K čemu se hodí – thallium?

Jeho název poeticky odkazuje na „zelený výhonek“. Paradoxně je tento prvek spíš synonymem pro smrt. Jak vzniklo a k čemu se hodí thallium? (délka blogu 7 min.)

Thallium je měkký a kujný kov. Čerstvý povrch je stříbřitě lesklý, po nějaké době se ale pokrývá vrstvou modrošedého oxidu.

Vznik thallia při vesmírných katastrofách

Stejně jako ostatní prvky, které jsou těžší než železo, nevzniká thallium v centrech hvězd. Jeho syntéza se uskutečňuje až v konečném stadiu existence velice těžkých hvězd, například při mohutné explozi supernovy (tzv. rychlý proces) nebo ve velice těžkých rudých obrech (tzv. pomalý proces).

Přirozeným způsobem přitom vznikají dva různé stabilní izotopy thallia, které se vzájemně odlišují počtem neutronů v jádře, zatímco počet protonů mají stejný (počet protonů v izotopech určuje typ chemického prvku a tedy i jeho název). Jednu třetinu (29,52%) tvoří izotop Tl-203 a zhruba dvě třetiny (70,48%) Tl-205.

Pomalý proces spočívá v postupném záchytu neutronů jádrem rtuti.

202Hg + n › 203Tl + ß- + 6,49 MeV nebo 204Hg + n › 205Tl + ß- + 7,20 MeV

Při rychlém procesu zachytává jádro železa naráz větší množství neutronů.
56Fe + 147n › 203Tl + 55ß- + 1152 MeV nebo 56Fe + 149n › 205Tl + 55ß- + 1166 MeV

V přírodě existují ještě tři další izotopy, které vznikají při radioaktivním rozpadu jiných těžkých prvků.

Jedná se o Tl-207, které vzniká rozpadem uranu-235 (235U › 207Tl + 7? + 3ß- + 44,98 MeV). Tento izotop je nestabilní. Dále se celkem rychle rozpadá a z prvku vzniká olovo. (207Tl › 207Pb + ß- + 1,42 MeV). Poločas rozpadu jsou pouhé 4,77 min.

Dalším izotopem je Tl-208, které vděčí za svou existenci thoriu-232. 232Th › 208Tl + 6? + 4ß- + 37,14 MeV. Také tento izotop je radioaktivní a rozpadá se na olovo. 208Tl › 208Pb + ß- + 5,00 MeV. Poločas rozpadu je ještě kratší - pouhé 3,053 min.

Poslední z trojice izotopů je Tl-210. To vzniká rozpadem uranu-238. 238U› 210Tl + 7? + 4ß- + 39,07 MeV. I tento izotop se dále rozpadá na olovo (210Tl › 210Pb + ß- + 5,48 MeV) s poločasem rozpadu 1,3 minuty.

Všechny tři izotopy mají tak krátké poločasy rozpadu, že se dají vystopovat prakticky jen v uranových nebo thoriových rudách.

Známe ještě celkem 31 izotopů, které mají ale tak krátký poločas rozpadu, že se v přírodě prakticky nevyskytují a byly vytvořeny umělou cestou.

Výskyt ve vesmíru

Thallia není ve vesmíru příliš mnoho. Procesy, kterými vzniká, totiž jeho tvorbou nekončí. Postupným záchytem neutronů přicházejí na svět další těžké prvky (například olovo a vizmut).

Ve vesmírné hmotě je tedy thallium zastoupeno průměrně jen 500 nanogramy v jednom kilogramu.

Na Zemi je prvek o něco koncentrovanější, nacházíme 4 mikrogramy v kilogramu hmoty. Téměř všechno thallium se nachází v zemské kůře, kde se vyskytuje ve formě oxidů a sulfidů v koncentraci 0,85 miligramů v kilogramu hmoty. Tím se dostává v hitparádě nejhojněji zastoupených prvků ze 76. místa (vesmír) na 60. místo (zemská kůra).

Pozemská naleziště

Thallium bývá často součástí draslíkových minerálů (až 7 mg/kg). Nalézá se také v rudách stříbra, zinku a olova. Právě z nich ho nejčastěji průmyslově těžíme.

Samostatné minerály thallia se jmenují lorandit (sulfid thallia a arzénu TlAsS2), hutchinsonit (smíšený sulfid olova, thallia a arzénu (Tl,Pb)2As5S9) nebo crookesit (smíšený selenid mědi, thallia a stříbra Cu7(Tl|Ag)Se4). Tyto minerály jsou ale natolik vzácné, že se jejich průmyslová těžba nevyplatí.

Thallium se nalézá také v podmořských nalezištích, v manganových konkrecích. Ty se skládají ze 13-25 % manganu a 10-20 % železa s příměsí jiných kovů.

Objev a pojmenování thallia

Thallium objevil v roce 1861 Angličan William Crookes pomocí spektrální analýzy, která byla tehdy novinkou. Nezávisle na něm objevil nový prvek také Francouz Claude-Auguste Lamy, kterému se také podařilo extrahovat prvních 14 gramů thallia. Následoval urputní boj o prvenství, který nakonec vyhrál Angličan.

Ten také nově objevený prvek pojmenoval. Nechal se inspirovat typickou zelenou barvou, kterou našel v jeho emisním spektru. Thallium má jménem připomínat řecké „thallós“ – mladý, zelený výhonek.

K čemu se hodí – thallium?

Thallium je jedovaté a nejspíše také karcinogenní. To omezuje jeho využití na minimum. Ve slitině s olovem zlepšuje jeho pevnost a odolnost proti korozi. Slitiny s olovem a stříbrem se používají jako elektrokontakty nebo elektrody.

Thallium snižuje bod tání rtuti z -38,84°C na méně než -60 °C. Toho se využívá v nízkoteplotních teploměrech.

Velice jedovatý sulfát (Tl2SO4) se pod názvem Zelio v minulosti používal jako jed na krysy. Byl ale tak nebezpečný nejen pro hlodavce ale i okolí, že bylo jeho používání zakázáno.

Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127 je komplikovaná sloučenina thallia, která má supravodivé vlastnosti. To by nebylo tak zvláštní, tato sloučenina je ale supravodivá i při relativně vysoké teplotě 138 K.

Thallium se dá použít také jako příměs do skla. Propůjčuje mu skvělé optické vlastnosti. Dnes se využívá ale jen v technických sklech, například čočkách. Sklo, které obsahuje thallium, má totiž nejen neobyčejně dobré optické vlastnosti, může být také samo jedovaté.

Kromě toho je thalliové sklo na rozdíl od obyčejného skla průhledné v infračervené oblasti spektra. Toho se využívá v optických přístrojích. Příměsí thallia vznikají také skla s nízkou teplotou tání (125 – 150 °C).

Dříve se thallium používalo také v ohňostrojích. Způsobovalo intenzivní, příjemnou, zelenou barvu. Dnes ho ale vystřídaly méně jedovaté prvky, například měď, baryum nebo bor. K osvětlení se ovšem dodnes používají výbojky plněné parami thallia.  Vydávají zelené světlo.

Thallium je také důležitým prvkem při výrobě některých polovodičů, např. tranzistorů, fotočlánků s citlivostí v infračervené oblasti spektra, a supravodičů.

Prvek se dá využít také v mineralogii. Roztoky solí thallia s organickými kyselinami mají velmi vysokou hustotu a užívají se v mineralogii mj. pro orientační stanovení hustoty nerostů (Clericiho roztok - mravenčan a malonan thallný, hustota 4.25 g/cm3 při 20 °C)

Thallium nachází uplatnění také v detektorech gama záření.

Jedovatý „zelený výhonek“

Thallium je extrémně jedovaté. Proto bylo jeho použití jako jed na krysy nebo proti hmyzu v řadě zemí už před desetiletími zakázáno.

Smrtelná dávka je 10 mg/kg živé hmoty. Otravy se projevují vypadáváním vlasů, průjmy a někdy nevratným poškozením nervů. To se může projevovat oslepnutím, třasem rukou, zvýšeným vnímáním bolesti, poškozením reflexů apod.

Thallium je oblíbené mezi traviči, špatně se totiž detekuje. Na otravu thalliem existuje účinný protijed. Je jím barvivo berlínská modř. Při průchodu tělem na sebe váže molekuly jedovatého prvku a oběť tak dekontaminuje.