Опубликовано Оставить комментарий

Технеций как химический элемент таблицы Менделеева

Технеций является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 43 и условным обозначением Tc. Технеций представляет собой серый кристаллический переходный металл.

Как был открыт Технеций

Дмитрий Иванович Менделеев

История открытия такого химического элемента как технеций очень запутанна и в ней даже присутствует немного мистики. Начинается эта история в 1860-х — 1870-х годах, когда русский химик Дмитрий Иванович Менделеев предсказал наличие элемента под номером 43. Он утверждал, что разрыв между молибденом и рутением должен занять неизвестный химический элемент и будет иметь такие же свойства как марганец. Менделеев дал этому элементу название экомарганец, так как в его таблице он должен был находиться под марганцем.

До открытия таблицы Менделеева, а еще больше ученых после ее открытия, пытались обнаружить этот элемент. Все дело в том, что его расположение в Таблице позволяет узнать приблизительные свойства, которые подсказывали где его искать. В число таких естествоиспытателей входили Готфрид Осан (1826 г), Р. Германн (1846 г), Генрих Роуз (1847 г), Серж Керн (1877 г), Проспер Баррьер (1896 г) и Масатака Огава (1908 г). В 1925 году немецкие химики Ноддак, Отто Берг и Ида Так сообщили об открытии элемента под номером 75 и под номером 43. Группа исследовала Колумбит пучком электронов и в ходе исследования выявила присутствие нового химического элемента. Другие исследователи не смогли повторить этот опыт и долгое время совершенное открытие считалось ошибкой. Споры о открытии Технеция в 1925 году идут по сегодняшний день.

Эмилио Сегре — человек открывший технеций
Эмилио Сегре — человек открывший технеций

Официальное открытие технеция, который располагается в таблице Менделеева под номером 43, произошло в университете Палермо(Италия) в 1937 году химиками и минерологами итальянского происхождения Карло Перье и Эмилио Сегре. В середине 1936 года Сегре посетил США, сначала Колумбийский университет в Нью-Йорке, а затем Национальную лабораторию Лоуренса Беркли в Калифорнии. Он убедил изобретателя циклотрона Эрнеста Лоуренса позволить ему забрать утилизированные части циклотрона, которые стали радиоактивными. Лоуренс отправил ему молибденовую фольгу, которая была частью дефлектора в циклотроне.

Сегре привлек своего коллегу Перье, чтобы попытаться доказать с помощью сравнительной химии, что активность молибдена действительно была связана с элементом с атомным номером 43. В 1937 году им удалось выделить изотопы технеция-95m и технеция-97. Должностные лица Университета Палермо хотели, чтобы они назвали свое открытие « панормиум », в честь латинского названия Палермо, Панормус . В 1947 году элемент 43 был назван в честь греческого слова τεχνητός , означающего «искусственный», поскольку это был первый элемент, который был произведен искусственно. Сегре вернулся в Беркли и встретил Гленна Т. Сиборга . Они выделили метастабильный изотоп технеций-99m, который ежегодно используется примерно в десяти миллионах медицинских диагностических процедур.

Где и как добывают Технеций

Урановая руда с примесями технеция

В коммерции используется исключительно метастабильный изотоп технеций-99m. Этот изотоп получают в качестве побочного продукта от деления урана или плутония в ядерных реакторах.

Поскольку отработанному топливу перед переработкой дают постоять в течение нескольких лет, весь молибден-99 и технеций-99m распадается к тому времени, когда продукты деления отделяются от основных актинидов при традиционной ядерной переработке . Жидкость, оставшаяся после плутоний-урановой экстракции ( PUREX ), содержит высокую концентрацию технеция в виде TcO4 но почти все это технеций-99, а не технеций-99m.

Подавляющая часть технеция-99m, используемого в медицинских целях, производится путем облучения специальных мишеней из высокообогащенного урана в реакторе, извлечения молибдена-99 из мишеней на предприятиях по переработке и восстановления в диагностическом центре произведенного технеция-99m при распаде молибдена-99. Молибден-99 в форме молибдата MoO2 это адсорбируют на оксид алюминия кислоты ( Al2О3) в экранированном колоночном хроматографе внутри генератора технеция-99m. Период полураспада молибдена-99 составляет 67 часов, поэтому постоянно производится короткоживущий технеций-99m (период полураспада: 6 часов), образующийся в результате его распада. Растворимый пертехнетат TcO4могут быть затем химически экстрагированы с помощью элюции с использованием солевого раствора. Недостатком этого процесса является то, что для него требуются мишени, содержащие уран-235, которые необходимо эксплуатировать согласно мер безопасности делящихся материалов.

Первый неэкранированный генератор технеция-99m был разработан в 1958 году. Раствор пертехнетата Tc-99m элюируется из молибдата Mo-99, связанного с хроматографическим субстратом. Почти две трети мировых поставок приходится на два реактора: Национальный исследовательский универсальный реактор в Chalk River Laboratories в Онтарио, Канада, и High Flux Reactor по ядерным исследованиям и консультационной группы в Петтене, Нидерланды. Все основные реакторы, производящие технеций-99m, были построены в 1960-х годах и близки к концу срока службы. Два новых канадских многоцелевых реактора на решетке для прикладной физики, спланированные и построенные для производства 200% потребности в технеции-99m, освободили всех других производителей от строительства собственных реакторов. С отменой уже испытанных реакторов в 2008 году, будущие поставки технеция-99m стали проблематичными.

Распространенность Технеция

Технеций в металлическом виде
Технеций в металлическом виде

Весь технеций, естественно присутствующий на Земле, является временным промежуточным продуктом ядерного распада тяжелых атомных ядер и который через определенный промежуток времени снова распадается. Следовательно, появление этого элемента на Земле не следует приравнивать к наличию стабильного элемента. В целом содержание технеция в земной коре лишь немного выше, чем у франция и астатина, которые также являются радиоактивными элементами, и которые присутствуют на Земле только в массе микрограммов.

В биосфере технеций возникает исключительно в результате деятельности человека. При наземных испытаниях ядерного оружия в атмосфере было произведено около 250 кг технеция до 1994 года, плюс около 1600 кг, которые были выброшены на перерабатывающих заводах и ядерных реакторах по всему миру до 1986 года. Только с завода в Селлафилде (Великобритания) около 900 кг этого металла было сброшено в Ирландское море в период с 1995 по 1999 год, но с 2000 года разрешенное законом количество было ограничено до 140 кг в год.

Технеций можно обнаружить в живых существах только в исключительных случаях, например, в лобстерах из сильно загрязненного Ирландского моря. Как правило, он обнаруживается в организме человека только у пациентов, прошедших курс ядерной медицины на основе технеция.

Что же касается космоса, то в 1952 году американский астроном Пол Уиллард Меррилл отметил несколько спектрально-красных гигантских звезд класса S. Классы M и N имеют больше технеция. Поскольку эти звезды находятся в конце своего развития и, следовательно, стары, но самый продолжительный период полураспада изотопа технеция составляет немногим более 4 миллионов лет, это было первым явным доказательством того, что технеций и другие тяжелые элементы вырабатываются через ядерный синтез внутри звезд. Для звезд главной последовательности таких как Солнце, температура внутри звезды недостаточно высока для синтеза элементов тяжелее железа. Следовательно, условия, подобные тем, которые находятся внутри красных гигантов, необходимы для синтеза технеция.

Применение Технеция

Применение технеция в медицинской сфере

Из-за своего короткого периода полураспада, испускаемого гамма-излучения с энергией 140 кэВ и его способности присоединяться ко многим активным биомолекулам, метастабильный технеций-99m на сегодняшний день является наиболее важным нуклидом, используемым в качестве индикатора для сцинтиграфии, т. е. создания изображений внутренних органов человека. Для этого, органические лиганды с высокой тенденцией связываются с клетками органа которые необходимо рассмотреть, или с моноклональными антителами, белками в иммунной системе, которые связываются с выбранными антигенами опухолевых клеток, связанных с технецием и вводимых внутривенно в кровоток пациента. Таким образом, металл концентрируется в желаемых органах и тканях или в исследуемой опухоли. Затем характеристическое гамма-излучение может быть выполнено с помощью активированного таллием йодида натрия — детекторы, зарегистрированные и для неинвазивной диагностики, используются, например, при помощи меченых опухолью антител. Таким образом, мозг, щитовидная железа, легкие, печень, желчный пузырь, селезенка, почки, исследуются костная ткань, а также труднодоступные части кишечника. Связь соединений технеция и олова с эритроцитами позволяет диагностировать заболевания системы кровеносных сосудов. Связывание пирофосфатов технеция с отложениями кальция в ткани сердечной мышцы используется для диагностики пациентов у которых случился сердечный приступ.

Гамма — излучение высокой энергии дает низкую дозировку. После обследования большая часть технеция, абсорбированного во время диагностики ядерных исследований выводится из организма. Оставшиеся атомы технеция 99m быстро распадаются на технеций-99. Он имеет длительный период полураспада, составляющий 212000 лет, и из-за относительно мягкого бета-излучения, которое выделяется при распаде, способствует лишь небольшому дополнительному облучению в течение оставшегося срока службы. В США ежегодно в диагностических целях вводят около семи миллионов разовых доз технеция-99m.

Что касается других применений, то можно отметить, что невозбужденный изотоп технеция 99 сам по себе используется как экономически выгодный источник бета-излучения . Его преимущество состоит в том, что при распаде не возникает гамма-излучения, поэтому необходимы лишь относительно незначительные меры предосторожности.

Кроме того, технеций в форме его солей является одним из лучших ингибиторов ржавчины. Пертехнетат аммония или калия можно использовать в качестве защиты от коррозии для стали . Добавление 55 ppm (миллионных частей) пертехнетата калия (KTcO4) в аэрированную деионизированную воду защищает этот материал от коррозии при температуре до 250 ° C. Из-за радиоактивности технеция его потенциальное применение ограничено системами, изолированными от окружающей среды, такими как ядерные реакторы с кипящей водой .

Интересные факты

Интересных фактов связанных с технецием достаточно много. Следует начать с того, что наиболее стабильными радиоактивными изотопами являются технеций-97 с периодом полураспада 4,21 миллиона лет, технеций-98 с 4,2 миллиона лет и технеций-99 с периодом полураспада 211100 лет. Тридцать других радиоизотопов имеют массовые числа от 85 до 118. Большинство из них имеют период полураспада менее часа, за исключением технеция-93 (2,73 часа), технеция-94 ( 4,88 часа), технеция-95 (20 часов) и технеция-96 (4,3 дня).

Технеций не играет естественной биологической роли и обычно не обнаруживается в организме человека. Технеций производится в больших количествах при делении ядер и распространяется быстрее, чем многие радионуклиды. По-видимому, он имеет низкую химическую токсичность. Например, у крыс, которые употребляли до 15 мкг технеция-99 на грамм пищи в течение нескольких недель, не было обнаружено значительных изменений в формуле крови, весе тела и органов, а также в потреблении пищи. В организме технеций быстро превращается в стабильный ион TcO4, который хорошо растворим в воде и быстро выводится из организма. Радиологическая токсичность технеция (на единицу массы) зависит от соединения, типа излучения для рассматриваемого изотопа и периода полураспада.

Со всеми изотопами технеция необходимо обращаться осторожно. Самый распространенный изотоп, технеций-99, является слабым бета-излучателем. Такое излучение задерживают стенки лабораторной посуды. Основная опасность при работе с технецием — вдыхание пыли. Такое радиоактивное заражение легких может представлять значительный риск рака.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *