Teknesium: den første kunstige element som har reddet millioner av liv

I den periodiske tabellen til Dmitry Ivanovich Mendeleev er det en celle med nummer 43. I mange år har den vært tom. dens innbygger ga ikke hånden til kjemikere i det 19. århundre, skjult for de mest ivrige jakten på elementer. Men det viste seg at problemet ikke var i kompleksiteten ved isolering, men i naturen av dette stoffet: det kunne rett og slett ikke bevares på Jorden siden dens dannelse. I dag vet vi at dette elementet er teknecium — det første elementet som ble skapt kunstig, og samtidig et element som daglig redder tusenvis av liv i sykehus over hele verden.

Teknesium er det eneste elementet lettere enn sink som ikke har stabile isotoper. Dets plass i tabellen er et triumf for den prediktive kraften til vitenskap og samtidig en minneplass for menneskelig oppfinnsomhet.

43. element: Mendeleevs profeti

I 1869, da Dmitry Ivanovich Mendeleev presenterte verden med sin periodiske tabell, var det 63 elementer og flere tomme plasser. Han lot ikke bare tomrommene være — han våget å forutsi egenskapene til ennå ikke oppdagede stoffer. For elementet med nummer 43, som lå under mangan i den syvende gruppen, forutså vitenskapen egenskapene, og kalte det «eka-mangan» (fra sanskritisk «eka» — en).

I de følgende tiårene søkte kjemikere etter det manglende elementet i manganitt, mineraler og komplekse rester av kjemiske produksjoner. Det var også store uttalelser om oppdagelser: elementet het «ilmium», «nipponium», «lurium». Men ingen av dem ble bekreftet. I dag vet vi hvorfor: teknecium er radioaktivt, og dens mest langlevende isotoper med halveringstid på omtrent 4 millioner år har lenge forsvunnet fra jordkorpen siden dens dannelse.

Hvorfor «teknesium»? Kunstig opprinnelse av navnet

Navnet på elementet kommer fra det greske ordet «τεχνητός» (technetos), som betyr «kunstig». Navnet viste seg å være profetisk i dobbelt forstand: teknecium ble den første kjemiske elementet som ble oppnådd kunstig, ikke utvunnet fra naturlig råmateriale.

Oppdagelseshistorie: molibdenplate fra Berkeley

I 1937 arbeidet den italienske fysikeren Emilio Segrè i USA, i laboratoriet til Ernest Lawrence — oppfinneren av cyclotronen. Segrè la merke til den rare radioaktiviteten til en av de utdaterte delene av akseleratoren — molibdenfolien som tjente som mål for deutoner.

Utenriksfysikeren antok at en ny element med nummer 43 ble dannet i molibden (atomnummer 42) som et resultat av kjernereaksjoner. Han tok folien med seg til Palermo, hvor han sammen med minerallogen Carlo Perrier utførte en rekke komplekse kjemiske operasjoner. De klarte å isolere den nye radioaktive elementet i rene, om enn mikroskopiske, mengder.

Grunnleggende egenskap: den letteste uten stabile isotoper

Teknesium er det letteste elementet i den periodiske tabellen som ikke har noen stabil isotop. Dets «langlevende» former: Tc-97 (halveringstid 2,6 millioner år), Tc-98 (4,2 millioner år) og den mest tilgjengelige isotopen — Tc-99 (halveringstid 211 000 år).

Samtidig er det faktisk naturlig teknecium på Jorden. I svært små, sporekolisjoner (ca. 1 nanogram per tonn uranitt) dannes det i prosessen med spontant deling av uran-235. I enhver øyeblikk er det omtrent 18 000 tonn teknecium i jordkorpen — men dette metallet «oppløst» i enorme mengder berggrunn.

Uventede egenskaper: fra superledning til kjemisk kоварhet

Fysiske egenskaper. Teknesium er en silvery-svart overgangsmetal. Dens krystallstruktur ved standardforhold er heksagonal, den er formbar og fleksibel. Overraskende nok blir teknecium en superleder ved lave temperaturer.

Chemisk mangfoldighet. Teknesium har oksidasjonssteg fra −1 til +7, og den mest stabile formen er syvvalent teknecium (Tc⁷⁺). Samtidig sammenligner kjemikere det med renium. Denne mangfoldigheten skaper store problemer ved behandling av avfall fra atomindustrien: uforutsigbare oksidasjons-reduksjonsreaksjoner med deltagelse av teknecium kompliserer prosessene for separasjon av uran og plutonium.

Hovedbruk i dag: nukleær medisin og teknecium-99m

I dag blir det største antallet teknecium utvunnet fra avfall fra atomindustrien — fra avbruddsstenger i atomreactorer. Utgang av isotopen Tc-99 ved deling av uran-235 er omtrent 6%. Men det er ikke den langlevende Tc-99 som er i fokus, men dens kortlevende nukleære isotop — Tc-99m (m betyr metastabil, kjernepregget tilstand) med en halveringstid på bare 6 timer.

Denne isotopen er en av de grunnleggende elementene i moderne nukleær medisin. Basert på den produseres radiofarmasøppel for diagnose av onkologiske svulster, vurdering av blodsirkulasjon i hjertet og undersøkelse av funksjonene til mange indre organer. Mechanismen er slik: Tc-99m utstråler gammastråler som lett kan registreres med spesialkameraer. Isotopen injiseres i kroppen (ofte bundet til molekyler som er tropiske til bestemte vev) og sender et signal som tillater leger å «se» en svulst, et betennelsesfokus eller et iskemisk område i hjertets muskel.

Den korte halveringstiden til det radioaktive isotopen gjør det mulig å få en nøyaktig bilde og raskt fjerne stoffet fra kroppen, påføring minimal stråling. Hvert år utføres mer enn 20 millioner diagnostiske prosedyrer med bruk av teknecium-99m. I Russland produserer bedrifter i vitenskapelig divisjon av Rosatom generatorene av teknecium-99m.

Farlighet og miljø: langlivende avfall

Den langlevende teknecium-99 (T_1/2 = 211 000 år) representerer en alvorlig miljøproblem. I avbruddsstenger når innholdet av denne isotopen opp til hundrevis av gram per tonn. Denne isotopen er mobil i miljøet og kan akkumuleres i biologiske objekter. Derfor er gravlegging av Tc-99 en av oppgavene ved å skape lagring av radioaktive avfall. Dens halveringstid og kjemiske mobilitet får folk til å søke spesialmatriser for pålitelig isolasjon.

Fremtiden for elementet: katalysatorer, superledere og nye radiofarmasøppel

I dag forblir teknecium et nisje, men likevel ekstremt viktig element i diagnostisk medisin. Likevel er dens potensial bredere. Teknesium er et perspektivisk materiale for å lage katalysatorer (for eksempel for dehydrogenering av organiske forbindelser) og komponenter i høytemperatur superledende legeringer. Også kjemikere utvikler metoder for å fange opp teknecium fra flytende radioaktive avfall med sorbenter og nye forbindelser for målrettet nukleær medisin, inkludert teranostikk (diagnostikk og behandling av en molekyl).

I fremtiden kan det oppstå nye metoder for å extrahere Tc-99m fra reaktor- og akseleratoropphav, noe som vil gjøre diagnostikk mer tilgjengelig. Også spennende er bruk av isotopen Tc-99 i nukleære batterier for enheter som fungerer i tiår uten lading.

Oppsummering: 43. element i den periodiske systemet er en bro mellom den prediktive genialiteten i det 19. århundre og de avanserte teknologiene i det 21. århundre. Teknesium, det første kunstige elementet uten stabile isotoper, er det eneste metallet som i form av isotopen Tc-99m brukes i millioner av medisinske diagnostikk hvert år.
© library.ee

Permanent link to this publication:

https://library.ee/m/articles/view/Teknesium-kjemisk-element-nr-43-Tc