Els empèdocles moderns – William Crookes (1861) i l’element 81 (Tl) – tal•li (niloctuni, Nou)

Ens explica la Bíblia com el dia 17 de les mes 2 de l’any 600 de Noè s’obriren les rescloses del cel i van sobreeixir les aigües abismals del gran oceà. Hi seguí un aiguat de quaranta dies i quaranta nits. Llavors, Noè ja havia entrat a l’arca, juntament amb els seus fills, la seva dona, les seves nores, i les parelles d’animals purs, impurs, ocells i rèptils. Les aigües anaven pujant i eventualment cobriren fins i tot les muntanyes més altes de la terra, deixant fins i tot a aquests punts a set metres de fondària mínima. Tots els ésser de la terra que no eren a l’arca van morir-se ofegats. El diluvi conclogué, però durant els 150 dies següents a la fi del diluvi continuaren totes les terres immerses. No fou fins el dia 17 del mes setè, que l’arca encallà a les muntanyes d’Ararat, i fins el mes desè que ja eren visibles els cims de les muntanyes. Uns 40 dies després, Noè deixà anar el corb i el colom per veure si trobaven terra ja prou eixuta. No fou el cas, i totes dues aus retornaren. Set dies més tard tornà a deixà anar el colom, i ara retornà amb una fulla fresca d’olivera. Set dies després repetí la prova, i ara el colom ja no tornà. El colom amb la branca d’olivera al bec és el símbol de la pau, de la nova Aliança entre Déu i Noè. El verd fresc de l’olivera és sinònim de la vida renascuda. El Regne Vegetal (“Vegetabilia”) és dotat, d’acord amb la concepció aristotèlica, d’ànima vegetativa, cosa que el diferencia del Regne Mineral, però sense ànima sensible, cosa que el diferencia del Regne Animal (que és vegetatiu i sensible). La botànica moderna, fins i tot, quan ens ha de definir a la pràctica quina és la seva matèria d’estudi (el món vegetal) ja ens indica, potser sense dir-nos-ho, que vegetals són tots aquells éssers vius que no són animals. Els detalls de la distinció són sempre compromesos, i hi ha alguns grups d’organismes (els zoòfits, que diria Lamarck) que tan són estudiats per zoòlegs com per botànics. És clar que quan pensem en “vegetals” pensem en els integrants de la “vegetació”, de la “flora”, que són els “vegetals aparents”, macroscòpics, “faneròfits”, com la citada olivera. Els esquemes taxonòmics del segle XX, han redefinit de formes diferents el “Regne Vegetal” o “Regne de les Plantes”. S’han exclòs de vegades els “vegetals unicel•lulars”, d’altres que els “vegetals no-cel•lulòsics” i d’altres més els “vegetals no-fotosintètics”. Fongs i molts grups d’algues han estat doncs exclosos. D’acord amb la teoria endosimbiòtica que explicaria l’origen dels cloroplasts, en el 1981, Cavalier Smith definia les “Archaeplastida” (o “Plastida” o “Primoplantae”), en la quals són inclosos els organismes amb “cloroplasts primaris”, ço és les algues vermelles (rodòfits), els glaucòfits, les algues verdes i tots els seus descendents terrestres. Però el més habitual és fer una definició més estricta, bo i excloent les “algues no-verdes”, per tal de retenir únicament els organismes amb cloroplasts de doble membrana, amb clorofil•la a i b, que emmagatzemen midó i tenen parets cel•lulars de cel•lulosa, tal com feia Copeland en el 1956: les “Viridiplantae”, “Viridiphyta” o “Chlorobionta”. Definicions més estrictes passen a centrar-se únicament en les plantes terrestres (embriòfits) o fins i tot en les plantes vasculars (cormòfits). És en aquest darrer grup, el de les plantes vascular on trobem la major complexitat organogràfica. Algú podria pensar en fer una definició tissular de planta, que exclogués les algues unicel•lulars, però sí tingués present aquells organismes que presenten un cos vegetatiu pluricel•lular poc o gens diferenciat. Els botànics es refereixen a aquest cos com a “tal•lus”, i fou l’antecedent de la major complexitat tissular de les plantes vasculars. Però el “tal•lus” no defineix un grup natural d’organismes, i ha estat adquirit de manera independents per diferents grups de fongs i d’algues. Un grup d’algues verdes tal•loses va donar lloc, a través d’un estatge que avui veiem reflectit en els briòfits (molses i hepàtiques), a les plantes vasculars que han dominat la vegetació continental en els darrers 400 milions d’anys, i que fan del nostre planeta blau també un planeta verd. Nosaltres, en tot cas, arribem al nombre 81 de la nostra sèrie.

Teixit (tal•lus) d’una fulla de molsa (Ptilidium pulcherrimum). Morfològicament les diferents cel•lules semblen força equivalents. En les molses poden aparèixer diferents tipus de teixits, però no trobem vasos autèntics com els dels cormòfits. Els transport intercel•lular de nutrients fa que les molses no puguin assolir grans dimensions i que tinguin un paper discret en la vegetació continental en termes generals

William Crookes i la descoberta del tal•li

Sir William Crookes en 1906

William Crookes va nàixer a Londres el 17 de juny del 1832, fill del matrimoni format per Mary Scott Lewis Rutherford Johnson i Joseph Crookes. Per al sastre Joseph Crookes, immigrat a Londres des del nord d’Anglaterra, aquest era el seu segon matrimoni i William el primogènit. Encara li havien de nàixer quinze infants més.

Interessat per les ciències naturals, particularment per la física i la química, William Crookes ingressà en el Royal College of Chemistry. En el 1850, ja hi feia d’ajudant de laboratori. Sota l’impuls d’August Wilhelm von Hofmann (1818-1892), que havia esdevingut el primer director del College en el 1845, Crookes començà a fer recerca per ell mateix. En el 1851 publicà una primera monografia sobre nous compostos de seleni (cianur de seleni, etc..

En el 1854, deixà el Royal College of Chemistry per passar al Radcliffe Observatory, a Oxford. Crookes hi féu treballs sobre metereologia. En el 1855, accedí a una plaça de professor (lecturer) de química en el Chester Diocesan Training College.

En el 1856, es casà amb la seva promesa, Ellen Humphrey, de Darlington. El matrimoni tindria quatres fills, tres nois i una noia. Residiren a Londres, on William Crookes treballà successivament en diversos projectes científics gairebé sempre de manera independent. Els interessos de Crookes eren ben amplis, no tan sols en l’àmbit de la ciència pura, sinó també en aspectes aplicats, econòmics i socials. Ja era cèlebre per la seva capacitat en el disseny d’experiments físics, sovint amb un aparellatge complex, però elegant. Va ser professor de diversos centres i, en el 1859, va fundar la revista científica Chemical News.

Claude-Auguste Lamy (1820-1878). Natural de Ney (Jura), va estudiar a París. Després de fer de professor a Lille i a Limoges, es va doctorar, i en 1854 esdevingué professor a la universitat de Lille

La descoberta dels elements químics minoritaris, cesi i rubidi, per Robert Bunsen i Gustav Kirchhoff en el 1859-1860, a partir de l’anàlisi espectroscòpica de mostres complexes, frapà investigadors d’arreu. L’espectròmetre de flama aplicat a la química ja duia una certa carrera a l’esquena, però d’ací a servir a la descoberta de nous elements hi havia una passa. Entre els científics que començaren a aplicar-se a la tasca d’identificar línies espectrals hi havia, entre d’altres, en William Crookes, de Londres, i Claude-Auguste Lamy, professor a la facultat ciències i a l’escola central de Lille.

Crookes comença a treballar en l’espectroscòpia de compostos de tel•luri i de seleni. Aquests dos elements compartien algunes característiques químiques, i no era inversemblant que hi hagués algun element més d’aquest grup. Entre les mostres que analitzà n’hi havia residus de les cambres de plom d’una fàbrica d’àcid sulfúric de Tilkerode (Harz, Saxònia). En el 1861, sospità que una línia espectral en la banda del verd podia correspondre’s a un nou element. Aconseguí l’aïllament d’alguns compostos d’aquest element, i ja se sentí prou segur per donar-li el nom de “thallium”, a partir del grec “θαλλός”, que vol dir brot o branca tendra, i que es feia servir especialment en l’època clàssica per referir-se a la branques d’olivera que duien els suplicants. Aquest nom volia reproduir el color de línia espectral distintiva de l’element, del verd viu d’una vegetació jove i vigorosa.

Crookes publicà els resultats. Certament, la quantitat aïllada era migrada, però les reaccions químiques estudiades li aventuraven a pensar que era davant d’un metal•loide del grup del sofre, és a dir del mateix grup del seleni i el tel•luri.

Lamy treballava paral•lelament a Crookes, sense conèixer els seus resultats. Lamy havia construït un espectròmetre d’acord amb la descripció de Kirchhoff i Bunsen. El seu cunyat, Frédéric Kuhlmann, li havia fornit un extracte de seleni obtingut a partir de cambres industrials on es fabricava àcid sulfúric per combustió de pirites. D’aquesta mostra li cridà l’atenció una línia verda, no atribuïble a cap dels “cossos simples” i “compostos minerals” que ja havia estudiat.

En un article a Comptes Rendus, Lamy reconeix la prioritat cronològica de Crookes, fins el punt d’acceptar la denominació de “thallium”. Ara bé, Lamy partia d’una quantitat inicial de mostra superior. Hi aplicà tota una sèrie de processos de purificació, guiats per la citada “línia verda”, fins a aconseguir compostos cristal•lins perfectament definits. Aquests compostos (clorur de tal•li) els va sotmetre a electròlisi, i així aconseguí una mostra elemental de tal•li. El tal•li no era un metal•loide, com havia proposat Crookes, sinó un “veritable metall”, amb unes propietats físiques (densitat d’11,9) que s’apropaven força a les del plom. Era un metall menys blanc que l’argent, amb un viu esclat metàl•lic en la fractura. En fregar-lo amb un cos dur adquiria una tonalitat groga, que Lamy atribuïa a l’oxidació del metall. Era un metall força tou (se’l podia ratllar amb l’ungla) i força mal•leable. El punt de fusió era a 290ºC. Lamy era conscient que sí havia estat possible detectar-lo era per la força d’aquella línia verda (120,5 en l’escala del sodi). Els compostos de tal•li podien ser detectats fins i tot a quantitats de 50 μg. Lamy estudià l’òxid de tal•li (que li recordava als òxids dels metalls alcalins), el clorur, el iodur, el bromur, el sulfur i el fosfur. Analitzà la reactivitat del tal•li metàl•lic en l’aigua i en àcids. Lamy emprengué anàlisis de diversos minerals per veure’n la presència de tal•li, i en detectà en diverses pirites (p.ex. les procedents de localitats belgues de Theux, Namur i Philippeville) i en mostres minerals de Nantes, Bolívia, etc.

Lamy presentà un lingot de 14 grams de tal•li a l’Académie, així com la metodologia d’extracció. En la “International Exhibition” del 1862, s’hi va exposar un lingot de tal•li, i Lamy fou guardonat “per la descoberta d’una font nova i abundant de tal•li”. Crookes protestà aquesta decisió, que semblava atorgar una prioritat a Lamy, i hom volgué resoldre el plet amb una medalla a Crookes amb el títol “per la descoberta del nou element, tal•li”.

L’element fou acceptat amb relativa rapidesa, en reproduir-se les troballes de Crookes i Lamy en diferents laboratoris. El nom de tal•li fou adaptat amb més o menys canvis fonètics i gràfics a totes les llengües. Com a símbol químic, es fixà “Tl”.

La polèmica entre Lamy i Crookes continuà malgrat tot. Lamy sempre defensà el caràcter independent de les seves recerques, mentre que Crookes insistia en la prioritat temporal. El juny del 1863, Crookes fou introduït a la Royal Society. Això i d’altres interessos, van apagar la polèmica. Crookes fou reconegut com el descobridor del tal•li, i Lamy com el primer que el va aïllar.

El tal•li apareix entre els elements més pesants en la classificació d’octets de John Newlands, del 1865. Newlands assigna al Tl el nombre 53, cosa que el situa en el grup del bor.

Tub de Crookes. En la part de sota, el veiem en actiu, a les fosques, il•luminar per la pròpia fluorescència. William Crookes començà a dissenyar aquest aparell en el 1869, a partir del tub que Heinrich Geissler havia construït en el 1857. El tub compta amb un dispositiu que permet fer-ne el buit parcial, i amb dos elèctrodes. En subministrar-hi un alt voltatge, hi ha una emissió de l’ànode al càtode (raigs catòdics), que es poden resseguir per la fluorescència i altres tècniques

En el 1867, William Crookes quedà molt afectat per la mort del seu germà Philip, traspassat als 21 anys mentre treballava en l’extensió del cable telegràfic entre Cuba i Florida. El seu amic, Cromwell Fleetwood Varley el conduí a una sessió espiritista per contactar-hi. De mica en mica, Crookes s’interessa en l’espiritisme.

En la taula periòdica de Mendeleev del 1869, el tal•li hi apareix com el segon element més pesant (Tl = 204), just per sota del plom. El tal•li apareix en el sisè període, dins del grup del liti (metalls alcalins).

En la taula del 1871, més compacta, el tal•li passa al període 11, però ara és adscrit al grup del bor i d’alumini (grup III). Els dissenys posteriors de la taula periòdica, efectivament, deixaran el tal•li associat al grup del bor, però ara ja retornat al període 6.

En el 1871 William Crookes publicà “Select Methods in Chemical Analysis”. Entre 1869 i 1875 desenvolupà un tub de descàrrega elèctrica (tub de Crookes), que li permeté estudià la conductivitat elèctrica de diverses barreges gasoses. A baixa pressió, l’aire electritzat emetia una radiació que adoptava el sentit ànode-càtode (raigs catòdics). Els raigs catòdics podien ser evidenciats per la fluorescència que provocaven en incidir en certes substàncies. També tenien un efecte calorífic. Aquesta “matèria radiant” es propagava en línia recta. En el 1879, Crookes suggeria que la “matèria radiants” o “raigs catòdics” representaven un quart estat de la matèria, més enllà del sòlid-líquid-gas.

En el 1873, William Crookes dissenyà una cambra de buit parcial amb la finalitat de fer pesades més precises sense l’efecte de corrents d’aire. Però se n’adonà que en incidir llum solar sobre les paletes, aquestes s’agitaven. L’aparell, doncs, era una espècie de “molí de llum”, amb possibles aplicacions com a radiòmetre (radiòmetre de Crookes). S’inicià un debat sobre la natura del fenomen. Per Crookes es tractava de la “pressió de la llum”, però en 1879 Osborne Reynolds oferí una explicació alternativa basada en la transpiració termal, és a dir en les interaccions entre les molècules de gas i les de les paletes, que adquirien una energia tèrmica diferencial per acció de la llum

Crookes aplicà el mètode científic a les activitats de mèdiums com Kate Fox (1837-1892), Florence Cook (1856-1904) o Daniel Dunglas Home (1833-1886) entre el 1871 i el 1874. Ell mateix fou testimoni de diversos prodigis, particularment de les aparicions del fantasma de Katie King, convocat per Cook. El febrer del 1875 convidà a casa seva Anna Eva Fay (1851-1927) per fer-hi diversos experiments sobre els seus poders psíquics.

En el 1880, Crookes es traslladà al 7 de Kensington Park Gardens, on establí el seu laboratori. Combinava l’interès per les ciències naturals amb l’interès pel món dels esperits. Es va fer soci de la Societat Teosòfica. En el 1890, ingressà en l’Orde Hermètic de l’Alba Daurada. També entrà en la “Society for Psychical Research”, de la qual esdevingué president.

William Crookes col•laborà amb William Ramsay en diverses recerques. En el 1895, per exemple, fou Crookes qui confirmà espectroscòpicament la presència d’heli en els gasos despresos en la digestió sulfúrica de la cleveïta. Ramsay era al cas de la passió de Crookes pel món dels esperits, però no se’l prenia seriosament ja que “és tan curt de vista que, malgrat una inqüestionable honestedat, no s’hi pot confiar en allò que diu que ha vist”. Certament, Crookes era miop i anava proveït de monocle o de lupa, però no sempre els tenia a mà quan es manifestava algun fantasma. Amb més de seixanta anys, però, ja va començar a dur ulleres de manera continuada.

Els tubs de Crookes, modificats de mil maneres, havien conduït ja a la descoberta dels raigs X. En el tombant de segle, hom identificà els raigs catòdics amb fluxos d’electrons, les partícules subatòmiques responsables dels corrents elèctrics. Les lliçons i els experiments de Crookes encara el feien apreciat en el món científic. En el 1897 fou fet cavaller, i a partir de llavors conegut com a “Sir William Crookes”.

A partir del 1903, especialment, Crookes s’interessà per la radioactivitat. Estudià especialment l’urani, i aconseguí la separació de l’urani-X, el producte de la seva transformació activa. Trobà que les anomenades “partícules p” de la radioactivitat natural podien detectar-se per l’escintil•lació que produïen sobre sulfur de zinc.

En el 1906, William Hope (1863-1933), pioner de la fotografia dels esperits, mostrà a Crookes una placa. En ella, deia Hope s’hi podia veure la imatge de la difunta Ellen Crookes. Crookes hi va veure, malgrat que un col•lega, Oliver Lodge li va intentar debades fer veure que la imatge contenia signes evidents de doble exposició, i que Lady Crookes havia estat copiada d’una fotografia feta en un aniversari de noces. Entre 1907 i 1912, Crookes fou president de Ghost Club. Ell va mateix va ingressar al món dels difunts a Londres el 4 d’abril del 1919, a l’edat de 86 anys.

En el 1907, Enrico Clerici (1862-1938) inventà una solució aquosa d’alta densitat (4250 kg•m-3), gràcies a l’addició de sals orgàniques de tal•li, concretament de format i de malonat. Aquesta alta densitat de la solució de Clerici fa que hi puguin surar diversos minerals. En els anys 1930, fou introduït en protocols de separació per flotació útils en mineralogia i gemologia. Eventualment, hom trobà alternatives menys corrosives i menys tòxiques.

El sulfat de tal•li fou utilitzat com a biocida, per la seva toxicitat, combinada amb el fet d’ésser inodor i insípid. S’aplica com a rodenticida, formicida, etc. Altres sals de tal•li foren aplicades en el tractament de malalties cutànies, inclosa la sudoració nocturna de la tuberculosi. L’índex terapèutic d’aquestes aplicacions era estret, i era fàcil caure en efectes tòxics, de manera que caigueren en desús.

En els anys 1950 i 1960, la premsa es va fer ressò repetidament d’enverinaments deliberats per tal•li. A Austràlia es va arribar a parlar, entre el 1952 i 1953, d’una autèntica “Thallium Craze”, arran de casos que havien fet servir aquest raticida (comercialitzat de vegades com a “Thall-rat”) per enverinar familiars. Nikolai Khohlov, oficial del KGB, esdevingut agent doble en 1953, caigué malalt a Frankfurt, on se li diagnosticà una intoxicació amb tal•li, de la qual fou tractat sense èxit; traslladat als Estats Units sí que se’l va poder guarir amb hidrocortisona i esteroids. El dirigent camerunès Félix-Roland Moumié fou enverinat pels serveis secrets francesos amb tal•li a la ciutat de Ginebra. Un cas també sonat fou, en el 1971, el de Graham Frederick Young, qui enverinà amb tal•li 70 veïns de Bovingdon (Hertfordshire), dels quals moriren tres.

En el 1972, hom prohibí als Estats Units l’ús de sulfat de tal•li, animats en part per tot aquest historial. De mica en mica, altres països han pres la mateixa decisió.

El tal•li: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard de tal•li és de 204,38 uma (204,382-204,385, si l’expressem en interval). Aquest valor resulta de la mitjana ponderada dels seus isòtops naturals, 203Tl i 205Tl. Un llistat complet dels isòtops coneguts fa:
– tal•li-176 (176Tl; 176,00059 uma). Nucli format per 81 protons i 95 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0052 s.
– tal•li-177 (177Tl; 176,996427 uma). Nucli format per 81 protons i 96 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,018 s. Decau normalment a mercuri-176 (amb emissió d’un protó) i, rarament, a or-173 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (177mTl) a 807 keV, que té una semivida de 2,3•10-4 s, i que decau bé a mercuri-176 o a or-173.
– tal•li-178 (178Tl; 177,99490 uma). Nucli format per 81 protons i 97 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,255 s. Decau normalment a or-174 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, rarament, a mercuri-177 (amb emissió d’un protó).
– tal•li-179 (179Tl; 178,99109 uma). Nucli format per 81 protons i 98 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,27 s. Decau normalment a or-175 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, rarament, a mercuri-178 (amb emissió d’un protó). Posseeix un estat metastable (179mTl) a 860 keV, que té una semivida de 0,0016 s. Decau rarament a l’estat basal, i majoritàriament ho fa directament a or-175.
– tal•li-180 (180Tl; 179,98991 uma). Nucli format per 81 protons i 99 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,5 s. Decau majoritàriament (75%) a or-176 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a mercuri-180 (25%; amb emissió d’un positró); amb una freqüència del 0,0001% pateix fissió espontània en ruteni-100 i criptó-80.
– tal•li-181 (181Tl; 180,986257 uma). Nucli format per 81 protons i 100 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,2 s. Decau bé a or-177 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) bé a mercuri-181 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (181mTl) a 857 keV, que té una semivida de 0,0017 s, i que decau bé a or-177 o a mercuri-181.
– tal•li-182 (182Tl; 181,98567 uma). Nucli format per 81 protons i 101 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,0 s. Decau normalment (96%) a mercuri-182 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (4%), a or-178 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix dos estats metastables, un a 100 keV (182m1Tl; que té una semivida de 2,9 s, i que decau a or-178 o, rarament, a mercuri-182) i un altre a 600 keV (182m2Tl).
– tal•li-183 (183Tl; 182,982193 uma). Nucli format per 81 protons i 102 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,9 s. Decau normalment (98%) a mercuri-183 o, alternativament (2%), a or-179 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix dos estats metastables, un a 630 keV (183m1Tl; que té una semivida de 0,0533 s, i que decau bé a l’estat basal (99,99%) o a or-179 (0,01%)) i un altre a 976,8 keV (183m2Tl; que té una semivida de 1,48•10-6 s).
– tal•li-184 (184Tl; 183,98187 uma). Nucli format per 81 protons i 103 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9,7 s. Decau a mercuri-184, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 100 keV (184m1Tl; que té una semivida de 10 s, i que decau a mercuri-184 (97,9%) o a or-180 (2,1%)) i un altre a 500 keV (184m2Tl; que té una semivida de poc més de 2•10-8 s).
– tal•li-185 (185Tl; 184,97879 uma). Nucli format per 81 protons i 104 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 19,5 s. Decau bé a or-181 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) bé a mercuri-185 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (185mTl) a 452,8 keV, que té una semivida de 1,93 s, i que decau bé a l’estat basal (99,99%) o directament a or-181 (0,01%) o a mercuri-185.
– tal•li-186 (186Tl; 185,97833 uma). Nucli format per 81 protons i 105 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 40 s. Decau normalment a mercuri-186 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,006%), a or-182 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix dos estats metastables, un a 320 keV (186m1Tl; que té una semivida de 27,5 s, i que decau mercuri-186) i un altre a 690 keV (186m2Tl; que té una semivida de 2,9 s).
– tal•li-187 (187Tl; 186,975906 uma). Nucli format per 81 protons i 106 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 51 s. Decau normalment a mercuri-187 (amb emissió d’un positró) o, rarament, a or-183 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (187mTl) a 335 keV, que té una semivida de 15,6 s, i que decau bé a l’estat basal o directament a or-183 o mercuri-187.
– tal•li-188 (188Tl; 187,97601 uma). Nucli format per 81 protons i 107 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 71 s. Decau a mercuri-188, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 40 keV (188m1Tl; que té una semivida de 71 s, i que decau a mercuri-188) i un altre a 310 keV (188m2Tl; que té una semivida de 0,041 s).
– tal•li-189 (189Tl; 188,973588 uma). Nucli format per 81 protons i 108 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 140 s (2 minuts). Decau a mercuri-189, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (189mTl) a 257,6 keV, que té una semivida de 84 s i que decau a l’estat basal (4%) o a mercuri-189 (96%).
– tal•li-190 (190Tl; 189,97388 uma). Nucli format per 81 protons i 109 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 160 s (3 minuts). Decau a mercuri-190, amb emissió d’un positró. Posseeix tres estats metastables, un a 130 keV (190m1Tl; que té una semivida de 220 s i que decau a mercuri-190), un altre a 290 keV (190m2Tl; que té una semivida de 7,5•10-4 s) i un tercer a 410 keV (190m3Tl; que té una semivida de poc més de 1•10-6 s).
– tal•li-191 (191Tl; 190,971786 uma). Nucli format per 81 protons i 110 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1200 s (20 minuts). Decau a mercuri-191, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (191mTl) a 297 keV, que té una semivida de 313 s i que decau a mercuri-191.
– tal•li-192 (192Tl; 191,97223 uma). Nucli format per 81 protons i 111 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 580 s (10 minuts). Decau a mercuri-192, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 160 keV (192m1Tl; que té una semivida de 648 s i que decau a mercuri-192) i un altre a 407 keV (192m2Tl; que té una semivida de 2,96•10-7 s).
– tal•li-193 (193Tl; 192,97067 uma). Nucli format per 81 protons i 112 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1300 s (22 minuts). Decau a mercuri-193, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (193mTl) a 369 keV, que té una semivida de 127 s, i que decau bé a l’estat basal (75%) bé directament a mercuri-193 (25%).
– tal•li-194 (194Tl; 193,97120 uma). Nucli format per 81 protons i 113 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1980 s (33 minuts). Decau normalment a mercuri-194 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,0000001%), a or-190 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (194mTl) a 300 keV, que té una semivida de 1970 s, i que decau a mercuri-194.
– tal•li-195 (195Tl; 194,969774 uma). Nucli format per 81 protons i 114 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4180 s (1 hora). Decau a mercuri-195, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (195mTl) a 482,63 keV, que té una semivida de 3,6 s, i que decau a l’estat basal.
– tal•li-196 (196Tl; 195,970481 uma). Nucli format per 81 protons i 115 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6620 s (2 hores). Decau a mercuri-196, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (196mTl) a 394,2 keV, que té una semivida de 5080 s, i que decau bé a l’estat basal (4,5%) o directament a mercuri-196 (95,5%).
– tal•li-197 (197Tl; 196,969575 uma). Nucli format per 81 protons i 116 neutrons. És un isòtop inestables, amb una semivida de 1,02•104 s (3 hores). Decau a mercuri-197, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (197mTl) a 608,22 keV, que té una semivida de 0,54 s, i que decau a l’estat basal.
– tal•li-198 (198Tl; 197,97048 uma). Nucli format per 81 protons i 117 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,9•104 s (5 hores). Decau a mercuri-198, amb emissió d’un positró. Posseeix tres estats metastables, un a 543,5 keV (198m1Tl; que té una semivida de 6730 s i que decau bé a l’estat basal (46%) o a mercuri-198 (54%)), un altre a 687,2 keV (198m2Tl; que té una semivida de 1,5•10-7 s) i un tercer a 742,3 keV (198m3Tl; que té una semivida de 0,0321 s).
– tal•li-199 (199Tl; 198,96988 uma). Nucli format per 81 protons i 118 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,67•104 s (7 hores). Decau a mercuri-199, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (199mTl) a 749,7 keV, que té una semivida de 0,0284 s, i que decau a l’estat basal.
– tal•li-200 (200Tl; 199,970963 uma). Nucli format per 81 protons i 119 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9,40•104 s (26 hores). Decau a mercuri-200, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastables, un a 753,6 keV (200m1Tl; que té una semivida de 0,0343 s, i que decau a l’estat basal) i un altre a 762,0 keV (200m2Tl; que té una semivida de 3,3•10-7 s).
– tal•li-201 (201Tl; 200,970819 uma). Nucli format per 81 protons i 120 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,6251•105 s (73 hores). Decau a mercuri-201, per captura electrònica. És l’isòtop més habitual emprat en escintigrafia diagnòstica, per les seves emissions de raigs X (70-80 keV). Posseeix un estat metastable (201mTl) a 919,5 keV, que té una semivida de 0,002035 s i que decau a l’estat basal.
– tal•li-202 (202Tl; 201,972106 uma). Nucli format per 81 protons i 121 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,057•106 s (12 dies). Decau a mercuri-202, amb emissió d’un positró. Se’l pot sintetitzar en ciclotrons per l’activació neutrònica de tal•li estable. Posseeix un estat metastable (202mTl) a 950,19 keV, que té una semivida de 5,72•10-4 s).
– tal•li-203 (203Tl; 202,9723442 uma). Nucli format per 81 protons i 122 neutrons. Teòricament, decau a or-199, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La freqüència isotòpica és de 29.52% (interval de 29,494-29,528%). Posseeix un estat metastable (203mTl) a 3400 keV, que té una semivida de 7,7•10-6 s.
– tal•li-204 (204Tl; 203,9738635 uma). Nucli forma per 81 protons i 123 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,19•108 s (4 anys). Decau normalment (97,1%) a plom-204 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (2,9%), a mercuri-204 (per captura electrònica). Se’l pot sintetitzar per activació neutrònica de tal•li estable en reactors nuclears. Posseeix tres estats metastables, un a 1104 keV (204m1Tl; que té una semivida de 6,3•10-5 s), un altre a 2500 keV (204m2Tl; que té una semivida de 2,6•10-6 s) i un tercer a 3500 keV (204m3Tl; que té una semivida de 1,6•10-6 s).
– tal•li-205 (205Tl; 204,9744275 uma). Nucli format per 81 protons i 124 neutrons. Teòricament, decau a or-201, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La freqüència isotòpica és de 70,48% (amb interval de 70,472-70,506%). És producte final de la cascada de neptuni (la cadena 4n + 1 del neptuni-237). El catió 205Tl205+ és inestable, i decau a plom-205, amb emissió d’un electró. Posseeix dos estats metastables, un a 3290,63 keV (205m1Tl; que té una semivida de 2,6•10-6 s) i un altre a 4835,6 keV (205m2Tl; que té una semivida de 2,35•10-7 s).
– tal•li-206 (206Tl; 205,9761103 uma). Nucli format per 81 protons i 125 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 250 s (4 minuts). Decau a plom-206, amb emissió d’un electró. És present a la natura en forma de traça, ja que és producte intermedi de l’urani-238. Originàriament se’l designà com a “radi E”, abans de la seva identificació química com a tal•li. Posseeix un estat metastable (206mTl) a 2643,11 keV, que té una semivida de 224 s, i que decau a l’estat basal.
– tal•li-207 (207Tl; 206,977419 uma). Nucli format per 81 protons i 126 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 286 s (5 minuts). Decau a plom-207, amb emissió d’un electró. És present a la natura en forma de traça, ja que és producte intermedi de l’urani-235. Originàriament se’l designà com a “actini C”, abans de la seva identificació química com a tal•li. Posseeix un estat metastable (207mTl), que té una semivida de 1,33 s, i que decau bé a l’estat basal (99,9%) o directament a plom-207 (0,1%).
– tal•li-208 (208Tl; 207,9820187 uma). Nucli format per 81 protons i 127 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 183,2 s (3 minuts). Decau a plom-208, amb emissió d’un electró. És present a la natura en forma de traça, ja que és producte intermedi del tori-232. Les seves emissions de raigs gamma (2615 keV) destaquen entre les més energètiques de la radioactivitat natural. Originàriament se’l designà com a “tori C”, abans de la seva identificació química com a tal•li.
– tal•li-209 (209Tl; 208,985359 uma). Nucli format per 81 protons i 128 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 129,7 s. Decau a plom-209.
– tal•li-210 (201Tl; 209,990074 uma). Nucli format per 81 protons i 129 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 78,0 s. Decau normalment (99,991) a plom-210 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,009%), a plom-209 (amb emissió d’un neutró i d’un electró). És present a la natura en forma de traça, ja que és producte intermedi de l’urani-238. Originàriament se’l designà com a radi C’’, abans de la seva identificació química com a tal•li.
– tal•li-211 (211Tl; 210,99348 uma). Nucli format per 81 protons i 130 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 60 s.
– tal•li-212 (212Tl; 211,99823 uma). Nucli format per 81 protons i 131 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 30 s.

L’àtom neutre de tal•li conté 81 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p1. És, doncs, l’element del període 6 del grup 13 (el grup del bor, o icosàgens). És comptat entre els metalls de post-transició. L’estat d’oxidació més habitual és +1, per bé que també el podem trobar amb +3, +2, 0 i -5. El radi atòmic és de 1,7•10-10 m.

Peces de tal•li metàl•lic envasades en atmosfera d’argó

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, el tal•li elemental es presenta com un metall de color blanc argentí, extremadament tou (1,2 en l’escala de Mohs) i mal•leable. Se’l pot tallar amb un ganivet fins i tot a temperatura ambient. La densitat és de 11850 kg•m-3. Segueix una estructura cristal•lina hexagonal estretament empacada.

En condicions estàndards de pressió, el tal•li elemental fon a 577 K. La densitat del tal•li líquid en el punt de fusió és de 11220 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el tal•li elemental bull a 1746 K.

Exposat a l’aire, el tal•li metàl•lic adquireix ràpidament una tonalitat blau-grisosa, similar a la del plom en les mateixes condicions. S’hi forma de seguida una gruixuda capa d’òxid.

Efecte de la corrosió sobre un cilindre de tal•li metàl•lic

Exposat a l’aigua, el tal•li metàl•lic dóna lloc a hidròxid de tal•li. El tal•li metàl•lic és atacable per àcid sulfúric (donant lloc a sulfat de tal•li) o àcid nítric (donant lloc a nitrat de tal•li). Exposat a àcid clorhídric, el tal•li resisteix, per la formació d’una capa insoluble de clorur de tal•li.

Entre els compostos de tal•li podem esmentar:
– halurs: TlBr (sòlid cristal•lí de color groc-blanc, de 7557 kg•m-3 de densitat).
– òxids: Tl2O (sòlid higroscòpic de color negre, de 10450 kg•m-3 de densitat), Tl2O3 (sòlid de color negre, inestable a més de 1070 K).
– hidròxids: TaOH (sòlid cristal•lí de color groc, de 7440 kg•m-3 de densitat).
– sulfur: Tl2S (sòlid cristal•lí de color negre, de 8390 kg•m-3 de densitat).
– carbonat: Tl2CO3 (sòlid cristal•lí blanc inodor, de 7110 kg•m-3 de densitat).

L’abundància atòmica del tal•li és el resultat dels processos de nucleosíntesi en supernoves i grans estels, de les rutes de desintegració d’elements més pesants i de l’estabilitat dels seus isòtops. Com a element de Z senar, el tal•li disposa de pocs isòtops quasiestables (tan sols dos). No obstant, és més abundant que no esperaríem pel lloc que ocupa en la taula periòdica. El tal•li és més abundant que un bon nombre d’elements més lleugers (tecneci, indi, praseodimi, prometi, europi, terbi, holmi, tuli, luteci, hafni, tàntal, tungstè i reni). Dels elements més pesants, únicament el plom supera el tal•li en abundància atòmica.

En el planeta Terra, l’abundància global de tal•li és de 0,01 ppm en termes de massa (0,002 ppm en termes atòmics). Element calcòfil, es troba més concentrat en l’escorça terrestre, on arriba a 0,7 ppm en termes de massa. Se’l troba gairebé exclusivament en forma combinada. Les característiques dels cations Tl+ recorden a la dels cations K+ i, efectivament, el tal•li apareix majoritàriament associat a minerals potàssics, en granits, argiles, i així el trobem en sòls. En menor quantitat es troba associat a sulfurs metàl•lics (coure, plom, zinc, ferro). Assoleix també una certa concentració en els nòduls de manganès dels fons oceànics. Entre els minerals més rics en tal•li hi ha la crookesita (TlCu7Se4), la hutchinsonita (TlPbAs5S9) i la lorandita (TlAsS2).

La concentració oceànica típica de tal•li és de 19 μg•m-3. La principal font de concentracions elevades de tal•li en l’aigua són les operacions de processament de minerals amb contingut notable de tal•li (minerals de coure, etc.).

El tal•li es present en l’atmosfera de manera transitòria en forma de traça. Una font antropogènica de tal•li atmosfèric són les emissions gasoses de fàbriques ciment, centrals energètiques de carbó i serraries de metall. La normativa laboral nord-americana, per exemple, recomana no depassar valors de 0,1 mg•m-3 en l’aire.

El tal•li no és un bioelement per a cap organisme. Els cations Tl+ tenen una acció biològica que s’explica per la interferència amb el metabolisme del K+. Això explica la toxicitat de molts compostos solubles de tal•li (I), que són de fàcil absorció tant per la pell, com per via oral i respiratòria. Un altre mecanisme d’acció és la interacció dels cations Tl+ amb grups –SH de proteïnes. En un individu adult típic de 70 kg, podem esperar un contingut corporal de tal•li de 0,5 mg. Les concentracions normals en sang haurien de ser inferiors a 1 μg/L, però s’han arribar a detectar valors de 1-10 mg/L en persones que havien patit una intoxicació aguda amb compostos de tal•li. Com a tractament en casos d’intoxicació amb tal•li es fa servir blau de Prússia per administració oral, així com hemodiàlisis o hemoperfusions; la suplementació amb potassi també contribueix a accelerar la descontaminació interna.

Aplicacions del tal•li

La producció mundial de tal•li és d’unes 10 tones anuals. Fonamentalment, és un subproducte del tractament de minerals de coure, zinc i plom. Se’l recupera bé de la pols dels forns o de l’escòria. Aquesta matèria primera és tractada amb àlcali o àcid (p.ex. àcid sulfúric) i s’hi practiquen diversos cicles de precipitació. En resulta habitualment sulfat de tal•li. El tal•li metàl•lic s’aconsegueix per l’electròlisi en plaques de platí o d’acer inoxidable.

Les aplicacions de tal•li són quantitativament modestes, i fins a cert punt en retrocés. Això explica que hom hagi passat de les 15 tones anuals que es produïen el 1995, als valors actuals. Un augment de la demanada lligat a alguna nova aplicació tecnològica estimularia probablement la producció, i fins i tot l’extracció de minerals rics en tal•li (16-60%). Històricament, entre 1880 i 1908, hom explotà el dipòsit hidrotermal d’Allchar (Macedònia), amb pirita, estibnita, orpiment i realgar, així com lorandita. Aquest dipòsit encara contindria unes 500 tones de tal•li. De fet, en els anys 1980, el dipòsit d’Allchar forní la lorandita necessària per al LOREX, un dosímetre experimental per a la detecció del flux solar de neutrinos de baixa energia (Pavicevic, 1988).

Cristalls, vermells, de lorandita damunt d’orpiment, procedents del dipòsit d’Allchar

En òptica, els cristalls d’halurs de tal•li són utilitzats com a material per a la transmissió, refracció i enfocament de radiació infraroja. Foren desenvolupats per R. Koops a la Fàbrica Òptica de Carl Zeiss en el 1941, i retenen les sigles KRS (“Kristalle aus dem Schmelz-fluss”). El KRS-5 és un bromoiodur de color vermell (TlBr0,4I0,6) i el KRS-6 un bromoclorur incolor (TlBr0,3Cl0,7). El KRS-5 és especialment utilitzat en dispositius òptics on cal un material que sigui insoluble i no-higroscòpic.

Una altra aplicació òptica és l’ús de Tl2O per a la fabricació de lents d’alt índex de refracció. Combinat amb sofre/seleni i arsènic, el tal•li és també utilitzat per a la confecció de vidre òptic d’alta densitat que tingui un baix punt de fusió (400-425 K).

El iodur de tal•li és emprat com a additiu en làmpades d’halur metàl•lic, on contribueix a optimitzar la temperatura i desplaçar l’emissió cap al verd. Això fa interessant aquestes làmpades per a la il•luminació submarina.

L’aliatge mercuri-tal•li esdevé eutèctic a una concentració del 8,5% de Tl. Aquest aliatge eutèctic té una temperatura de fusió de 213 K, mentre que el mercuri fon a 233 K, la qual cosa fa que s’hagi utilitzat en termòmetres de baixa temperatura.

El tal•li és emprat en aliatges d’elèctrodes, com ara en elèctrodes de mesura de l’oxigen dissolt, o en les ànodes de bateries de magnesi.

En algunes tècniques de bany d’or hom afegeix sals solubles de tal•li per accelerar la deposició de l’or i reduir la mida de gra del bany.

En síntesi orgànica, el trinitrat, el triacetat i altres sals de tal•li (III) són utilitzades en diferents reaccions.

Entre les aplicacions electròniques podem esmentar:
– l’ús de Tl2S en fotoresistors. La conductivitat elèctrica de Tl2S varia amb l’exposició a radiació infraroja. De manera similar, el Tl2Se s’utilitza en bolòmetres per a la detecció d’infraroig.
– el tal•li és emprat com a material dopant en semiconductors de seleni (p.ex. en rectificadors). També és utilitzat com a dopant en cristalls de iodur sòdic per a detectors de radiació gamma.

Una aplicació que podria augmentar la demanda de tal•li és la confecció de materials superconductors d’alta temperatura. Ja en 1988, Sheng & Hermann reportaren la superconductivitst a temperatures superiors a 120 K en un sistema Tl-Ca/Ba-Cu-O, i Jia et al. (1994) aconseguiren un superconductor Tl2Ba2Ca2Cu3O10 estable a 130 K amb dopatge de mercuri. Superconductors a temperatures encara més elevades serien interessants en sistemes d’emmagatzematge de la informació, però també en sistemes de generació i transmissió elèctriques o en propulsió magnètica.

Hem parlat abans d’algunes aplicacions mèdiques històriques. Actualment, l’aplicació mèdica més coneguda és l’ús de tal•li-201 en tècniques escintigràfiques. Val a dir que, en moltes d’aquestes tècniques, ha estat desplaçat pel tecneci-99m. El tal•li-201 per a aquestes aplicacions es produeix en generadors portàtils que empren com a matèria primera plom-201, al seu torn produït en ciclotrons (per bombardament de tal•li estable amb protons o deuterons).

Entre aquestes tècniques d’escintigrafia mèdica destaquen les de cardiografia nuclear i, particularment, el test d’estrès. Hom pren gammagrafies després de l’administració de tal•li-201, i abans i després d’un exercici físic o de l’administració d’un vasodilatador (dipiramidol). La comparació de les imatges permet detectar àrees amb lesió isquèmica.

Gammagrafies fetes amb perfusió miocàrdica de tal•li-201 (imatges en repòs, a sota) i de tecneci-Sestamibi (imatges en estrès, a dalt)

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: