Aller au contenu

Dernière publication le 20 articles4 rubriques

SciFrance

La chimie pour comprendre le monde

ELM Élément n° 81 sur 118

Thallium (Tl)

Le thallium est trop dispersé dans la nature pour être extrait comme minerai principal : on le récupère surtout lors du traitement de minerais d’autres métaux. Ses composés, très toxiques, ont pourtant des usages spécialisés en optique et en détection.

Par Claire Delmas · Mis à jour le

Fiche d’identité du thallium

Numéro atomique (Z)
81
Symbole
Tl
Masse atomique
204,383 u
Masse molaire
204,383 g/mol
Famille
Métaux pauvres
Période · groupe · bloc
6 · 13 · p
Configuration électronique
[Xe] 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p¹
État à 20 °C
solide
Température de fusion
303,85 °C (577 K)
Température d’ébullition
1 472,85 °C (1 746 K)
Masse volumique
11,8 g/cm³
Électronégativité (Pauling)
1,62
Rayon atomique (van der Waals)
196 pm
1re énergie d’ionisation
6,108 eV
Affinité électronique
0,2 eV
États d’oxydation
+3, +1
Découverte
1861, par William Crookes
Nom tiré de
thalle
Abondance dans la croûte terrestre
0,85 mg/kg
Abondance dans l’eau de mer
1,9 × 10⁻⁵ mg/L
Numéro CAS
7440-28-0

La composition isotopique du thallium varie selon sa provenance : l’IUPAC donne sa masse atomique sous forme d’intervalle, [204,382 ; 204,385] ; la valeur ci-dessus est la valeur conventionnelle.

Thallium : période 6, groupe 13, famille des métaux pauvres.
Tl
Électrons par couche : 2 · 8 · 18 · 32 · 18 · 3

Le thallium est un métal lourd, gris bleuté, identifié en 1861 par William Crookes grâce à une raie verte dans son spectre. Cette couleur explique son nom, tiré du grec thallos, « jeune pousse », comme le rappelle l’Académie française. À température ambiante, il est solide, mais le métal pur se ternit rapidement au contact de l’air. Sa place dans le groupe 13 le rattache à la famille des métaux pauvres, avec l’aluminium, le gallium et l’indium.

Où trouve-t-on le thallium, et comment le récupère-t-on ?

Dans la croûte terrestre, le thallium est présent en faibles concentrations, généralement associé à des minerais sulfurés de cuivre, de plomb ou de zinc. Certains minéraux en contiennent davantage, mais ils sont rares et ne constituent pas une source commerciale importante. Le thallium est donc principalement récupéré comme sous-produit du traitement de ces minerais, notamment dans les poussières et résidus produits lors du grillage et de la fusion, selon l’US Geological Survey.

Cette origine explique pourquoi le thallium n’est pas extrait comme un métal courant à partir d’un gisement dédié. Il peut aussi être libéré dans l’environnement par certaines activités industrielles, dont la métallurgie et la combustion du charbon. Le thallium étant un élément, il ne se décompose pas dans l’environnement, même si ses formes chimiques peuvent se transformer ou se déplacer entre l’eau, les sols et les sédiments, décrit l’Agence américaine pour les substances toxiques et le registre des maladies.

Pourquoi ses composés sont-ils utilisés ?

Le métal lui-même a peu d’applications directes : il réagit avec l’air et l’humidité. Ce sont surtout certains composés qui présentent des propriétés utiles. Des matériaux contenant du thallium servent dans des équipements de détection des rayons infrarouges ou gamma, ainsi que dans des composants photoélectriques. D’autres composés entrent dans la fabrication de verres spéciaux, notamment pour modifier leur indice de réfraction, c’est-à-dire leur capacité à dévier la lumière. L’USGS recense aussi des usages spécialisés en électronique et en matériaux optiques.

Un isotope radioactif, le thallium-201, a été utilisé en médecine nucléaire pour produire des images du cœur. Cet usage concerne un isotope précis et des procédures médicales encadrées : il ne signifie pas que le thallium métallique ordinaire possède une fonction médicale. Les usages des isotopes et des composés dépendent de leurs propriétés propres.

Que révèle sa place dans le tableau périodique ?

Le thallium appartient au groupe 13 et à la période 6. Sa configuration électronique comporte un électron dans la sous-couche 6p, au-delà de couches internes remplies. En chimie, il forme principalement des composés aux états d’oxydation +1 et +3. L’état +1 est particulièrement courant chez cet élément, contrairement à l’aluminium, voisin de famille dont l’état +3 domine nettement.

La masse atomique standard indiquée pour le thallium est de 204,383 u. Cette valeur tient compte de la composition isotopique du thallium naturel, constitué principalement de deux isotopes stables, le thallium-203 et le thallium-205. Elle ne correspond pas au nombre de masse d’un seul atome particulier.

Pourquoi sa toxicité exige-t-elle une grande prudence ?

Le thallium et nombre de ses composés sont très toxiques. Selon la forme chimique, une exposition peut se produire par ingestion, inhalation de poussières ou contact avec la peau. Le sulfate de thallium a été employé autrefois comme raticide, mais cet usage domestique a été interdit aux États-Unis. Le danger ne se limite donc pas au métal : certains sels, parfois sans propriétés sensorielles permettant de les repérer, présentent eux aussi des risques importants.

Le thallium n’a pas de rôle biologique essentiel connu. Ses applications actuelles sont spécialisées et se déroulent dans des contextes industriels, scientifiques ou médicaux contrôlés. Il ne faut ni manipuler des composés de thallium ni interpréter leurs usages techniques comme une indication de sécurité pour le public.

Isotopes naturels du thallium

IsotopeMasse (u)Abondance naturelleStabilité
²⁰³Tl202,9723446(14)29,52 %stable
²⁰⁵Tl204,9744278(14)70,48 %stable

98 isotopes du thallium sont connus, dont 2 stables. Données : NIST et AMDC (AIEA), via PubChem.

Questions fréquentes

Quelle est la masse molaire du thallium ?

La masse molaire du thallium est de 204,383 g/mol, d’après la masse atomique standard de 204,383 u retenue par l’IUPAC (CIAAW). Une mole d’atomes de thallium pèse donc environ 204,383 grammes.

Quel est le numéro atomique du thallium ?

Le numéro atomique du thallium est 81 : son noyau compte 81 protons, et l’atome neutre autant d’électrons. Son symbole chimique est Tl.

Quelle est la configuration électronique du thallium ?

La configuration électronique du thallium est [Xe] 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p¹, soit 2, 8, 18, 32, 18, 3 électrons répartis de la première à la dernière couche. Le thallium appartient au bloc p du tableau périodique.

Le thallium est-il un métal pur dans les minerais ?

Rarement. Dans la nature, il se trouve surtout en petites quantités associé à des minerais sulfurés d’autres métaux, notamment le cuivre, le plomb et le zinc. L’industrie le récupère principalement comme sous-produit du traitement de ces minerais, plutôt que de l’extraire à partir d’un gisement consacré au thallium.

Le thallium a-t-il une fonction biologique connue ?

Non. Les sources consultées ne lui attribuent pas de rôle biologique essentiel. Le fait que certains isotopes aient été utilisés dans des examens médicaux ne signifie pas que le thallium soit nécessaire au fonctionnement de l’organisme : il s’agit d’un emploi contrôlé de composés ou d’isotopes précis.

Pourquoi le thallium-201 est-il employé en médecine ?

Le thallium-201 est un isotope radioactif dont le rayonnement peut être détecté lors d’examens d’imagerie. Il a notamment servi à produire des images du cœur en médecine nucléaire. Cet emploi est distinct des usages du thallium stable et relève de procédures médicales contrôlées.

Sources des données

Valeurs relevées le 3 octobre 2026. Températures et masses volumiques à pression atmosphérique ; une valeur « non mesuré » n’est pas connue expérimentalement.