Thallium (Tl)
post-transition-metalSolid
Nguyên tử khối chuẩn
204,38 u [204,382, 204,385]Cấu hình electron
[Xe] 6s2 4f14 5d10 6p1Nhiệt độ nóng chảy
303,85 °CNhiệt độ sôi
1472,85 °CKhối lượng riêng
1,18e+4 kg/m³Trạng thái oxi hóa
−5, −2, −1, +1, +2, +3Độ âm điện (Pauling)
1,62Năng lượng ion hóa (lần 1)
6,108287 eVNăm phát hiện
1861Bán kính nguyên tử
190 pmChi tiết
Thallium is a soft post-transition metal in group 13. It is chemically notable for the stability of the +1 oxidation state, which reflects the inert-pair effect and makes many thallium(I) salts resemble alkali-metal salts in size and solubility behavior. The element is rare in ores and is usually recovered as a by-product of processing sulfide minerals. Its severe toxicity has greatly reduced former consumer and agricultural uses.
When freshly exposed to air, thallium exhibits a metallic luster, but soon develops a bluish-gray tinge, resembling lead in appearance. A heavy oxide builds up on thallium if left in air, and in the presence of water the hydride is formed. The metal is very soft and malleable. It can be cut with a knife. Twenty five isotopic forms of thallium, with atomic masses ranging from 184 to 210 are recognized. Natural thallium is a mixture of two isotopes. A mercury-thallium alloy, which forms a eutectic at 8.5% thallium, is reported to freeze at -60C, some 20 degrees below the freezing point of mercury.
The name derives from the Greek thallos for "green shoot" or "twig" because of the bright green line in its spectrum. Thallium was discovered by the English physicist and chemist William Crookes in 1861. Metallic thallium was first isolated by the French chemist Claude-Auguste Lamy in 1862.
Thallium was discovered spectroscopically by Sir William Crookes, an English chemist, in 1861. Crooks had obtained the sludge left over from the production of sulfuric acid (H2SO4) from a friend. After removing all of the selenium from the sludge, he inspected it with a device known as a spectroscope to look for signs of tellurium. Rather than seeing the yellow spectral lines produced by tellurium, he observed a bright green line that no one had ever seen before. He named the new element that was producing the green line thallium, after the greek word for 'green twig', thallos. He isolated samples of thallium the next year. Thallium is found in the minerals crooksite (CuThSe), lorandite (TlAsS2) and hutchinsonite ((Pb, Tl)2As5S9), but is usually obtained as a byproduct of the production of sulfuric acid or as a byproduct of refining zinc or lead.
From Greek thallos, meanin a green shoot or twig. Thallium was discovered spectroscopically in 1861 by Crookes. The element was named after the beautiful green spectral line, which identified the element. The metal was isolated both by Crookes and by Lamy in 1862 at about the same time.
Pure thallium is a very soft, heavy metal with a fresh silvery luster. It tarnishes readily in air, developing a dull gray oxide coating. It is malleable enough to be cut with a knife and has a relatively low melting point for a metal.
Current uses are limited by toxicity and regulation. Thallium is used in some specialty infrared optical materials, low-melting glasses, and semiconductor or detector research. Thallium-201 is an important medical radioisotope for diagnostic imaging of cardiac perfusion. Historical uses included rodenticides, insecticides, and depilatory agents, but these were abandoned or tightly restricted in many countries because of poisoning risks.
There are no uses for metallic thallium since pure thallium quickly combines with oxygen and water vapor from the atmosphere, forming a black, powdery substance. Thallium, used in conjunction with sulfur or selenium and arsenic, forms low melting glass. Thallium sulfate (Tl2SO4), an odorless, tasteless thallium compound, was once used as a rat and ant poison, although it has been banned from household use in the United States since 1974. Thallium sulfide (Tl2S), thallium iodide (TlI) and thallium bromide (TlBr) are all compounds used in devices to detect infrared radiation.
Thallium sulfate has been widely employed as a rodenticide and ant killer. It is odorless and tasteless, giving no warning of its presence. Its use, however, has been prohibited in the U.S. since 1975 as a household insecticide and rodenticide. The electrical conductivity of thallium sulfide changes with exposure to infrared light, and this compound is used in photocells. Thallium bromide-iodide crystals have been used as infrared optical materials. Thallium has been used, with sulfur or selenium and arsenic, to produce low melting glasses with become fluid between 125 and 150C. These glasses have properties at room temperatures similar to ordinary glasses and are said to be durable and insoluble in water. Thallium oxide has been used to produce glasses with a high index of refraction, and is used in the manufacture of photo cells. Thallium has been used in treating ringworm and other skin infections; however, its use has been limited because of the narrow margin between toxicity and therapeutic benefits.
Isotopes in Earth/Planetary Science
Because molecules, atoms, and ions of the stable isotopes of thallium possess slightly different physical and chemical properties, they commonly will be fractionated during physical, chemical, and biological processes, giving rise to variations in isotopic abundances and in atomic weights. There are substantial variations in the isotopic abundances of thallium in natural terrestrial materials (Fig. IUPAC.81.1). These variations are useful in investigating the origin of substances and studying environmental, hydrological, and geological processes [538] M. Rehkamper, M. Frank, J. R. Hein, D. Porcelli, A. Halliday, J. Ingri, V. Liebetrau. Earth. Planet. Sci. Lett.197, 65 (2002).. The isotope-amount ratio n(205Tl)/n(203Tl) has been used to study how trace metals are transported and distributed in hydrothermal fluids [538] M. Rehkamper, M. Frank, J. R. Hein, D. Porcelli, A. Halliday, J. Ingri, V. Liebetrau. Earth. Planet. Sci. Lett.197, 65 (2002).. The n(205Tl)/n(203Tl) ratio has also been used to study the cycling, distribution, and behavior of thallium in the marine environment [538] M. Rehkamper, M. Frank, J. R. Hein, D. Porcelli, A. Halliday, J. Ingri, V. Liebetrau. Earth. Planet. Sci. Lett.197, 65 (2002)..
Isotopes in Medicine
201Tl scintigraphy is used to detect coronary artery disease [539] G. A. Beller, B. L. Zaret. Circulation101, 1465 (2000).. Imaging of 201Tl (with a half-life of 3 days), can be used for exercise perfusion tests of the myocardium (muscular tissue of the heart), which determine damage to the heart caused by a heart attack or by heart disease (Fig. IUPAC.81.2) [539] G. A. Beller, B. L. Zaret. Circulation101, 1465 (2000)..
Isotopes Used as a Source of Radioactive Isotope(s)
203Tl is used in the production of 201Tl via the 203Tl (p, 3 n) 201Pb reaction, which is followed by a subsequent electron capture decay reaction of 201Pb to finally yield 201Tl. 205Tl is used as an alternative target in the production of 201Tl.
Thallium chemistry is dominated by thallium(I), Tl⁺, and thallium(III), Tl³⁺, with Tl⁺ usually more stable in aqueous and many solid-state compounds. Representative thallium(I) compounds include thallium(I) sulfate, Tl₂SO₄, thallium(I) nitrate, TlNO₃, and thallium(I) chloride, TlCl. Thallium(III) oxide, Tl₂O₃, and thallium(III) chloride, TlCl₃, are stronger oxidizing or less stable species. Mixed thallium compounds occur in chalcogenide and halide materials used for optical and electronic studies.
See more information at the Thallium compound page.
Thallium and soluble thallium compounds are highly toxic by ingestion, inhalation, or skin exposure. Tl⁺ can interfere with potassium-dependent biological processes, and poisoning may have delayed neurological, gastrointestinal, and hair-loss symptoms. Dusts, fumes, and soluble salts are the main occupational hazards. Radioisotopes such as thallium-201 add external and internal radiation hazards that are isotope- and activity-dependent.
The element and its compounds are toxic and should be handled carefully. Contact of the metal with skin is dangerous, and when melting the metal adequate ventilation should be provided. Exposure to thallium (soluble compounds) - skin, as Tl, should not exceed 0.1 mg/m3 (8-hour time-weighted average - 40-hour work week). Thallium is suspected of carcinogenic potential for man.
Thallium occurs naturally at low concentrations, commonly associated with potassium minerals, sulfide ores, and some coals. Mining, smelting, cement production, and coal combustion can mobilize it locally. In the environment, Tl⁺ is relatively mobile in some waters and can be taken up by plants because of its chemical similarity to K⁺. It has no known beneficial biological role and can be a concern near contaminated industrial sites.
Thallium is not mined as a primary product. It is recovered mainly from flue dusts, residues, and by-product streams generated during refining of zinc, lead, copper, and other sulfide ores. Demand is small and specialized, with toxicity limiting broader applications and encouraging substitution. Supply can therefore depend more on base-metal processing practices, regulatory controls, and purification capacity than on dedicated thallium mining. Recycling is limited to particular industrial or research materials.
Thallium occurs in crooksite, lorandite, and hutchinsonite. It is also present in pyrites and is recovered from the roasting of this ore in connection with the production of sulfuric acid. It is also obtained from the smelting of lead and zinc ores. Extraction is somewhat complex and depends on the source of the thallium. Manganese nodules, found on the ocean floor, contain thallium.
Thallium is a heavy, rare element in cosmic terms. Its stable isotopes, ²⁰³Tl and ²⁰⁵Tl, are produced by neutron-capture processes in earlier generations of stars, with contributions from both slow and rapid neutron-capture pathways. It is not a major rock-forming element, but on planets it can concentrate in sulfide phases and volatile-rich geochemical reservoirs.
- Thallium was discovered by its bright green spectral line, which inspired its name from the Greek word for a green shoot
- Fresh thallium can be cut easily, but the exposed surface dulls quickly in air
- Tl⁺ is close enough in behavior to K⁺ to enter some biological potassium pathways
- Thallium(I) sulfate, Tl₂SO₄, was once used as a rodenticide before its toxicity led to severe restrictions
- Natural thallium consists chiefly of two stable isotopes, ²⁰³Tl and ²⁰⁵Tl
Hình ảnh
Tính chất
Vật lý
- Bán kính nguyên tử (thực nghiệm)
- 190 pm So sánh Bán kính nguyên tử (thực nghiệm) của tất cả nguyên tố →
- Bán kính cộng hóa trị
- 145 pm So sánh Bán kính cộng hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Bán kính van der Waals
- 196 pm So sánh Bán kính van der Waals của tất cả nguyên tố →
- Bán kính kim loại
- 144 pm So sánh Bán kính kim loại của tất cả nguyên tố →
- Khối lượng riêng
- 1,18 × 104 kg/m³ So sánh Khối lượng riêng của tất cả nguyên tố →
- Thể tích mol
- 0,0172 L/mol
- Pha ở STP
- Rắn So sánh Pha ở STP của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ nóng chảy
- 303,85 °C So sánh Nhiệt độ nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ sôi
- 1472,85 °C So sánh Nhiệt độ sôi của tất cả nguyên tố →
- Độ dẫn nhiệt
- 46,1 W/(m·K) So sánh Độ dẫn nhiệt của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung riêng
- 0,129 J/(g·K) So sánh Nhiệt dung riêng của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung mol
- 26,32 J/(mol·K) So sánh Nhiệt dung mol của tất cả nguyên tố →
- Cấu trúc tinh thể
- Lục phương xếp chặt So sánh Cấu trúc tinh thể của tất cả nguyên tố →
Hóa học
- Độ âm điện (Pauling)
- 1,62 So sánh Độ âm điện (Pauling) của tất cả nguyên tố →
- Độ âm điện (Allen)
- 1,789
- Ái lực electron
- 0,377 eV
- Năng lượng ion hóa (lần 1)
- 6,108287 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 1) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 2)
- 20,42837 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 2) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 3)
- 29,852103 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 3) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 4)
- 51,140176 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 4) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 5)
- 62,600215 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 5) của tất cả nguyên tố →
- Trạng thái oxi hóa
- −5, −2, −1, +1, +2, +3 So sánh Trạng thái oxi hóa của tất cả nguyên tố →
- Electron hóa trị
- 3 So sánh Electron hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Cấu hình electron
- [Xe] 6s2 4f14 5d10 6p1
Nhiệt động lực học
- Nhiệt nóng chảy
- 0,04290822 eV So sánh Nhiệt nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt hóa hơi
- 1,71011 eV So sánh Nhiệt hóa hơi của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt thăng hoa
- 1,888376 eV
- Nhiệt nguyên tử hóa
- 1,888376 eV
- Enthalpy nguyên tử hóa
- 1,888376 eV
Hạt nhân
- Proton
- 81 So sánh Proton của tất cả nguyên tố →
- Neutron
- 124 So sánh Neutron của tất cả nguyên tố →
- Các đồng vị đã biết
- 43 So sánh Các đồng vị đã biết của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền
- 2 So sánh Đồng vị bền của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền nhất
- Tl-205
- Năm phát hiện
- 1861
Độ phổ biến
- Độ phổ biến (vỏ Trái Đất)
- 0,85 mg/kg So sánh Độ phổ biến (vỏ Trái Đất) của tất cả nguyên tố →
- Độ phổ biến (đại dương)
- 1,9 × 10−5 mg/L So sánh Độ phổ biến (đại dương) của tất cả nguyên tố →
Cấu trúc tinh thể
- Hằng số mạng a
- 346 pm
Cấu trúc electron
- Số electron trong mỗi lớp
- 2, 8, 18, 32, 18, 3 So sánh Số electron trong mỗi lớp của tất cả nguyên tố →
Mã định danh
- Số CAS
- 7440-28-0 So sánh Số CAS của tất cả nguyên tố →
- Ký hiệu số hạng
- 2P°1/2
- InChI
- InChI=1S/Tl
- Khóa InChI
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N
Cấu hình electron Đo đạc
Tl: 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p¹[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p¹1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p¹Mô hình nguyên tử
Các đồng vị khác nhau về số neutron, khối lượng và độ bền — không khác nhau về cấu hình electron của nguyên tử trung hòa.
Mô hình nguyên tử minh họa, không theo tỷ lệ.
Dấu vân tay nguyên tử
Phổ phát xạ / hấp thụ
Phân bố đồng vị
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã |
|---|---|---|---|
| 203 Bền | 202,9723446 ± 0,0000014 | 29,5200% | Bền |
| 205 Bền | 204,9744278 ± 0,0000014 | 70,4800% | Bền |
Pha / Trạng thái
Lý do: thấp hơn nhiệt độ nóng chảy (303,85 °C) một lượng 278,9 °C
Sơ đồ minh họa, không theo tỷ lệ
Điểm chuyển pha
Năng lượng chuyển pha
Năng lượng cần để làm nóng chảy 1 mol tại nhiệt độ nóng chảy
Năng lượng cần để hóa hơi 1 mol tại nhiệt độ sôi
Năng lượng cần để làm thăng hoa 1 mol tại nhiệt độ thăng hoa
Khối lượng riêng
Ở điều kiện chuẩn
Ở điều kiện chuẩn
Phổ nguyên tử
Đang hiển thị 10 trên 81. Sắp xếp theo điện tích ion (tăng dần).
Dữ liệu vạch phổ ?
| Ion | Điện tích | Tổng số vạch | Xác suất chuyển mức | Ký hiệu mức năng lượng |
|---|---|---|---|---|
| Tl I | 0 | 65 | 25 | 11 |
| Tl II | +1 | 82 | 3 | 7 |
| Tl III | +2 | 22 | 0 | 0 |
| Tl IV | +3 | 35 | 0 | 0 |
Dữ liệu mức năng lượng ?
| Ion | Điện tích | Mức năng lượng |
|---|---|---|
| Tl I | 0 | 70 |
| Tl II | +1 | 82 |
| Tl III | +2 | 109 |
| Tl IV | +3 | 44 |
| Tl V | +4 | 2 |
| Tl VI | +5 | 2 |
| Tl VII | +6 | 2 |
| Tl VIII | +7 | 2 |
| Tl IX | +8 | 2 |
| Tl X | +9 | 2 |
Bán kính ion
| Điện tích | Phối trí | Spin | Bán kính |
|---|---|---|---|
| +1 | 6 | Không có | 150 pm |
| +1 | 8 | Không có | 159 pm |
| +1 | 12 | Không có | 170 pm |
| +3 | 4 | Không có | 75 pm |
| +3 | 6 | Không có | 88.5 pm |
| +3 | 8 | Không có | 98 pm |
Hợp chất
Đồng vị (2)
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã | Kiểu phân rã | |
|---|---|---|---|---|---|
| 203 Bền | 202,9723446 ± 0,0000014 | 29,5200% ± 0,0100% | Bền | stable | |
| 205 Bền | 204,9744278 ± 0,0000014 | 70,4800% ± 0,0100% | Bền | stable |
Tính chất mở rộng
Bán kính cộng hóa trị (mở rộng)
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö)
- 144 pm
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö, liên kết đôi)
- 142 pm
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö, liên kết ba)
- 150 pm
- Bán kính cộng hóa trị (Bragg)
- 190 pm
Bán kính van der Waals
- Bondi
- 196 pm
- Batsanov
- 220 pm
- Alvarez
- 247 pm
- UFF
- 434,7 pm
- MM3
- 259 pm
Bán kính nguyên tử và kim loại
- Bán kính nguyên tử (Rahm)
- 242 pm
- Bán kính kim loại (C12)
- 160 pm
Các thang đánh số
- Mendeleev
- 85
- Pettifor
- 78
- Glawe
- 81
Các thang độ âm điện
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 4
- Gunnarsson–Lundqvist
- 3
- Robles–Bartolotti
- 2
Độ phân cực hóa và tán sắc
- Độ phân cực hóa lưỡng cực
- 50 a.u.
- Độ phân cực hóa lưỡng cực (độ không đảm bảo)
- 2 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 509 Ha·Bohr6
Thông số Miedema
- Thể tích mol Miedema
- 17,23 cm3/mol
- Mật độ electron Miedema
- 1
Chuyển pha và các dạng thù hình
| Nhiệt độ nóng chảy | 577,15 K |
| Nhiệt độ sôi | 1746,15 K |
Phân loại trạng thái oxi hóa
Dữ liệu tham khảo chuyên sâu
Hằng số chắn (15)
| n | Orbital | σ |
|---|---|---|
| 1 | s | 1,5591 |
| 2 | p | 4,5138 |
| 2 | s | 21,3158 |
| 3 | d | 13,4658 |
| 3 | p | 22,6335 |
| 3 | s | 23,5809 |
| 4 | d | 37,6112 |
| 4 | f | 38,1324 |
| 4 | p | 35,7832 |
| 4 | s | 34,9212 |
Chi tiết bán kính tinh thể (6)
| Điện tích | CN | Spin | rcrystal (pm) | Nguồn gốc |
|---|---|---|---|---|
| 1 | VI | 164 | from r^3 vs V plots, | |
| 1 | VIII | 173 | from r^3 vs V plots, | |
| 1 | XII | 184 | from r^3 vs V plots, estimated, | |
| 3 | IV | 89 | ||
| 3 | VI | 102,5 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | VIII | 112 | calculated, |
Các kiểu phân rã đồng vị (69)
| Đồng vị | Chế độ | Cường độ |
|---|---|---|
| 176 | p | 100% |
| 176 | A | — |
| 176 | B+ | — |
| 177 | A | 73% |
| 177 | p | — |
| 178 | A | 62% |
| 178 | B+ | 38% |
| 178 | B+SF | 0,1% |
| 179 | A | 60% |
| 179 | B+ | — |
Hệ số tán xạ tia X (516)
| Năng lượng (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 1,80392 |
| 10,1617 | — | 1,75555 |
| 10,3261 | — | 1,69589 |
| 10,4931 | — | 1,59546 |
| 10,6628 | — | 1,46625 |
| 10,8353 | — | 1,39341 |
| 11,0106 | — | 1,31349 |
| 11,1886 | — | 1,20783 |
| 11,3696 | — | 1,13261 |
| 11,5535 | — | 1,07387 |
Dữ liệu bổ sung
Estimated Crustal Abundance
The estimated element abundance in the earth's crust.
8.5×10-1 milligrams per kilogram
Tài liệu tham khảo (1)
- [5] Thallium https://education.jlab.org/itselemental/ele081.html
Estimated Oceanic Abundance
The estimated element abundance in the earth's oceans.
1.9×10-5 milligrams per liter
Tài liệu tham khảo (1)
- [5] Thallium https://education.jlab.org/itselemental/ele081.html
Sources
Sources of this element.
Thallium occurs in crooksite, lorandite, and hutchinsonite. It is also present in pyrites and is recovered from the roasting of this ore in connection with the production of sulfuric acid. It is also obtained from the smelting of lead and zinc ores. Extraction is somewhat complex and depends on the source of the thallium. Manganese nodules, found on the ocean floor, contain thallium.
Tài liệu tham khảo (1)
- [6] Thallium https://periodic.lanl.gov/81.shtml
Tài liệu tham khảo
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Thallium.
The element property data was retrieved from publications.