Технеций является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 43 и условным обозначением Tc. Весь доступный технеций является синтетическим химическим элементом, который производится только в лабораторных условиях и представляет собой серебристо-серый кристаллический переходный металл.
Открытие
До официального открытия химического элемента было множество лжеоткрытий. В конечном итоге открытие элемента под номером 43 было окончательно подтверждено в ходе эксперимента, который был проведен в 1937 году в Университете Палермо итальянскими учеными Карло Перье и Эмилио Сегре. Эмилио Сегре попросил изобретателя циклотрона Эрнеста Лоуренса позволить ему забрать некоторые выброшенные части циклотрона, которые стали радиоактивными. Лоуренс отправил ему по почте молибденовую фольгу, которая была частью дефлектора в циклотроне.
Сегре нанял своего коллегу Перье, чтобы попытаться доказать с помощью сравнительной химии, что активность молибдена действительно обусловлена элементом с атомным номером 43. В 1937 году им удалось выделить изотопы технеция-95m и технеция-97. Представители университета Палермо хотели, чтобы они назвали свое открытие панормий, в честь латинского названия Палермо (Panormus). В 1947 году элемент 43 был назван в честь греческого слова technetos (τεχνητός), что означает «искусственный», поскольку это был первый элемент, полученный искусственным путем. Спустя некоторое время Сегре вернулся в Беркли, где встретил Гленна Т. Сиборга. Впоследствие они выделили метастабильный изотоп технеций-99m, который и в настоящее время используется повсеместно в медицинской деятельности.
Интересное:
Характеристики
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Твердое |
| Температура плавления | 2157 °С |
| Точка кипения | 4265 °С |
| Плотность при Н.У. | 11,475 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | — |
| Критическая точка | — |
| Мол. теплота плавления | 23,8 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 585 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 24 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 8,5 см 3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 43 |
| Атомная масса | 6.94 |
| Электронная конфигурация | 4d55s2 |
| Радиус атома | 136 пм |
| Ковалентный радиус | 127 пм |
| Степени окисления | −1, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7 |
| Радиус иона | 56 пм |
| Электроотрицательность | 1.9 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 702,2 кДж/моль |
| Изотопы | ⁹⁵Tc; ⁹⁶Tc; ⁹⁷Tc; ⁹⁸Tc; ⁹⁹Tc; |
Интересное:
Добыча и производство
Технеций является чрезвычайно редким химическим элементом на Земле. Его содержание в земной коре оценивается как ничтожно малые 0,003 частей на триллион. Такая редкость данного химического элемента объясняется его периодом полураспада в 4,2 миллиона лет. Таким образом с момента образования планеты прошло уже около 1000 таких циклов. В тоже самое время в естественных условиях данный химический элемент образуется в виде продуктов спонтанного деления в урановых рудах. Ориентировочно в 1 кг урана содержится 1 нанограмм технеция (1*10-9), что позволяет сделать умозаключение о наличии 10 триллионов атомов технеция на Земле.
В коммерческих целях добывается и применяется исключительно метастабильный изотоп технеций-99m, который непрерывно образуется как продукт деления урана или плутония в ядерных реакторах:
238U → 137I + 99Y
99Y → 99Zr → 99Nb → 99Mo → 99Tc → 99Ru
Вышеперечисленные реакции разложения используются для получения технеция-99, а технеций-99m, используемый в медицинских целях, производится путем облучения специализированных мишеней из высокообогащенного урана в ядерных реакторах. На перерабатывающих предприятиях изначально проводят процесс извлечения молибдена-99, а затем восстановливают технеций-99m, который получается при распаде молибдена-99. Молибден-99 в форме молибдата MoO4 адсорбируется на кислом оксиде алюминия (Al2O3) в экранированном колоночном хроматографе внутри генератора технеция-99m. Период полураспада молибдена-99 составляет 67 часов, поэтому короткоживущий технеций-99m с периодом полураспада 6 часов образуется постоянно в виде растворимого пертехнетата (TcO
4). Затем его можно химически извлечь путем элюирования с использованием солевого раствора. Недостатком этого процесса является то, что он требует мишеней содержащих 235U, который относятся к радиоактивным материалам и требующий особых мер обращения. По такой технологии металлический технеций производить достаточно дорого и трудозатратно. Сегодня в открытых источниках утверждается, что установками для производства технеция-99m обладают такие страны как Канада (Chalk River Laboratories) и Нидерланды (Nuclear Research and Consultancy Group), которые производят более 2/3 доступного на рынке технеция.
В то же самое время, в середине 2020 года появилась информация о том, что учёные из Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева (РХТУ) при участии коллег из Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина (ИФХЭ РАН) и других российских институтов разработали эффективный электрохимический метод синтеза технеция, который пригоден для военного, электронного и медицинского применения. По сообщениям СМИ, продажи генераторов для производства технеция-99m по данной технологии должны стартовать в 2024 году. Сам генератор представляет собой небольшой свинцовый контейнер, внутри которого стеклянная хроматографическая колонка. В колонке — оксид алюминия с адсорбированным на него радиоактивным молибденом‑99, который вырабатывает исследовательский реактор. В результате распада из молибдена‑99 образуется технеций‑99m. Через колонку пропускается обычный физраствор — и технеций‑99m буквально смывается. Радиоактивный раствор используется для диагностики, а молибден‑99 остается в колонке и продолжает распадаться. В конечном итоге получается почти безотходное производство технеция для медицинских целей с относительно небольшими финансовыми затратами.
Интересное:
Применение
Применение технеция является достаточно ограниченным и его потенциал вероятно полностью не раскрыт. На момент написания статьи известно о его применении в промышленном производстве, химической промышленности и медицине. Исследования в данной области постоянно ведутся и обновляются. В частности известно, что технеций планируют использовать для производства некоторых оптоэлектронных устройств и ядерных аккумуляторов. Так же он используется в качестве стандартного бета-излучателя Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST) для калибровки оборудования. Подобно рению и палладию, технеций может использоваться в качестве катализатора, но его радиоактивность ограничивает его возможности. Помимо всего вышеперечисленного ионы технеция являются хорошим антикоррозионным агентом, которые способны защищать сталь вплоть до 250°C, но радиоактивность налагает определенные ограничения.
Самым основным и массовым применением технеция является на сегодняшний день сфера ядерной медицины. Метастабильный технеций-99m является наиболее важным нуклидом, используемым в качестве трассера для сцинтиграфической визуализации из-за его короткого периода полураспада, испускаемого гамма-излучения с энергией 140 кэВ и его способности связываться со многими активными биомолекулами. На сегодняшний день это единственный изотоп, который может быть использован для множества диагностических тестов. В числе таковых визуализация и функциональные исследования мозга, сердечной мышцы, щитовидной железы, легких, печени, желчного пузыря, почек, скелета, крови и опухолей. Характерное гамма-излучение регистрируется детекторами на основе йодида натрия легированного таллием, и используются для неинвазивной диагностики. После обследования большая часть технеция, поглощенного во время введения препаратов для методов ядерной медицины, выводится обратно. Оставшиеся нуклиды из-за относительно мягкого бета-излучения, выделяемого при его распаде, вносит лишь небольшой дополнительный вклад в облучение человека в течение оставшейся части жизни.
Интересное:
Безопасность
Технеций не играет никакой естественной биологической роли и обычно не встречается в организме человека. Он производится в больших количествах при ядерном делении и распространяется быстрее, чем многие радионуклиды. Сегодня предполагается, что технеций обладает низкой химической токсичностью, так как никаких существенных изменений в формуле крови, весе тела и органов при испытании на крысах обнаружено не было. Крысв употребляли до 15 мкг технеция-99 на грамм пищи в течение нескольких недель. Помимо этого стало известно, что в организме технеций быстро преобразуется в стабильный TcO
4 ион, который хорошо растворяется в воде и быстро выводится. Радиологическая токсичность технеция зависит от конкретного соединения, типа излучения для рассматриваемого изотопа, периода полураспада изотопа и индивидуальной воспреимчивости организма.
Все изотопы элемента радиоактивны и должны храниться в радиационно-защитных контейнерах в соответствии с их интенсивностью излучения и маркироваться как радиоактивный материал. Бета-излучение наиболее распространенного изотопа 99Tc является достаточно мягким и задерживается даже стеклом. Уровень воздействия мягкого рентгеновского излучения, испускаемого в виде тормозного излучения, считается низким, если соблюдать безопасное расстояние в 30 сантиметров. Однако вдыхаемая пыль технеция, оседающая в легких, способствует значительному повышению риска развития рака. Поэтому лабораторные работы должны проводиться под вытяжным шкафом и кроме этого, рекомендуется использовать защитные очки и перчатки.