Technecium: az első mesterséges elem, amely megmentette milliók életét

A periodikus táblázatban a Dmitrij Ivanovics Mendelejev által létrehozott cella a 43-as számmal rendelkezik. Hosszú évekig üresen állt. Az ottani lakó nem adta meg magát a 19. századi kémikusoknak, elmenekülve a legelkötelezettebb elemvadászok elől. De kiderült, hogy nem a kinyerés nehézsége áll a háttérben, hanem a vegyület természete: egyszerűen nem tudott megmaradni a Föld létrehozása óta. Ma ezt az elemet techneciumnak nevezik — az első mesterségesen létrehozott elem, és egyszerre az az elem, amely minden nap ezerrel több életet menti meg a világ minden tájáról származó kórházakban.

A technecium az egyetlen elem, amely könnyebb a réznél, és nincs stabil izotópjai. A helye a táblázatban a tudomány előrejelző erőjének triumfusa és egyben az emberi kreativitás emlékműve.

43-as elem: Mendelejev jóslata

1869-ben, amikor Dmitrij Ivanovics Mendelejev bemutatta a világnak a periodikus táblázatát, benne volt 63 elem és néhány üres hely. Nem csak üres helyeket hagyott, hanem bátran előrejelzette az akkor még nem felfedezett anyagok tulajdonságait. Az 43-as számú elem számára, amely a mangán alatt helyezkedik el a hetedik csoportban, a tudós tulajdonságokat előrejelzette, és «eka-mangánnak» nevezte el (sanskritból «eka» — egy).

A következő évtizedekben a kémikusok keresgélték a hiányzó elemet a mangánércekben, a mineralokban és a komplex vegyi gyártási maradványokban. voltak és nagy nyilvános bejelentések az új felfedezésről: az elemet «ilmieniem», «niipponiumnak» és «luriennek» nevezték el. Azonban egyik sem igazolódott be. Ma tudjuk miért: a technecium radioaktív, és a legnagyobb élettartamú izotópjai, amelyek körülbelül 4 millió évnyi félélettartammal rendelkeznek, már rég eltűntek a Föld kőzetében a Föld kialakulása óta.

Miért «technecium»? Az elnevezés mesterséges eredete

A nevét a görög szóból kapta, a «τεχνητός» (tehnétos), amelyet «mesterséges» jelent. A név előrejelző volt kétszer: a technecium lett az első kémiai elem, amely mesterségesen készült, nem természetes nyersanyagból.

A felfedezés története: a Berkeley-i molibdénlemezek

1937-ben az olasz fizikus Emilio Segré az Egyesült Államokban dolgozott, Ernest Lawrence ciklotron feltaláló laboratóriumban. Segré felhívta a figyelmet egy furcsa radioaktivitásra egy ciklotron egyik kihasznált részlete — molibdén fólya, amely dейтронok célpontjaként szolgált.

A tudós feltételezte, hogy a nukleáris reakciók eredményeként a molibdénben (atomtömegszám 42) egy új elem jött létre a 43-as számmal. A fólyát Palesztinába vitte, ahol Carlo Perrier mineralógussal együtt végzett sorozat komplex kémiai műveleteket. Sikerült kinyerniük a új radioaktív elemet tisztán, bár mikroszkopikus mennyiségben.

Fundamentális tulajdonság: a legkönnyebb, nincs stabil izotópja

A technecium a periodikus táblázat legkönnyebb eleme, nincs stabil izotópjai. A «hosszú életű» formái: Tc-97 (félélettartam 2,6 millió év), Tc-98 (4,2 millió év) és a leggyakoribb izotóp — Tc-99 (félélettartam 211 000 év).

Ezekkel szemben a természetes technecium még mindig jelen van a Földön. Nagyon kis mennyiségben (kb. 1 nanogramm tonnánként uránércekben) képződik a urán-235 spontán bontása során. Bármikor a Föld kőzetében körülbelül 18 000 tonna technecium található — de ez a fém «feloldódott» a hatalmas mennyiségű kőzetben.

Nyilvános tulajdonságok: supralekvenység és kémiai kovarúság

Fizikai tulajdonságok. A technecium aranybarna áttetsző átviteli fém. A kristályrácsa a szokásos körülmények között hexagonális, heges és rugalmas. Végtelenül meglepő, hogy a alacsony hőmérsékleten a technecium szupralekvenyen lesz.

Chemiai sokféleség. A techneciumnak −1 és +7 közötti oxidációs fokozatai vannak, és a legstabilabb forma a hetavalens technecium (Tc⁷⁺). A kémikusok gyakran összehasonlítják a rézvel. Ez a sokféleség jelentős problémákat okoz a használt atomenergiai hulladék feldolgozásakor: a technecium részt vevő előrejelzhetetlen oxidációs-visszaalakítási reakciói bonyolítják a urán és a plutónium szétválasztási folyamatait.

Az egyik legfontosabb alkalmazás ma: a nukleáris medicina és a technecium-99m

Ma a technecium nagy részét az atomenergia ipar hulladékából nyerik ki — az atomreaktorok használt üzemanyagcsöveiből. Az urán-235 bontása során a Tc-99 izotóp kialakulása körülbelül 6%. De a figyelem nem a hosszú életű Tc-99-re irányul, hanem a rövid életű nukleáris izomerre — Tc-99m (m azt jelenti, hogy metasztabil, nukleáris felfűtött állapot) a félélettartama csak 6 óra.

Ez az izotóp az egyik alapköve a modern nukleáris orvostudománynak. A Tc-99m alapján készülnek a rákkeltő daganatok diagnózisára, a szív vérkeringésének értékelésére és az egyes belső szervek működésének vizsgálatára szolgáló radiopharmakészítmények. A mechanizmus így néz ki: a Tc-99m gamma-sugárzást bocsát ki, amely könnyen detektálható speciális kamerákkal. Az izotópot az organizmusba juttatják (gyakran kötve molekulákhoz, amelyek vonzóak bizonyos szövetekhez) és jelet ad, lehetővé téve az orvosok számára, hogy «lássák» a daganatot, gyulladás központot vagy iszkémiás szívizomterületet.

A rövid félélettartama lehetővé teszi a pontos képet és gyorsan kivonja a anyagot az organizmusból, minimalizálva a sugárzási kárt. Évente több mint 20 millió diagnózis végződik technecium-99m alkalmazásával a világon. Oroszországban a Rosatom tudományos divíziója foglalkozik a technecium-99m generátorok gyártásával.

Nemzetközi veszély és környezet: a hosszú élettartamú hulladék

A hosszú élettartamú technecium-99 (T_1/2 = 211 000 év) jelentős környezeti problémát jelent. Az elhasznált atomenergiai hulladékban a tartalma eléri a százhúsz grammot tonnánként. Ez az izotóp mozgékony az környezetben és felhalmozódhat biológiai objektumokban. Ezért a Tc-99 elhelyezése az egyik feladat a radioaktív hulladék tárolóinak létrehozásakor. A félélettartama és kémiai mozgása miatt speciális matricákat keresnek a biztonságos izolációhoz.

Az elem jövője: katalizátorok, szupralekvenyek és új radiopharmakészítmények

Ma a technecium marad egy szűk niche, de rendkívül fontos elem a diagnosztikus orvostudományban. Azonban a potenciálja szélesebb. A technecium egy remek anyag a katalizátorok (például az organikus vegyületek dehidrogénizálására) és a magas hőmérsékletű szupralekvenyek készítéséhez. A kémikusok továbbá fejlesztik a technecium felhalmozásának módszereit a folyékony radioaktív hulladékokból sorbensek segítségével és új vegyületeket az irányított nukleáris orvostudományhoz, beleértve a teranostikát (diagnosztika és kezelés egy molekulával).

A jövőben lehetséges új módszerek kidolgozása a Tc-99m kivonására a reaktorok és gyorsítók munkadarabjából, ami a diagnózist még hozzáférhetőbbé teszi. Ugyanakkor a Tc-99 használatát tervezik a nukleáris akkumulátorokban, amelyek évtizedeken át működnek anélkül, hogy újra töltöznek.

Permanent link to this publication: