Θάλλιο

Ιστορία

Η ανακάλυψη του θαλλίου αποδίδεται σε δύο επιστήμονες που εργάστηκαν ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο: Στον Άγγλο χημικό Ουίλλιαμ Κρουκς (Sir William Crookes, 1832 – 1919) που εντόπισε το νέο στοιχείο το 1861 και στο Γάλλο Κλοντ-Ωγκύστ Λαμύ (Claude Auguste Lamy, 1820 – 1878) που το παρασκεύασε σε καθαρή κατάσταση το 1862.
Το φασματοσκόπιο εφευρέθηκε το 1814 από το Γερμανό φυσικό Φραουνχόφερ (Joseph von Fraunhofer). Σαράντα χρόνια αργότερα, οι Γερμανοί χημικοί Ρόμπερτ Μπούνσεν (Robert Bunsen) και Γκούσταβ Κίρχοφ (Gustav Kirchhoff) βελτίωσαν τη συσκευή και έδειξαν με ποιον τρόπο αυτή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την μελέτη χημικών στοιχείων. Το 1860 οι δύο προηγούμενοι επιστήμονες, χρησιμοποιώντας το όργανο, ανακάλυψαν το καίσιο, το 1861 δημοσίευσαν βελτιωμένη μέθοδο μελέτης με το φασματοσκόπιο, ενώ την ίδια χρονιά ο Bunsen ανακάλυψε με τη βοήθεια του οργάνου το ρουβίδιο. Η φασματοσκοπία ατομικής εκπομπής είχε αρχίσει να γίνεται ένα πολύτιμο εργαλείο μελέτης της σύστασης των ορυκτών και των χημικών προϊόντων και τόσο ο Crookes όσο και ο Lamy άρχισαν να χρησιμοποιούν τη νέα μέθοδο.
Ο Crookes, εργαζόμενος στο Βασιλικό Κολέγιο Χημείας στο Λονδίνο, έκανε φασματοσκοπικούς προσδιορισμούς σε ενώσεις τελλουρίου και σεληνίου που ήταν κατάλοιπα στη μέθοδο των μολυβδίνων θαλάμων από ένα εργοστάσιο παραγωγής θειικού οξέος κοντά στο Tilkerode στα βουνά Χαρτς της Βόρειας Γερμανίας. Είχε αποκτήσει 10 λίβρες (περίπου 4,5 κιλά) υλικά για τις έρευνές του, μερικά χρόνια νωρίτερα, το 1850, από τον Γερμανό Καθηγητή του Χόφμαν (August Wilhelm von Hofmann). Όμως, η μελέτη των καταλοίπων αυτών με τη βοήθεια φασματοσκοπίου οδήγησε τον Crookes να κάνει την ακόλουθη διαπίστωση :
...suddenly a bright green line flashed into view and as quickly disappeared. An isolated green line in this portion of the spectrum was new to me.
(...ξαφνικά μια πράσινη φωτεινή γραμμή άστραψε στο οπτικό πεδίο και αμέσως εξαφανίστηκε. Μια απομονωμένη πράσινη γραμμή σ'αυτην την περιοχή του φάσματος ήταν κάτι καινούργιο για μένα.)
Ο Crookes οδηγήθηκε στο συμπέρασμα ότι υπήρχε ένα νέο χημικό στοιχείο στα κατάλοιπα που είχε εξετάσει και ανακοίνωσε την ανακάλυψή του στις 30 Μαρτίου του 1861. Η πράσινη γραμμή στο φάσμα προσομοίαζε με το χρώμα ανοιξιάτικης πρασινάδας και έτσι τον Μάιο του ίδιου χρόνου πρότεινε για το νέο στοιχείο το όνομα θάλλιο από την ελληνική λέξη θαλλός (ή τη λατινική thallus) που σημαίνει εκκολαπτόμενο βλαστάρι ή κλαράκι. Όμως δεν είχε στην κατοχή του επαρκή ποσότητα πρώτων υλών και έτσι δεν μπόρεσε να απομονώσει και να μελετήσει τις χημικές ιδιότητες του νέου στοιχείου, πράγμα που τελικά κατόρθωσε το 1862.
Ο Lamy, εργαζόμενος στο πανεπιστήμιο της Λιλ, χρησιμοποίησε ένα φασματοσκόπιο παρόμοιο με του Crookes για να προσδιορίσει τη σύνθεση ουσιών που περιείχαν σελήνιο και οι οποίες απέμεναν ως κατάλοιπα της παραγωγής θειικού οξέος από τον σιδηροπυρίτη. Τα κατάλοιπα αυτά τα είχε αποκτήσει σε μεγάλες ποσότητες από το φίλο του Κούλμαν (Fred Kuhlmann). Εντόπισε επίσης τη πράσινη γραμμή στο φάσμα και συμπέρανε ότι αυτή οφειλόταν σε κάποιο νέο χημικό στοιχείο. Όπως αναφέρει και ο ίδιος ο Lamy, την εποχή των ανακαλύψεών του δεν γνώριζε τις εργασίες του Crookes :
j' ignorais alors qu'un chimiste anglais, M.W. Crookes, avait non-seulement découvert la même raie verte dans des circonstances à peu près analogues, mais avait donné le nom de thallium à l'élément nouveau...
(Αγνοούσα επομένως ότι ένας Άγγλος χημικός, ο κύριος W. Crookes, είχε όχι μόνο ανακαλύψει την ίδια πράσινη γραμμή κάτω από σχεδόν ανάλογες συνθήκες, αλλά είχε δώσει και το όνομα θάλλιο στο καινούργιο στοιχείο...)
Ο Lamy, γνωρίζοντας ότι ο Crookes δεν είχε επαρκείς ποσότητες υλικών για κατεργασία, ξεκίνησε τις προσπάθειες απομόνωσης του στοιχείου. Το γεγονός μάλιστα ότι ήταν σε θέση να εργαστεί με σημαντικές ποσότητες θαλλίου, του επέτρεψε να καθορίσει τις ιδιότητες των διαφόρων ενώσεών του και, επιπλέον, παρασκεύασε μια μικρή ράβδο μεταλλικού θαλλίου, η οποία κατασκευάστηκε από ανάτηξη του μετάλλου που προήλθε από την ηλεκτρόλυση αλάτων του. Πρώτος επίσης διαπίστωσε ότι οι ενώσεις του θαλλίου ήταν δηλητηριώδεις. Καθώς ήταν εξοικειωμένος πλέον με τη χημεία του θαλλίου, θεμελίωσε με μεταγενέστερες έρευνές του τις ομοιότητες με πολλά άλλα στοιχεία όπως με τα αλκαλιμέταλλα, με τον άργυρο, τον υδράργυρο και το μόλυβδο. Ο Γάλλος χημικός Ζαν Μπατίστ Αντρέ Ντυμά (Jean Baptiste André Dumas, 1800 – 1884) μάλιστα βάφτισε το θάλλιο ορνιθόρυγχο των μετάλλων.
Δεδομένου ότι οι δύο επιστήμονες ανακάλυψαν ανεξάρτητα μεταξύ τους το θάλλιο και ένα μεγάλο μέρος της εργασίας, ειδικά η απομόνωση του μετάλλου έγινε από τον Lamy, ο Crookes προσπάθησε να εξασφαλίσει την πατρότητα της ανακάλυψης. Στον Lamy απονεμήθηκε ένα μετάλλιο στη Διεθνή Έκθεση του Λονδίνου το 1862 με τη σημείωση: Για την ανακάλυψη μιας νέας και άφθονης πηγής θαλλίου και μετά από έντονες διαμαρτυρίες έλαβε και ο Crookes επίσης, ένα μετάλλιο με τη σημείωση: Θάλλιο, για την ανακάλυψη του νέου στοιχείου.
Η διαμάχη μεταξύ των δύο επιστημόνων συνεχίστηκε και το 1863 και έλαβε τέλος όταν ο Crookes εξελέγη Μέλος της Βασιλικής Εταιρείας, τον Ιούνιο του 1863. Αναφέρεται ανεπίσημα ότι ο Lamy τελικά απέδωσε την ανακάλυψη στον Crookes.

Εμφανίσεις

Η μέση περιεκτικότητα του θαλλίου στον στερεό φλοιό της γης είναι 0,7 ppm (47o μεταξύ 65 μετάλλων), ενώ συνολικά στη Γη η περιεκτικότητα του θαλλίου ανέρχεται σε 0,00386 ppb. Η μέση περιεκτικότητα σε θάλλιο των υδάτων των ωκεανών είναι 0,000019 mg/L.
Το μέταλλο απαντά συχνά σε θειούχα κοιτάσματα βαρέων μετάλλων όπως ο ψευδάργυρος, ο χαλκός, ο σίδηρος και ο μόλυβδος. Θάλλιο επίσης μπορεί να εμφανιστεί και μαζί με σουλφίδια του αντιμονίου, του αρσενικού και του αργύρου. Επίσης, μπορεί να βρεθεί μαζί με ρουβίδιο σε πυριγενή ορυκτά του καλίου όπως οι μαρμαρυγίες και οι άστριοι.
Η περιεκτικότητα σε θάλλιο των υδάτων των ωκεανών εκτιμάται σε 1,3×10⁻⁵ ppm. Οι κύριες πηγές του διαλυμένου Tl στους ωκεανούς είναι τα ποτάμια, τα υδροθερμικά υγρά, τα αερολύματα ορυκτών από τα ηφαίστεια που μεταφέρονται από τους ανέμους στον ωκεανό και οι ροές από τις ρωγμές του ωκεάνιου φλοιού της Γης.
Στο έδαφος αυξημένες συγκεντρώσεις θαλλίου, ιδιαίτερα υδατοδιαλυτών ενώσεών του, παρατηρούνται και από ανθρωπογενείς πηγές όπως η επεξεργασία των γαιανθράκων, η κατεργασία βαρέων μετάλλων, οι βιομηχανίες τσιμέντου κλπ. Ενδεικτικά αναφέρονται συγκεντρώσεις θαλλίου 20 - 80 ppm σε εδάφη γύρω από ορυχεία υδραργύρου και 3 - 6 ppm κοντά σε τσιμεντοβιομηχανίες στην Κίνα και από 8,8 ppm έως 27,8 ppm σε εδάφη κοντά σε ορυχεία ψευδαργύρου και μολύβδου στη Γερμανία.
Οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις Tl που έχουν βρεθεί σε εδάφη ήταν κοντά σε παλιά ορυχεία ψευδαργύρου: μέγιστη 73 ppm και ελάχιστη 15 ppm.
Γενικά, όταν η περιεκτικότητα σε θάλλιο είναι από 1 ppm και πάνω, το έδαφος πρέπει να θεωρείται μολυσμένο και να μην καλλιεργείται.
Θάλλιο υπάρχει σε πάρα πολύ μικρές ποσότητες και στο ανθρώπινο σώμα. Πιο συγκεκριμένα, στο αίμα η μέση περιεκτικότητα είναι 4,8×10⁻⁴ mg/L, στο συκώτι 0,004 - 0,033 ppm, στα οστά 0,002 ppm και στους μύες 0,07 ppm. Η μέση ημερήσια απαίτηση του ανθρώπινου οργανισμού σε θάλλιο είναι 0,0015 mg, ενώ η μέση συνολική ποσότητα θαλλίου που υπάρχει σε άνθρωπο 70 Kg είναι 0,5 mg.
Η συνολική περιεκτικότητα του θαλλίου στον πλανήτη Ερμή είναι 4,4×10⁻⁵ ppm, ενώ στον πλανήτη Αφροδίτη είναι περίπου 0,00405 ppm.

Γεωχημεία του θαλλίου

Η κατανομή του θαλλίου στο φλοιό της Γης δείχνει ότι η συγκέντρωσή του αυξάνεται με την αύξηση της οξύτητας των πυριγενών πετρωμάτων και με την αύξηση της αργίλου στα ιζηματογενή πετρώματα. Τα μαφικά (βασάλτες, γάββροι) και υπερμαφικά πετρώματα (δουνίτες, περιδοτίτες, πυροξενίτες) περιέχουν θάλλιο από 0,05 ppm έως 0,4 ppm και τα όξινα πετρώματα (γρανίτες, γνεύσιοι, τραχίτες, δασίτες) από 0,5 ppm έως 2,3 ppm. Αλκαλικά ιζηματογενή πετρώματα (δολομίτες, σχιστόλιθοι, ψαμμίτες, αργιλικά ιζήματα) περιέχουν από 0,01 ppm έως 2 ppm Tl, ενώ επιφανειακά ιζήματα του Ειρηνικού ωκεανού περιέχουν από 0,27 ppm έως 1,25 ppm. Ωκεάνιοι κόνδυλοι περιέχουν στο μεν Ατλαντικό από 87 ppm έως 118 ppm, στον δε Ειρηνικό ωκεανό από 23 ppm έως 226 ppm. Τα κοιτάσματα γαιανθράκων περιέχουν πολύ λιγότερο θάλλιο. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ορυκτοί άνθρακες στην Αυστρία περιέχουν από 0,1 ppm έως 1,5 ppm.
Το θάλλιο συμπεριφέρεται κυρίως ως χαλκόφιλο στοιχείο, προτιμά δηλ. τα θειούχα ορυκτά και είναι συμβατό με το θειούχο τήγμα παρά με το πυριτικό μάγμα. Επειδή, όμως, παρατηρούνται και εμφανίσεις του σε ορυκτά του καλίου, μερικές φορές συμπεριφέρεται και ως λιθόφιλο. Το κατιόν Tl⁺ έχει παρόμοιο μέγεθος με τα κατιόντα Rb⁺ και Pb²⁺ και μάλιστα αντικαθιστά εν μέρει το τελευταίο σε ορυκτά όπως ο γαληνίτης, PbS.
Κατά τη διάρκεια της αποσάθρωσης των πετρωμάτων, το θάλλιο, ως Tl⁺, μετακινείται και μεταφέρεται μαζί με τα διαλύματα των αλκαλιμετάλλων και απομακρύνεται από αυτά με προσρόφηση στην άργιλο. Παρόλα αυτά συχνότερα σχηματίζεται επί τόπου, χωρίς μετακίνηση από την αρχική θέση απόθεσης, μαζί με πηλούς και οξείδια μαγγανίου και σιδήρου. Είναι γνωστή επίσης η απορρόφηση του θαλλίου από οργανική ύλη, ιδιαίτερα σε αναγωγικές συνθήκες.

Κοιτάσματα θαλλίου

Λίγα είναι τα κοιτάσματα στα οποία το θάλλιο είναι το βασικό μέταλλο. Από τα ορυκτά των κοιτασμάτων αυτών δεν ανακτάται θάλλιο γιατί είναι οικονομικά ασύμφορη η εξαγωγή του. Έτσι, τα κοιτάσματα αυτά αναφέρονται απλά ως σχηματισμοί με αυξημένη περιεκτικότητα σε Tl.
Κοιτάσματα της Κίνας. Το 2005 ανακαλύφθηκε ένα σημαντικό κοίτασμα θαλλίου στο Ξιανγκουάν (Xiangquan) στα βορειοανατολικά σύνορα της επαρχίας Γιανγκτζί (Yangtze) στην ανατολική Κίνα. Τα δύο σημαντικότερα μεταλλογενετικά γεγονότα που οδήγησαν στο σχηματισμό αυτού του κοιτάσματος ήταν ο υδροθερμικός εμπλουτισμός του πυθμένα της αρχαίας θάλασσας που υπήρχε στην περιοχή και η υδροθερμική επανεπεξεργασία κατά τη διάρκεια της ορογένεσης Γιανσανιάν (Yanshanian) του Μεσοζωικού αιώνα. Το κύριο σώμα του κοιτάσματος έχει μήκος 120 – 400 m, πλάτος 10 – 15 m και πάχος 0,9 - 1,2 m. Το θάλλιο που υπάρχει εκτιμάται στους 250 τόνους. Το κοίτασμα περιβάλλεται από σιδηροπυρίτη και περιέχει λορανδίτη του τύπου TlAsS₂, χατσινσονίτη του τύπου TlFeS₂ και αβικεννίτη.
Yψηλές συγκεντρώσεις Tl, συνδεόμενες με το ορυκτό λορανδίτης, εντοπίστηκαν και σε πετρώματα στη νοτιοδυτική περιοχή Γκουιτζού (Guizhou) της Κίνας, οι οποίες σχετίζονται με διάφορα ευρέως διασπαρμένα κοιτάσματα χρυσού (Au), υδραργύρου (Hg), αρσενικού (As) και ορυκτών ανθράκων. Οι συγκεντρώσεις του Tl κυμαίνονται από 100 ppm έως 35000 ppm στα θειούχα μεταλλεύματα και μεταξύ 39 ppm και 490 ppm στα φιλοξενούντα πετρώματα. Στα κοιτάσματα χρυσού της περιοχής αυτής, το θάλλιο κυμαίνεται από 0,22 ppm έως 16 ppm ενώ στο γαιάνθρακα το θάλλιο είναι εμπλουτισμένο έως και 46 ppm σε σχέση με τη μεταλλογενετική ζώνη Au-As-Hg-Tl.
Στην Κίνα έχουν βρεθεί επίσης και κοιτάσματα τύπου Carlin που περιέχουν αυξημένες συγκεντρώσεις θαλλίου. Γεωλογικά στοιχεία αποδεικνύουν ότι τα κοιτάσματα αυτά σχηματίστηκαν κατά την ύστερη φάση της ορογένεσης Yanshanian (140-75 εκατομμύρια χρόνια).
Κοιτάσματα της Βόρειας Μακεδονίας. Το κοίτασμα χρυσού Άλτσαρ (Allchar) της FYROM είναι τύπου Carlin, υδροθερμικό χαμηλής θερμοκρασίας που περιέχει επίσης και αρσενικό, αντιμόνιο, υδράργυρο και θάλλιο. Είναι το μοναδικό κοίτασμα αυτού του τύπου στην Ευρώπη. Από το 1880 έως το 1908 γινόταν εντατική εξόρυξη αντιμονίου, αρσενικού και θαλλίου. Τα εναπομείναντα αποθέματα θαλλίου εκτιμώνται σήμερα σε 500 τόνους περίπου και το κύριο ορυκτό είναι ο λορανδίτης παρόλο που κατά καιρούς έχουν ανακαλυφθεί και άλλα ορυκτά του θαλλίου όπως ο γιανκοβίτης, ο φαγκίτης και ο μπερναρντίτης. Τα μεταλλοφόρα τμήματα του κοιτάσματος φιλοξενούνται σε ανθρακικά πετρώματα του Τριαδικού, σε εμβόλιμες ηφαιστειακές συμπαγείς τέφρες και δολομίτες του Τριτογενούς καθώς και σε όξινα μαγματικά πετρώματα του Πλειόκαινου. Με χημικές αναλύσεις σε ορυκτά αρσενικούχου χρυσού διαπιστώθηκε ότι η υψηλότερη συγκέντρωση θαλλίου ήταν περίπου 6900 ppm.

Ορυκτά

Παρόλο που είναι γνωστά πάνω από 50 ορυκτά του θαλλίου, τέσσερα είναι αυτά που απαντώνται συχνότερα στη φύση: ο κρουκσίτης με τύπο Cu₇(Tl,Ag)Se₄ που περιέχει 16,3 % Tl και που έχει βρεθεί κυρίως στη Σουηδία, ο λορανδίτης με τύπο TlAsS₂ που περιέχει 59,51 % Tl και που υπάρχει σε πολλά μέρη του κόσμου, ο ουρμπαΐτης με γενικό τύπο Tl₄Hg₃Sb₂As₈S₂₀ και με 28,16 % Tl και ο χατσινσονίτης με γενικό τύπο (Pb,Tl)₂As₅S₉ και 19 % Tl. Το ορυκτό με τη μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε θάλλιο είναι ο αβικεννίτης με τύπο Tl₂O₃ που περιέχει 92,74 % Tl. Τα ορυκτά αυτά όμως σπανίως χρησιμοποιούνται για ανάκτηση και εμπορική αξιοποίηση του μετάλλου.
Μια νέα παραλαγή μουρουνσκίτη (K₂Cu₃FeS₄) πλούσιου σε θάλλιο (24,31 % Tl) εντοπίστηκε ανάμεσα σε ορυκτά σουλφίδια στο όρος Kedykverpakhk στη χερσόνησο Kola της Ρωσίας το 2006. Ο μουρουνσκίτης είναι ορυκτό της ομάδας του θαλκουσίτη (TlCu₃FeS₄) η οποία περιλαμβάνει επίσης και τον μπουκοβίτη (Tl₂Cu₃FeSe₄)
Το 1976 ανακαλύφθηκε στα ορυχεία χαλκού-νικελίου στην περιοχή Norilsk-Talnakh της Σιβηρίας ένα νέο θειούχο ορυκτό του θαλλίου, ο θαλκουσίτης με τύπο Cu₃₋ₓTl₂Fe₁₊ₓS₄.

Παραγωγή - Αποθέματα θαλλίου

Το θάλλιο σήμερα παράγεται από τα καυσαέρια των υψικαμίνων και γενικότερα τα κατάλοιπα που συλλέγονται κατά την τήξη μεταλλευμάτων κυρίως του χαλκού, του ψευδαργύρου και του μολύβδου.
Από το 1980 έως το 2002, η παγκόσμια παραγωγή θαλλίου ήταν κατά μέσο όρο 15 τόνοι το χρόνο. Από το 2003 και μέχρι το 2009 μειώθηκε στους 10 τόνους. Οι Η.Π.Α. από το 1973 έως και το 1977 παρήγαγαν περίπου 1 τόνο θαλλίου το χρόνο, ενώ από το 1981 και μετά σταμάτησαν εντελώς την παραγωγή του μετάλλου και των ενώσεών του και πλεον εισάγουν τις απαραίτητες ποσότητες για τις βιομηχανίες τους κυρίως από τη Ρωσία, τη Γερμανία και τις Κάτω Χώρες. Τα κατάλοιπα της επεξεργασίας θειούχων ορυκτών και μεταλλευμάτων, που περιέχουν αξιοποιήσιμες ποσότητες θαλλίου, τα εξάγουν σε άλλες χώρες στις οποίες το θάλλιο διαχωρίζεται και εξευγενίζεται. Κατόπιν, το επανεισάγουν καθαρό και ραφιναρισμένο.
Οι μεγαλύτεροι παραγωγοί θαλλίου είναι η Κίνα και το Καζακστάν, παρόλο που κι άλλες χώρες (Γερμανία, Ρωσία, Ολλανδία) εξάγουν θάλλιο. Μόνο στο Καζακστάν το θάλλιο μορφοποιείται σε ράβδους δύο ποιοτήτων Tl-0 και Tl-1. Η ποιότητα Tl-1 αναφέρεται σε καθαρότητα τουλάχιστον 99,99 %. Οι ράβδοι θαλλίου τυλίγονται σε χαρτί παραφίνης εξαιτίας της τοξικότητας του μετάλλου αλλά και για να αποφευχθεί η οξείδωση από τον αέρα.
Το παγκόσμιο απόθεμα του μετάλλου εκτιμάται από τη Γεωλογική Υπηρεσία των Η.Π.Α. (USGS) συνολικά σε 380 τόνους, από τους οποίους οι 32 βρίσκονται στις Η.Π.Α. και οι υπόλοιποι στον υπόλοιπο κόσμο. 
Τα παγκόσμια αποθέματα θαλλίου που περιέχονται σε ορυκτά του ψευδάργυρου εκτιμώνται σε 17.000 τόννους και τα περισσότερα βρίσκονται στον Καναδά, στις Η.Π.Α. και στην Ευρώπη. Θάλλιο έχει εντοπιστεί επίσης και σε κοιτάσματα γαιανθράκων, αλλά ακόμη δεν έχει βρεθεί οικονομικός τρόπος ανάκτησής του. Στα κοιτάσματα αυτά και σε όλο τον κόσμο,εκτιμάται ότι υπάρχουν περίπου 630.000 τόννοι του μετάλλου.

Οικονομικά στοιχεία

Το θάλλιο είναι σήμερα το 9ο ακριβότερο μέταλλο. H εκτιμώμενη τιμή για μέταλλο καθαρότητας 99,999 % σε μορφή κόκκων ή ράβδων 100 έως 250 g για το 2009 εκτιμήθηκε σε περίπου 5.700 δολάρια/Kg καθώς η προσφορά είναι σχετικά περιορισμένη. Η τιμή του θαλλίου αυξάνεται σταθερά τα τελευταία χρόνια και ήδη έχει τριπλασιαστεί από το 2005
Για περίπου 40 χρόνια, από το 1942 έως το 1980, η τιμή του θαλλίου ήταν κατά μέσο όρο περίπου 21 δολάρια/Kg. Αυτό οφειλόταν στο γεγονός ότι η μόνη χρήση του θαλλίου και των ενώσεών του ήταν σε ποντικοφάρμακα και εντομοκτόνα. Από το 1981 έως και το 1986, η τιμή ανέβηκε στα 86 δολάρια/Kg κατά μέσο όρο επειδή σταμάτησε η οικιακή χρήση του για εξολόθρευση τρωκτικών λόγω της τοξικότητάς του. Από το 1987 και μετά υπήρξε μια ραγδαία αύξηση της τιμής η οποία από τα 176 δολάρια/Kg το 1988 (τιμές δολαρίου 2008) εκτοξεύθηκε στα 948 δολάρια/Kg το 1994, για μια δεκαετία από το 1995 έως το 2005 έμεινε κατά μέσο όρο στα 1300 δολάρια/Kg και μετά αυξήθηκε πάλι από τα 4650 δολάρια/Kg το 2006 στα 4900 δολάρια/Kg το 2008. Αυτή η αύξηση του κόστους του θαλλίου αποδίδεται στο γεγονός ότι παράλληλα με τις παραδοσιακές χρήσεις, άρχισε να βρίσκει εφαρμογή στην έρευνα και στην κατασκευή ημιαγωγών, ενώ ισότοπά του άρχισαν να χρησιμοποιούνται από τις αρχές της δεκαετίας του 1980 και στην καρδιαγγειακή απεικόνιση για την ανίχνευση καρδιακών νοσημάτων. Με την εμφάνιση αυτών των νεότερων και ασφαλέστερων χρήσεων του θαλλίου, αυξήθηκε και η ζήτηση για μεγαλύτερη καθαρότητα του μετάλλου και κατά συνέπεια και το κόστος του.
Ένα άλλο γεγονός που επηρέασε την παγκόσμια αγορά θαλλίου στα μέσα του 2009 ήταν η έλλειψη του ισοτόπου τεχνητίου-99 που χρησιμοποιείται ευρέως στην ιατρική απεικόνιση, λόγω εργασιών επισκευής στους δύο από τους πέντε αντιδραστήρες παραγωγής του ισοτόπου στον Καναδά και στις Κάτω Χώρες και χωρίς να ήταν σαφές το πότε θα ολοκληρώνονταν αυτές οι εργασίες. Το ⁹⁹Tc έχει μικρό χρόνο ημιζωής, δε μπορεί να αποθηκευθεί και προτιμάται στην ιατρική έναντι άλλων ραδιοϊσοτόπων λόγω του κόστους, της διαθεσιμότητας και της ανώτερης εικόνας που παράγει. Η πιο κοινή εναλλακτική λύση ήταν το ισότοπο ²⁰¹Tl το οποίο στις Η.Π.Α. κάλυπτε μέχρι τότε περίπου το 25 % των απεικονίσεων. Σε αντιστάθμιση της έλλειψης του Tc, ορισμένοι παραγωγοί ιατρικού εξοπλισμού αύξησαν την παραγωγή ²⁰¹Tl προκειμένου να ανταποκρίθούν στην αναμενόμενη ζήτηση.

Ανίχνευση θαλλίου με φασματοσκοπικές μεθόδους

Το θάλλιο έχει δύο έντονες γραμμές εκπομπής στα 377,57 nm και στα 535,05 nm. Η καλύτερη διακριτικότητα στη φλογοφασματοφωτομετρία εκπομπής επιτυγχάνεται με φλόγα ακετυλενίου-οξειδίου του αζώτου με κόκκινη ζώνη 4 mm. Τα άτομα θαλλίου είναι παρόντα ως ελεύθερα άτομα. Παρόλα αυτά, με χρήση της προηγούμενης φλόγας, παρατηρείται ιονισμός κατά 40 % γι' αυτό στα δείγματα προς εξέταση ή στα πρότυπα δείγματα πρέπει να προστίθεται κάποιος αναστολέας ιοντισμού έτσι ώστε να αποτρέπεται η δημιουργία ιόντων θαλλίου.
Πολλά στοιχεία και ανιόντα φαίνεται να ενισχύουν την απορρόφηση της γραμμής στα 276,78 nm, κάποια αναμφίβολα διαμέσου του αναστολέα ιονισμού του θαλλίου.
Την ανίχνευση παρεμποδίζουν σύμπλοκα με βρώμιο μέσα σε 4-μεθυλο-2-πεντανόνη ή 2-οκτανόνη ή ως χηλικές ενώσεις με διαιθυλο-διθειο-καρβαμίδιο.
Τα όρια ανίχνευσης θαλλίου για φλογοφασματομετρία ατομικής απορρόφησης στα 276,78 nm είναι τα 20 ng/mL ενώ για τη δημιουργία ανιχνεύσιμης γραμμής με εκπομπή φλόγας στα 377,57 nm είναι τα 3 ng/mL και στα 535,05 nm είναι το 1,5 ng/mL.

Ενώσεις του θαλλίου

Το θάλλιο σχηματίζει ενώσεις με αριθμούς οξείδωσης +1 και +3. Οι ενώσεις του Tl⁺ είναι πολύ σταθερές σε σχέση με τις ενώσεις του Tl³⁺ οι οποίες ανάγονται εύκολα προς ενώσεις Tl⁺ γεγονός που φαίνεται και από το θετικό κανονικό δυναμικό της ημιαντίδρασης σε υδατικό διάλυμα : Tl³⁺ + 2e → Tl⁺, E⁰ = + 1,25 V.
Φασματοσκοπικά έχει διαπιστωθεί και η ύπαρξη του κατιόντος Tl²⁺ σε γ-ακτινοβολημένα υδατικά διαλύματα Tl₂SO₄ σε κατάσταση ψύξης και έχει προταθεί η χρήση του ως ενδιάμεσο στη φωτοχημική αναγωγή διαλυμάτων Tl³⁺. Έχουν μάλιστα παρασκευαστεί και ενώσεις του Tl(II) με αλογόνα όπως Tl[TlX₄] (X = Cl, Br) και Tl₃[TlX₆].

Ενώσεις του θαλλίου (ΙΙΙ)

Αλογονίδια. Τα τριαλογονίδια του θαλλίου είναι λιγότερο σταθερά και τελείως διαφορετικά από χημικής άποψης από τις αντίστοιχες ενώσεις του αργιλίου, του γαλλίου και του ινδίου. Τα TlCl₃, TlBr₃ είναι ομοιοπολικές ενώσεις σε άνυδρη μορφή και είναι πολύ ασταθείς μετατρεπόμενες στα αντίστοιχα αλογονίδια του Tl(I). Το TlF₃ είναι το σταθερότερο από τα προηγούμενα, παρουσιάζει ιοντικό χαρακτήρα και έχει υψηλό σημείο βρασμού. Το TlI₃ στην πραγματικότητα δεν περιέχει Tl³⁺ αλλά είναι ένωση του Tl⁺ που περιέχει το γραμμικό τριιωδιούχο ιόν I₃⁻ και έχει το συντακτικό τύπο Tl⁺[I-I-I]⁻.
Οξείδιο, οξοενώσεις, σουλφίδιο, σεληνίδιο, τελλουρίδιο. Το Tl₂O₃ είναι αδιάλυτο στο νερό και αποσυντίθεται στα οξέα. Σε πυκνό διάλυμα NaOH και παρουσία Ba(OH)₂, το ένυδρο Tl₂O₃.xH₂O σχηματίζει Ba₂[Tl(OH)₆]OH. Γνωστές είναι και οι οξο-ενώσεις TlO(OH), TlOX. Οι ενώσεις Tl₂S₃, Tl₂Se₃, Tl₂Te₃ πιθανόν περιέχουν Tl(I) παρά Tl(III).
Υδροξείδιο. Το Tl(OH)₃ δε διαλύεται στο νερό και δεν έχει τόσο έντονο αλκαλικό χαρακτήρα όπως το TlOH.
Υδρίδια. Ενώ έχουν περιγραφεί σταθερά υδρίδια των άλλων στοιχείων της 13ης ομάδας του περιοδικού πίνακα όπως πχ. τα βοράνια, (BH₃)ₙ, τα αργιλάνια, (AlH₃)ₙ και τα γαλλάνια, (GaH₃)ₙ, δεν έχουν χαρακτηριστεί υδρίδια ινδίου και θαλλίου που είναι θεωρητικές ενώσεις με ονόματα ινδάνια (InH₃)ₙ και θαλλάνια (TlH₃)ₙ. Οι ενώσεις αυτές πρέπει να είναι πάρα πολύ ασταθείς και αποσυντίθενται αμέσως προς μέταλλο και υδρογόνο. Αντιθέτως είναι γνωστες άλλες υδρογονούχες ενώσεις του Tl(III) όπως το μικτό υδρίδιο λιθίου-θαλλίου, Li[TlH₄] που παρασκευάζεται σε θερμοκρασία -25 °C ή -15 °C και αποσυντίθεται στους 0 °C αλλά και το χλωρίδιο θαλλίου-διβορανίου TlCl(BH₄)₂ που παρασκευάζεται στους -110 °C και αποσυντίθεται στους -95 °C. Επίσης το διθαλλάνιο, Tl₂H₄ έχει δομή H₂Tl-TlH₂ και είναι ασταθές.
Αλογονο-σύμπλοκα. Έχουν παρασκευαστεί και μελετηθεί αρκετά αλογονο-σύμπλοκα του Tl(ΙΙΙ) προερχόμενα από τα TlCl₃, TlBr₃ και το «υποθετικό» TlI₃. Σ'αυτά περιλαμβάνονται [TlX₄]⁻ (τετραεδρικό Tl, συμμετρία Td), [TlX₆]³⁻ (οκταεδρικό Tl, συμμετρία Oₕ) και Tl₂X₉³⁻ το οποίο έχει οκταεδρική δομή [X₃TlX₃TlX₃]³⁻.
Οργανικές ενώσεις. Οι οργανικές ενώσεις που περιέχουν Tl(ΙΙΙ) είναι άχρωμα υγρά ή στερεά και παρασκευάζονται με διάφορες μεθόδους (πρωτόλυση, υδρομεταλλίωση κλπ.). Είναι ενώσεις ευαίσθητες στο νερό και στον αέρα και αποσυντίθενται με έκρηξη. Έτσι, η ένωση (CH₃)Tl λιώνει στους 38,5 °C και βράζει στους 147 °C, το υδροξείδιο (CH₃)₂TlOH είναι ισχυρή βάση και αντιδρά με υπερχλωρικό, θειικό ή νιτρικό οξύ σχηματίζοντας εφυδατωμένο ιόν (CH₃)₂Tl⁺(aq).

Μικτά αλογονίδια

Τα μικτά αλογονίδια δεν έχουν μελετηθεί σε μεγάλο βαθμό και περιέχουν Tl(Ι) και Tl(ΙΙΙ) όπου το Tl(III) είναι με τη μορφή του συμπλόκου ιόντος [TlCl₄]⁻. Ορισμένες χαρακτηριστικές ενώσεις αυτής της κατηγορίας είναι το TlCl₂ που έχει τη δομή 
TlᴵTlᴵᴵᴵCl₄, το κίτρινο Tl₂Cl₃
με τη δομή Tlᴵ₃ TlᴵᴵᴵCl₆, το TlBr₂
με τη δομή TlᴵTlᴵᴵᴵBr₄ κ.ά.

Φάσεις Τσιντλ (Zintl)

Ο όρος φάσεις Zintl υποδηλώνει μια κατηγορία διαμεταλλικών ιοντικών ενώσεων κάθε μια από τις οποίες αποτελείται από τη συνένωση ενός κατιόντος αλκαλιμετάλλου, μετάλλου αλκαλικών γαιών ή μετάλλου των λανθανιδών με ανιόν που προέρχεται από στοιχείο των ομάδων 13, 14, 15 ή 16. Οι ενώσεις αυτές ονομάστηκαν έτσι από το Γερμανό χημικό Έντουαρντ Τσιντλ (Eduard Zintl) που τις ανακάλυψε τη δεκαετία του 1930. Ο όρος Φάσεις Zintl χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον επίσης Γερμανό χημικό Φριτς Λάφες (Fritz Laves) το 1941. Οι φάσεις Zintl δεν έχουν τις ιδιότητες των αλάτων αλλά των μετάλλων δηλ. υψηλό σημείο τήξης, είναι ελατές και όλκιμες, είναι ηλεκτρικά αγώγιμες και χρησιμοποιούνται ως ημιαγωγοί. Κλασσικότερο παράδειγμα φάσης Zintl αποτελεί η ένωση Na⁺Tl– η οποία αποτελείται από το πολυμερές ανιόν (-Tl–-)ₙ με ομοιοπολική δομή διαμαντιού μέσα στην οποία τοποθετούνται τα κατιόντα Na⁺. Στο NaTl το μήκος δεσμού Tl—Tl είναι 324 pm, μικρότερο από τις αποστάσεις επαφής στο μεταλλικό θάλλιο που είναι 343 pm.

Εφαρμογές

Παλιότερες χρήσεις. Από τις ενώσεις του θαλλίου, το θειικό θάλλιο χρησιμοποιήθηκε ως δηλητήριο κατά των ποντικών και των μυρμηγκιών. Από το 1975 απαγορεύθηκε η χρήση του στις Η.Π.Α. και σε άλλες χώρες για λόγους ασφαλείας. Άλατα θαλλίου χρησιμοποιήθηκαν στη θεραπεία διαφόρων δερματικών μολύνσεων καθώς και στην καταπολέμηση της νυκτερινής εφίδρωσης των ασθενών που έπασχαν από φυματίωση. Ωστόσο οι χρήσεις αυτές έχουν περιοριστεί λόγω της μικρής θεραπευτικής τους αξίας, αλλά και λόγω της ανάπτυξης πιο προηγμένων φαρμάκων.
Οπτικά υλικά. Οι κρύσταλλοι βρωμιούχου θαλλίου (Ι) και ιωδιούχου θαλλίου (Ι), με το εμπορικό όνομα KRS-5, έχουν χρησιμοποιηθεί ως υπέρυθρα οπτικά υλικά γιατί είναι σκληρότερα από τα κοινά υπέρυθρα υλικά και επειδή έχουν μετάδοση σε σημαντικά μεγαλύτερα μήκη κύματος. Το οξείδιο του θαλλίου (Ι) έχει χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή γυαλιών που έχουν υψηλό δείκτη διάθλασης. Σε συνδυασμό με το θείο ή το σελήνιο και το αρσενικό, το θάλλιο έχει χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή υψηλής πυκνότητας γυαλιών που έχουν χαμηλά σημεία τήξης της τάξης των 125 και 150 °C. Αυτά τα γυαλιά σε θερμοκρασία δωματίου έχουν ιδιότητες που είναι παρόμοιες με των κοινών γυαλιών, είναι όμως ανθεκτικά, αδιάλυτα στο νερό και έχουν μοναδικό δείκτη διάθλασης. Παρόλο που γίνονται μελέτες και έχουν κατασκευαστεί και άλλα υλικά για να αντικαταστήσουν το θάλλιο στους ανιχνευτές υπέρυθρης και γ-ακτινοβολίας, αυτό παραμένει ανώτερο ποιοτικά και οικονομικότερο για τις συγκεκριμένες εφαρμογές.
Ηλεκτρονικά. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του θειούχου θαλλίου, Tl₂S, μεταβάλλεται όταν αυτό εκτεθεί στο υπέρυθρο φως και αυτή η ιδιότητα το καθιστά χρήσιμο στους φωτοαγωγούς. Το σεληνιούχο θάλλιο (Ι), Tl₂Se έχει χρησιμοποιηθεί σε βολόμετρα, που είναι όργανα που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της ακτινοβολούμενης ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας, για ανίχνευση υπέρυθρων ακτινοβολιών. Ο «εμβολιασμός» των ημιαγωγών σεληνίου με θάλλιο βελτιώνει την απόδοσή τους, και ως εκ τούτου το θάλλιο χρησιμοποιείται σε ίχνη στους ανορθωτές σεληνίου. Ο «εμβολιασμός» (doping) με θάλλιο χρησιμοποιείται και στους κρυστάλλους ιωδιούχου νατρίου (ΝaΙ) που βρίσκονται σε συσκευές ανίχνευσης ακτινοβολίας γάμμα. Η προσθήκη ιχνών θαλλίου ενεργοποιεί τους κρυστάλλους NaI και αυξάνει την αποτελεσματικότητά τους ως γεννήτριες σπινθηρισμών. Επίσης, ορισμένα από τα ηλεκτρόδια στους αναλυτές διαλυμένου οξυγόνου περιέχουν θάλλιο.
Υπεραγωγιμότητα υψηλής θερμοκρασίας. Τα τελευταία είκοσι χρόνια βρίσκονται σε εξέλιξη έρευνες με θάλλιο για την ανάπτυξη υπεραγώγιμων υλικών υψηλής θερμοκρασίας τα οποία θα χρησιμοποιηθούν στη μαγνητική τομογραφία, στην αποθήκευση μαγνητικής ενέργειας, στη μαγνητική πρόωση, καθώς και στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και μεταφοράς. Οι έρευνες ξεκίνησαν μετά την ανακάλυψη το 1988 του πρώτου υπεραγωγού με τύπο Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O₁₀ (TBCCO-2223) που έχει θερμοκρασία μετάβασης σε υπεραγώγιμη κατάσταση –146,15 °C. Το υλικό αυτό ανήκει στην οικογένεια υπεραγωγών υψηλής θερμοκρασίας που αναφέρονται ως θάλλιο ασβέστιο βάριο χαλκός οξείδιο ή TBCCO (προφέρεται «τίμπκο») και έχουν γενικό τύπο TlₘBa₂Can−1CuₙO₂ₙ₊ₘ₊₂.
Πυρηνική ιατρική. το ραδιενεργό ισότοπο θάλλιο-201 (²⁰¹Tl) με χρόνο ημιζωής 73 ωρών ήταν το κύριο διαγνωστικό εργαλείο της πυρηνικής ιατρικής πριν την καθιέρωση και ευρεία εφαρμογή του τεχνητίου-99m (⁹⁹ᵐTc). Το ²⁰¹Tl εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σε τεστ κοπώσεως όπου εγχέεται ενδοφλεβίως και συσσωρεύεται στο μυοκάρδιο, αποκαλύπτοντας τις περιοχές όπου υπάρχει έμφραγμα ή ισχαιμία. Το τεστ με Tl απεικονίζει με μεγαλύτερες λεπτομέρειες τις παθολογικές καταστάσεις των ασθενών με στεφανιαία νόσο απ΄ ό,τι το απλό τεστ κοπώσεως με κυλιόμενο διάδρομο ή ποδήλατο. Το ισότοπο αυτό μπορεί να παραχθεί στο χώρο που θα χρησιμοποιηθεί από μια μεταφερόμενη γεννήτρια παρόμοια με εκείνη που χρησιμοποιείται για την παραγωγή του ⁹⁹ᵐTc. Η γεννήτρια περιέχει μόλυβδο-201 (²⁰¹Pb), που έχει ημιζωή 9,33 ώρες, ο οποίος διασπάται με αρπαγή ηλεκτρονίων προς ²⁰¹Tl. Ο ²⁰¹Pb με τη σειρά του μπορεί να παραχθεί σε κύκλοτρο από το βομβαρδισμό θαλλίου με πρωτόνια ή δευτερόνια προερχόμενα από αντιδράσεις (p, 3n) και (d, 4n).
Άλλες εφαρμογές. Κράμα υδραργύρου-θαλλίου που γίνεται ευτηκτικό όταν περιέχει 8,5 % Tl, καταψύχθηκε στους -60 °C, περίπου 20 °C πιο κάτω από το σημείο πήξης του υδραργύρου. Αυτό το κράμα χρησιμοποιείται σε θερμόμετρα και σε διακόπτες που λειτουργούν σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Στις οργανικές συνθέσεις, τα άλατα του Tl³⁺ όπως το νιτρικό θάλλιο (ΙΙΙ) ή το οξικό θάλλιο (ΙΙΙ), χρησιμοποιούνται στην πραγματοποίηση διαφόρων μετασχηματισμών σε αρωματικές ενώσεις, κετόνες, ολεφίνες κλπ. Το ανθρακικό θάλλιο (Ι), Tl₂CO₃, χρησιμοποιείται ως standard διάλυμα σε τιτλοδοτήσεις με οξύ ή ιωδικό κάλιο, KIO₃. 

Το θάλλιο επίσης αποτελεί συστατικό του κράματος της ανοδικής πλάκας σε μπαταρίες μαγνησίου με θαλλασινό νερό.
Το κορεσμένο υδατικό διάλυμα αποτελούμενο από ίσα μέρη μεθανικού θαλλίου (Ι), HCOOTl, και μηλονικού θαλλίου (Ι), TlOOC-CH₂-COOTl, είναι γνωστό ως διάλυμα Κλερίτσι (Clerici). Το διάλυμα αυτό είναι άοσμο και το χρώμα του μεταβάλλεται από κίτρινο έως διαφανές εξαιτίας της ελάττωσης της συγκέντρωσης των αλάτων θαλλίου που περιέχει. Ανακαλύφθηκε το 1907 από τον Ιταλό ορυκτολόγο και γεωλόγο Ενρίκο Κλερίτσι (Enrico Clerici) και είναι ένα από τα υδατικά διαλύματα με τη μεγαλύτερη πυκνότητα, 4,324 g/mL στους 20 °C. Η πυκνότητά του μάλιστα αυξάνεται στα 5 g/mL καθώς θερμαίνεται από τους 20 στους 90 °C. Χρησιμοποιήθηκε κατά τον 20ο αιώνα για το διαχωρισμό ορυκτών μέσω της πυκνότητάς τους με τη μέθοδο της επίπλευσης, αλλά η χρήση του διακόπηκε λόγω της υψηλής τοξικότητας και της διαβρωτικής του ικανότητάς.