Thallium

Thallium ist ein chemisches Element der 13. Gruppe des Periodensystems bzw. der 3. Hauptgruppe (Bor-Gruppe), das 1861 an Hand spektroskopischer Untersuchungen Sir William Crookes entdeckt und zeitgleich von Auguste Lamy elektrolytisch in reiner Form gewonnen wurde.

Übersicht: Allgemeine Daten zum Thallium

Bezeichnung:Thallium Symbol:Tl Ordnungszahl:81 Atommasse:204,38 u Atommassen-Intervall:204,382 - 204,385 u Periodensystem-Stellung:13. Gruppe, 6. Periode, 3. Hauptgruppe Gruppen-Zugehörigkeit:Bor-Gruppe, Metalle Entdeckung:1861 (Sir William Crookes/ Auguste Lamy) Bedeutung des Namens:Grüne Spektrallinie bei 535 nm: griechisch Thallos = grüner Zweig. Irdisches Vorkommen:In der Natur häufig, aber nur punktuell in Form spezieller Mineralien auftretend. Englischer Name:Thallium CAS-Nummer:7440-28-0 InChI-Key:BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N

Das Thallium-Atom

Das Tl-Atom - und damit das chemische Element Thallium - ist eindeutig durch die 81 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Thallium-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Thallium-Isotope bzw. Thallium-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Elektronenkonfiguration

Symbol	OZ	Kurzform	1s	2s	2p	3s	3p	3d	4s	4p	4d	4f	5s	5p	5d	5f	6s	6p	6d	6f
Tl	81	[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p¹	2	2	6	2	6	10	2	6	10	14	2	6	10		2	1

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Thallium-Atom zu trennen.

1. IE:

6,108194 eV

2. IE:

20,4283 eV

3. IE:

29,83 eV

4. IE:

5. IE:

6. IE:

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Thallium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p_1/2	2p_3/2
85530	15347	14698	12658

MI	MII	MIII	MIV	MV
3s	3p_1/2	3p_3/2	3d_3/2	3d_5/2
3704	3416	2957	2485	2389

NI	NII	NIII	NIV	NV	NVI	NVII
4s	4p_1/2	4p_3/2	4d_3/2	4d_5/2	4f_5/2	4f_7/2
846,2	720,5	609,5	405,7	385	122,2	117,8

OI	OII	OIII	OIV	OV
5s	5p_1/2	5p_3/2	5d_3/2	5d_5/2
136,0	94,6	73,5	14,7	12,5

Weitere Daten

Atomradius:156 pm (berechnet)
190 pm (empirisch, nach Slater) Kovalente Radien:145(7) pm (nach Cordero et al.)
144 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
142 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
150 pm (in Dreifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.) Van-der-Waals-Radius:200 pm Molvolumen:17,22 cm³ mol^-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ω_K: 0,962; ω_L1: 0,124; ω_L2: 0,384; ω_L3: 0,332 Coster-Kronig-Übergänge:F₁₂: 0,069; F₁₃: 0,615; F₂₃: 0,121

Spektrallinien des Thalliums

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Elements mit der charakteristischen grünen Spektrallinie bei 538 nm, der das Thallium seinen Namen verdankt, im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm:

Chemie des Thalliums

Thallium besitzt 3 Valenzelektronen in der 6. Schale; für ein Element der Bor-Gruppe wäre nun zu erwarten, dass das Metall vorzugsweise in der Oxidationsstufe +3 auftritt. Tätsächlich sind Thallium(III)-Verbindungen sehr viel weniger häufig, als die mit dem Tl⁺-Kation. Der Grund hierfür liegt in einem relativistischen Effekt - dem Inertpaar-Effekt -, der die inneren Valenzelektronen (hier die beiden 6s-Elektronen) stabilisiert und somit fester an den Atomkern bindet. Gleichzeitig sind die Ionisierungsenergien dieser Elektronen erhöht - das e^--Paar ist quasi inert gegen eine Ionisierung.

Chemische Daten

Elektronegativität:1,62 nach Pauling
1,44 nach Allred-Rochow
1,789 nach Allen
1,96 nach Sanderson
3,2 eV nach PearsonElektronaffinität:0,377(13) eV bzw. 36,4(14) kJ mol^-1Oxidationsstufen:+ 1, + 3 [-5, -2, -1, +2]

Standardpotentiale

E⁰ (V)	N_ox	Name Ox.	Ox.	e^-	⇔	Red.	Name Red.	N_ox
-0,34	+ I	Thallium(I)-Kation	Tl⁺	+ e^-	⇔	Tl (s)	Thallium	0
0,72	+ III	Thallium(III)-Kation	Tl³⁺	+ 3 e^-	⇔	Tl (s)	Thallium	0
1,25	+ III	Thallium(III)-Kation	Tl³⁺	+ 2 e^-	⇔	Tl⁺	Thallium(I)-Kation	+ I

Material- und physikalische Eigenschaften des Thalliums

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Thallium-Metalls auf.

Schmelzpunkt:304 °C Schmelzenthalpie (molar):4,14 kJ mol^-1 Siedepunkt:1473 °C Verdampfungsenthalpie:162,1 kJ mol^-1 Wärmekapazität:26,32 J mol^-1 K^-1 (molar)
0,129 J g^-1 K^-1 (spezifisch) Debye-Temperatur:78,5 K Thermische Leitfähigkeit:46,1 W m^-1 K^-1 Wärmeausdehnung:29,9 μm m^-1 K^-1 bei 25 °C Elektrischer Widerstand:0,18 μΩ m bei 20 °C Dichte:11,85 g cm^-3 Elastizitätsmodul:7,9 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):35,9 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,0279 GPa^-1 300 K Poisson-Zahl:0,45 (Querdehnzahl, dimensionslos) Kristallstruktur:hexagonal dichteste Packung - hcp Härte:nach Mohs: 1,0
nach Brinell: 0,0264 GPa Magnetismus:diamagnetisch Magnetische Suszeptibilität:-3,7 × 10^-5 cm³ mol^-1 Schallgeschwindigkeit:818 m s^-1 bei 20 °C

Geochemie, Vorkommen, Verteilung

Thallium steht in Bezug auf die Häufigkeit der chemischen Elemente in der Erdkruste an 63. Stelle und zählt damit schon zu den selteneren Vertretern; außerdem tritt Thallium weit verteilt und damit in geringen Konzentrationen auf. Thallium-reiche Mineralien sind selten; elementares Tl-Metall tritt in der Natur nicht auf.

Thallium fällt als Nebenprodukt bei der Verarbeitung insbesondere sulfidischer Erze zur Gewinnung von Kupfer, Zink, Eisen, Blei und anderen an.

Erdkruste:0,85 mg kg^-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Erdmantel:3 ppb Meerwasser:0,000019 mg L^-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Sonnensystem:0,00000019 (bezogen auf Silicium, Si=1)

Gefahren und Sicherheit

Gefahr

(Allgemeine Hinweise ohne Gewähr auf Richtigkeit und Vollständigkeit)

Das Thallium und seine Verbindungen sind extrem gitif für Mensch, Tier, Pflanze und Umwelt. Die Handhabung dieser Stoffe erfordert daher besondere Vorsicht.

H330 - Lebensgefahr bei Einatmen.
H300 - Lebensgefahr bei Verschlucken.
H373 - Kann die Organe schädigen (alle betroffenen Organe nennen, sofern bekannt) bei längerer oder wiederholter Exposition (Expositionsweg angeben, wenn schlüssig belegt ist, dass diese Gefahr bei keinem anderen Expositionsweg besteht).
H413 - Kann für Wasserorganismen schädlich sein, mit langfristiger Wirkung.

P260 - Staub / Rauch / Gas / Nebel / Dampf / Aerosol nicht einatmen.
P264 - Nach Gebrauch ... gründlich waschen. (Die vom Gesetzgeber offen gelassene Einfügung ist vom Inverkehrbringer zu ergänzen).
P284 - [Bei unzureichender Belüftung] Atemschutz tragen.
P301+P310 - Bei Verschlucken: Sofort Giftinformationszentrum, Arzt oder ... anrufen.

Literatur und Quellen

[1] - William Crookes:
On the existence of a new element, probably of the sulphur group.
In: Philosophical Magazine, 1861, DOI .

[2] - Claude-Auguste Lamy:
Ueber das Thallium.
In: Journal für Praktische Chemie, 1863, DOI 10.1002/prac.18630880163.

Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 23.01.2019.

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