Tallio: Proprietà e usi dell'elemento

Introduzione al tallio

Il tallio è un elemento raramente visibile e altamente tossico, con numero atomico 81 e simbolo Tl. Pur essendo piuttosto raro nella crosta terrestre, con un'abbondanza relativa di circa 0,7 parti per milione, è stato ampiamente utilizzato in applicazioni industriali specializzate grazie alle sue proprietà fisiche e chimiche. La sua densità di 11,85 g/cm³ e il punto di fusione relativamente basso di 304°C lo rendono utile per l'uso in leghe a bassa fusione, lenti speciali ed elettronica.

Scoperta e denominazione

Lo scienziato britannico William Crookes scoprì il tallio nel 1861 analizzando depositi di acido solforico di piriti di ferro. Durante l'esecuzione della spettroscopia alla fiamma, Crookes notò una linea spettrale verde e quindi purificò il nuovo elemento. Il nuovo elemento fu chiamato "tallio" in base alla parola greca "thallos", che indica "germoglio verde" o "ramoscello", perché mostra una linea di emissione verde quando viene osservato allo spettroscopio.

In particolare, la moderna analisi spettrale permise a Crookes di identificare il tallio prima che venisse separato con processi chimici, a testimonianza dell'efficacia della spettroscopia nella scoperta degli elementi, una procedura ancora in uso nella moderna chimica analitica.

Proprietà chimiche Descrizione

Il tallio esiste anche negli stati di ossidazione +1 e +3, entrambi stabilizzati a +1. La sua chimica è leggermente simile a quella dei metalli alcalini e i suoi composti +3 hanno un comportamento simile a quello dell'alluminio e dell'indio. Le principali proprietà chimiche sono:

-Combustione di idrogeno per dare ossido di tallio(I) (Tl₂O) e ossido di tallio(III) (Tl₂O₃).

-Formazione di alogenuri, ad esempio cloruro di tallio(I) (TlCl) e bromuro di tallio(III) (TlBr₃).

-Basso potenziale elettrochimico, utilizzato in alcuni dispositivi elettronici.

Queste proprietà chimiche hanno portato il tallio a trovare applicazioni di nicchia nell'elettronica, nell'ottica e nei materiali avanzati.

Tabella dei dati sulle proprietà fisiche

Per ulteriori informazioni, consultare Stanford Advanced Materials (SAM).

Tecniche di produzione e preparazione

Il tallio non viene estratto come tale. Viene recuperato come sottoprodotto dalla fusione di minerali solforati di zinco, piombo e rame, nonché da minerali contenenti selenio come la crookesite (Cu₇(Tl,Ag)Se₄) e la lorandite (TlAsS₂).

Processo di produzione:

1. Concentrazione del minerale: Per la concentrazione dei minerali di tallio si utilizzano i metodi di flottazione e di separazione per gravità.

2. Separazione chimica: I concentrati vengono trattati con acidi cloridrici o solforici per estrarre i composti del tallio.

3. Riduzione: La riduzione del tallio a metallo avviene utilizzando agenti riducenti come sodio o zinco.

4. Raffinazione: L'ulteriore purificazione avviene tramite distillazione o raffinazione a zone per produrre tallio altamente puro utilizzato nell'elettronica e nell'ottica.

La produzione globale di tallio è limitata, circa 50-60 tonnellate all'anno, e i principali produttori sono Russia, Cina e Kazakistan.

Applicazioni generali e usi industriali

Sebbene sia tossico, le proprietà del tallio lo rendono prezioso per usi specialistici:

1.Elettronica:

Utilizzato in leghe a basso punto di fusione utilizzate per interruttori e fusibili.

Utilizzato in alcuni semiconduttori, dove il suo stato di ossidazione +1 serve a controllare la conduzione elettrica.

2.Ottica:

Sono disponibili cristalli trasparenti di bromuro di tallio-ioduro (KRS-5) adatti ad essere applicati ai rivelatori IR e alle immagini termiche nella gamma degli infrarossi (0,6-40 μm).

I visori notturni a infrarossi venduti nei modelli standard militari utilizzano lenti KRS-5 e centinaia di essi sono già stati spediti in tutto il mondo.

3.Nuovi materiali:

I composti di tallio trovano applicazione nella modifica dei superconduttori e delle ceramiche ossidate ad alta temperatura, dove l'aggiunta di tallio a bassa concentrazione aumenta la temperatura critica (Tc). I cuprati di bismuto drogati con tallio, ad esempio, mostrano una Tc di ~125 K, che rende possibile un'utile applicazione superconduttiva.

I composti del tallio sono stati usati convenzionalmente come rodenticidi e insetticidi, ma a causa del rischio di avvelenamento grave, sono stati vietati o strettamente regolamentati nella maggior parte dei Paesi.

Preoccupazioni per l'ambiente e la salute

Il tallio è tossico e colpisce il sistema nervoso, il fegato, i reni e il sistema cardiovascolare. Una breve esposizione al tallio può portare alla perdita di capelli, a condizioni neurologiche e persino alla morte alla dose di 10-15 mg/kg di peso corporeo. L'esposizione a lungo termine, spesso da acqua avvelenata o in ambienti professionali, si accumula per decenni.

Le restrizioni normative sono severe: il tallio nell'acqua potabile è limitato a 2 ppb (μg/L) dall'EPA e l'esposizione lavorativa sicura dell'OSHA è di 0,1 mg/m³ per un TWA di 8 ore.

Uso industriale: Un avvelenamento da tallio avvenuto nel 2000 in Sud America ha coinvolto diverse centinaia di persone che hanno richiesto un'osservazione medica dopo essere state esposte a residui associati all'estrazione mineraria. Ciò indica la pericolosità dell'elemento e la necessità di rigorose precauzioni di sicurezza.

Domande frequenti

Che cos'è il tallio?

È un elemento raro altamente tossico (n. 81) utilizzato in elettronica, ottica e nuovi materiali.

Come viene prodotto il tallio?

Viene prodotto come sottoprodotto dei minerali di zinco, rame e piombo attraverso processi di concentrazione fisica, lisciviazione acida e riduzione.

Quali sono oggi i principali usi industriali del tallio?

Leghe a bassa fusione, semiconduttori, ottica IR (KRS-5) e ceramiche superconduttrici.

Perché il tallio è chimicamente unico?

La sua neutralità negli stati di ossidazione +1 e +3, la bassa densità e i punti di fusione gli conferiscono applicazioni specializzate nei materiali ad alta tecnologia.

Come si controlla l'avvelenamento da tallio nell'industria?

Pratiche di manipolazione corrette, dispositivi di protezione individuale (DPI) e controllo ambientale limitano l'esposizione negli ambienti di produzione e di ricerca.