bildung eines gelblichen Öls von Thalliumethanolat. In Salpetersäure oder konzentrierter Schwefelsäure löst sich Thallium leicht, von Salzsäure und verdünnter Schwefelsäure wird es dagegen wegen der Schwerlöslichkeit des Thallium(I)-chlorids bzw. des Thalliumsulfats kaum angegriffen. Bei Raumtemperatur verbindet es sich mit den Halogenen; mit Schwefel, Selen und Tellur reagiert es erst beim Erwärmen.
Entdeckung
1861 entdeckte der britische Wissenschaftler Sir WILLIAM CROOKES (1832-1919) Thallium mithilfe der Spektralanalyse im Bleikammerschlamm der Schwefelsäurefabrik im Harz. Unabhängig davon fand der französische Chemiker CLAUDE AUGUSTE LAMY (1820-1878) 1862 das Element im Bleikammerschlamm der Schwefelsäurefabrik von Loos, aus dem er etwa 14 g des Metalls isolierte und einige Eigenschaften bestimmte. Aufgrund der charakteristischen grünen Spektrallinie gab CROOKES dem Element den Namen Thallium (junger grüner Zweig) mit dem chemischen Symbol «Tl».
Vorkommen/Herstellung
Thallium steht an 64. Stelle der Elementhäufigkeit und gehört zu den selteneren Elementen der Erde. In der Natur ist es zwar weit verbreitet, kommt aber nur in sehr geringen Konzentrationen als Begleiter von Zink, Kupfer, Eisen und Blei in sulfidischen Erzen, Zinkblenden und Kalisalzen vor. Es tritt nie elementar auf. Eigenständige Thalliumminerale sind sehr selten und spielen für die technische Herstellung keine Rolle. Wichtige Vorkommen an Thallium-Reserven liegen in den USA, den GUS-Staaten und Schweden. Thallium erhält man im technischen Maßstab aus den bei der Abröstung von sulfidischen Erzen in Schwefelsäurefabriken anfallenden Flugstäuben. Nach Aufschluss mit Schwefelsäure und der Fällung als Chlorid, Iodid oder Sulfid gewinnt man das Metall durch Reduktion mit Zink oder durch Elektrolyse der Salzlösungen. Rohthallium wird dann zu Anoden vergossen und durch erneute Elektrolyse zu 99,99 %igem Thallium raffiniert.
Verwendung
In der Technik werden das Metall und seine Verbindungen wegen der hohen Toxizität kaum verwendet. Als Legierungsbestandteil von Lagermetallen aus Blei und Bleilegierungen verbessert Thallium die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Blei-Zinn-Thallium-Legierungen dienen zur Herstellung von Anoden für die Kupferelektrolyse, Silber-Thallium-Legierungen werden zur Herstellung elektrischer Kontakte verwendet. Thallium setzt die Schmelztemperatur von Quecksilber herab, damit eignen sich Thallium-Amalgane zur Füllung von Kältethermometern. Thallium(I)-sulfid findet Anwendung in Fotozellen und IR-Detektoren. Früher wurde Thallium(I)-sulfid als Schädlingsbekämpfungsmittel eingesetzt.
Wichtige Verbindungen
Anders als die anderen Elemente der dritten Hauptgruppe bildet Thallium vor allem stabile einwertige Verbindungen wie Tl2O, oder die Halogenide TlCl, TlBr und TlI. Nur mit stark elektronegativen Elementen werden dreiwertige Verbindungen gebildet wie Tl2O3 oder TlF3.
Bau
Thallium bildet bei Temperaturen von < 230 °C ein Metallgitter mit hexagonal-dichtester Packung.
