Tc · Element 43 · Manganese group
The first element made by humans rather than found — and the lightest with no stable isotope at all.
Строение
Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место технеций занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 136 pm — that is 0.136 nm, so about 3676 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Технеций is liquid over a 2108 K window, from 2430 K to 4538 K.
История
The first element made by humans rather than found — and the lightest with no stable isotope at all.
История открытия технеция охватывает три четверти века и включает ложные заявления, международное соперничество и начало ядерной эпохи. Элемент 43 стал самой неуловимой целью химии: учёные всего мира стремились заполнить загадочный пробел в периодической таблице.
Периодическая таблица Дмитрия Менделеева предсказывала существование элемента 43 между молибденом и рутением, причём его свойства должны были занимать промежуточное положение между свойствами этих элементов. Он назвал этот гипотетический элемент «экамарганцем», с удивительной точностью предсказав его атомную массу и химическое поведение.
В период с 1877 по 1925 год учёные объявили как минимум о четырёх «открытиях» элемента 43, каждое из которых позднее было признано ошибочным. Немецкий химик Ида Ноддак заявила об открытии в 1925 году, назвав элемент «мазурием» в честь области Пруссии, но так и не смогла представить убедительных доказательств.
Итальянский минералог Эмилио Сегре сначала считал, что обнаружил элемент 43 в платиновых рудах из Южной Америки. Однако последующий анализ показал, что образцы содержали только известные элементы, добавив ещё одно ложное заявление к непростой истории открытия элемента 43.
Настоящее открытие произошло благодаря ядерной физике, а не химии. Эмилио Сегре, посетив лабораторию циклотрона Эрнеста Лоуренса в Беркли, получил молибденовую дефлекторную пластину, которую в течение нескольких месяцев облучали дейтронами.
Вернувшись в Италию, Сегре и его коллега Карло Перье провели химический анализ облучённого молибдена с помощью сложных методов разделения. Они выделили радиоактивную фракцию, химические свойства которой в точности соответствовали предсказаниям Менделеева для элемента 43.
Тщательный радиохимический анализ доказал, что это действительно элемент 43 — первый обнаруженный элемент, который не встречается в природе на Земле. Они назвали его «технецием» от греческого «technetos», что означает «искусственный».
В статье Сегре и Перье 1937 года подробно описывалось химическое поведение технеция, подтверждая предсказания Менделеева, сделанные 66 годами ранее. Элемент образовывал соединения, сходные с соединениями марганца и рения, занимал ожидаемое положение в периодической таблице и обладал предсказанными металлическими свойствами.
Первый чистый металлический технеций был выделен лишь в 1962 году, когда исследователи Национальной лаборатории Ок-Ридж получили граммовые количества в ходе крупномасштабных операций на ядерном реакторе. Этот чистый металл подтвердил предсказанные физические свойства технеция, включая серебристый внешний вид и высокую температуру плавления.
Открытие технеция Сегре способствовало присуждению ему Нобелевской премии по физике 1959 года (совместно с Оуэном Чемберленом за открытие антипротона). Открытие технеция продемонстрировало, что ядерная физика способна создавать совершенно новые элементы, открыв путь к обнаружению трансурановых элементов.
Открытие технеция доказало, что периодическую таблицу можно расширять благодаря человеческой изобретательности, вдохновив создание элементов 93–118. Оно также положило начало ядерной медицине: в течение двух десятилетий после открытия элемента технеций-99m стал наиболее широко используемым медицинским радиоизотопом.
Открытие технеция стало примером международного научного сотрудничества в напряжённый политический период. Американская технология циклотрона, итальянский опыт радиохимии и международный обмен научной информацией объединились для решения одной из величайших загадок химии.
Применение
Технеций-99m — основа ядерной медицины: ежегодно во всём мире его используют более чем в 20 миллионах медицинских процедур. Этот уникальный изотоп имеет идеальный период полураспада — 6 часов: этого достаточно для сложных медицинских процедур, но мало для значительного облучения пациентов.
Сканирование с технецием-99m MIBI (сестамиби) с исключительной точностью выявляет закупоренные коронарные артерии, помогая кардиологам диагностировать болезни сердца до возникновения инфаркта. Эти сканирования обнаруживают закупорки артерий диаметром всего 2 мм, что благодаря раннему вмешательству потенциально спасает миллионы жизней.
Сканирование костей с технецием выявляет метастазы рака за несколько месяцев до того, как они становятся видимыми на рентгеновских снимках или КТ. Онкологи используют эти сканирования для определения стадии развития рака и оценки эффективности лечения, что делает технеций важнейшим инструментом глобальной борьбы с раком.
Технеций-99m HMPAO преодолевает гематоэнцефалический барьер, позволяя врачам визуализировать кровоток в мозге и выявлять инсульты, деменцию и эпилепсию. Эти сканирования дают важную информацию для лечения неврологических заболеваний, затрагивающих миллионы пациентов во всём мире.
Передовые исследования используют соединения на основе технеция для обнаружения амилоидных бляшек в живом мозге, что потенциально позволяет диагностировать болезнь Альцгеймера за годы до появления симптомов. Такое раннее выявление может революционизировать лечение и профилактику деменции.
Уникальные радиоактивные свойства технеция делают его незаменимым в научных исследованиях. Предсказуемые закономерности распада и гамма-излучение дают исследователям точный инструмент для изучения биологических процессов и химических реакций.
Исследователи используют технеций в качестве трассера для изучения загрязнения окружающей среды, промышленных процессов и биологических систем. Искусственное происхождение технеция означает, что любой обнаруженный технеций должен быть связан с деятельностью человека, что делает его идеальным инструментом экологического мониторинга.
Долгоживущий технеций-99 (период полураспада: 211 000 лет) создаёт одновременно проблему и возможность для обращения с ядерными отходами. Исследователи разрабатывают методы превращения этого долгоживущего изотопа в короткоживущие или стабильные элементы, что потенциально может решить одну из наиболее устойчивых проблем ядерной энергетики.
Технеций служит показателем работы и безопасности ядерных реакторов. Его наличие и концентрация в реакторных системах позволяют заранее обнаружить повреждение топливных стержней или нарушение герметичности, повышая эффективность протоколов ядерной безопасности во всём мире.
Уникальные свойства технеция как ингибитора коррозии обещают эффективную защиту стали в экстремальных условиях. Даже очень малые количества (1–10 частей на миллион) могут резко снизить коррозию стали в морской воде и кислой среде.
Продолжаются исследования потенциального применения технеция в передовых материалах, электронике и освоении космоса. Как первый искусственно полученный элемент, технеций воплощает способность человечества создавать новые материалы для решения будущих задач.
Хотя пациенты его не видят, технеций-99m используется во множестве обычных медицинских процедур. Во всех крупных больницах мира есть генераторы технеция, поэтому этот искусственный элемент встречается в медицинских учреждениях чаще многих природных элементов.
Отделения неотложной помощи используют сканирование с технецием для быстрой диагностики угрожающих жизни состояний. Сканирование лёгких с технецием позволяет диагностировать тромбоэмболию лёгочной артерии за 30 минут, тогда как традиционные исследования занимают несколько часов, что потенциально спасает жизни благодаря более быстрому лечению.
Детям проводят сканирование с технецием для диагностики заболеваний почек, инфекций костей и врождённых аномалий. Короткий период полураспада изотопа уменьшает облучение растущего организма, одновременно предоставляя важную диагностическую информацию.
Больничные радиофармацевтические лаборатории ежедневно готовят десятки различных радиофармацевтических препаратов на основе технеция. Эти специализированные лекарства нацелены на определённые органы и ткани, обеспечивая точную медицинскую визуализацию с минимальными побочными эффектами.
Студенты-медики, ординаторы и специалисты осваивают процедуры ядерной медицины с помощью фантомов и учебных материалов на основе технеция. Такое практическое обучение обеспечивает безопасное и эффективное использование технологий ядерной медицины во всём мире.
Фармацевтические компании используют технеций при разработке новых средств медицинской визуализации. Исследования антител и пептидов, меченных технецием, обещают ещё более точное выявление заболеваний и контроль лечения.
В продолжающихся клинических испытаниях изучается потенциал технеция для визуализации новых заболеваний и состояний. Эти исследования могут расширить медицинское применение технеция, включив молекулярную визуализацию рака, болезней сердца и неврологических расстройств.
Международные гуманитарные организации используют переносные генераторы технеция, чтобы обеспечить ядерной медициной недостаточно обслуживаемые регионы. Эти мобильные установки позволяют проводить жизненно важные диагностические процедуры в районах без традиционной медицинской инфраструктуры.
Бригады экстренной медицинской помощи разворачивают оборудование для визуализации с технецием во время стихийных бедствий и гуманитарных кризисов, обеспечивая быструю диагностику, когда обычные больницы недоступны или перегружены.
Откуда он берётся
0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements
Технеций уникален тем, что стал первым обнаруженным элементом, который не встречается в природе на Земле. Каждый атом технеция на нашей планете был искусственно создан с помощью человеческих технологий, поэтому это буквально «созданный человеком» элемент.
В течение десятилетий элемент 43 представлял собой загадочный пробел в периодической таблице. Учёные знали, что он должен существовать согласно периодическому закону Менделеева, но никто не мог найти его в природе. Это отсутствие озадачивало химиков и приводило к многочисленным ложным заявлениям об открытии, пока истина не стала очевидной.
Технеций действительно образуется в ядрах красных гигантов в результате процессов захвата нейтронов. Однако его относительно короткий период полураспада (самый долгоживущий изотоп существует лишь 4,2 миллиона лет) означает, что любой первичный технеций, образовавшийся при создании Земли, давно распался.
Астрономы обнаруживают спектральный признак технеция в атмосферах звёзд S-типа, получая прямые свидетельства активного нуклеосинтеза. Эти наблюдения звёзд помогли подтвердить теории образования тяжёлых элементов внутри звёзд.
Сегодня технеций получают в ядерных реакторах при делении урана-235. Когда атомы урана распадаются, образуется множество осколков деления, включая молибден-99, который распадается до технеция-99m с периодом полураспада 66 часов.
Технеций-99 — один из наиболее проблемных компонентов ядерных отходов из-за его периода полураспада, равного 211 000 лет. В хранилищах ядерных отходов по всему миру содержатся тонны технеция-99, представляющие собой крупнейшее искусственное скопление этого элемента.
В отличие от многих компонентов радиоактивных отходов, технеций образует высокоподвижные пертехнетат-ионы (TcO4-), которые могут перемещаться с грунтовыми водами. Эта подвижность делает технеций важной проблемой при хранении ядерных отходов и экологическом мониторинге.
Учёные могут получать технеций несколькими искусственными способами, включая облучение молибдена нейтронами, облучение молибдена дейтронами и извлечение из отходов ядерного топлива. Каждый метод даёт разные изотопы технеция с различными свойствами и периодами полураспада.
Ускорители частиц могут непосредственно производить технеций-99m, облучая протонами мишени из молибдена-100. Этот метод предлагает альтернативу производству в реакторах и может помочь устранить дефицит поставок для медицинского применения.
Если бы 4,5-миллиардную историю Земли сжали до одного года, весь природный технеций исчез бы к февралю. Каждый атом технеция, находящийся сейчас на Земле, был создан в течение последних 80 лет развития ядерных технологий человека.
Обращение
Технеций радиоактивен. It has no stable isotope — every nucleus decays. Для обращения требуются соответствующие средства защиты и лицензия.
Главная опасность технеция связана с облучением, а не с химической токсичностью. Все изотопы технеция радиоактивны, поэтому для безопасного использования необходимы специальные процедуры обращения, оборудование для мониторинга и обучение.
Период полураспада технеция-99m, равный 6 часам, и гамма-излучение низкой энергии делают его одним из самых безопасных медицинских радиоизотопов. Дозы облучения пациентов обычно ниже уровня фонового облучения за год, однако соблюдение протоколов по-прежнему обеспечивает максимальную безопасность.
Медицинские работники, работающие с технецием, должны соблюдать строгие протоколы радиационной безопасности. В отделениях ядерной медицины действуют комплексные программы безопасности, включающие обучение, мониторинг и аварийные процедуры.
Хотя главную опасность представляет радиация, химическая токсичность технеция сходна с токсичностью рения и марганца. Исследования указывают на умеренную химическую токсичность, однако пределы радиационного воздействия всегда строже пределов химического воздействия.
Технеций-99: долгоживущий изотоп (период полураспада 211 000 лет) создаёт более значительные долгосрочные риски из-за стойкого внутреннего загрязнения. Воздействие окружающей среды следует минимизировать с помощью надлежащего обращения с отходами.
Для отходов технеция требуются специальные процедуры утилизации с учётом периода полураспада изотопа и уровня активности. Короткоживущие отходы технеция-99m можно хранить до распада, тогда как долгоживущий технеций-99 требует постоянного захоронения на лицензированных объектах.
Предприятия, использующие технеций, должны контролировать загрязнение воздуха, воды и поверхностей. Предельные уровни выбросов в окружающую среду обеспечивают безопасность населения, позволяя при этом использовать технеций в медицине и исследованиях.
Краткие ответы
Технеций (symbol Tc) is element 43 on the periodic table, a переходный металл in period 5, group 7. The first element made by humans rather than found — and the lightest with no stable isotope at all. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.
[Kr] 4d⁵ 5s², giving 5 occupied shells holding 2, 8, 18, 13, 2 electrons respectively.Технеций melts at 2430 K (2156.9 °C) and boils at 4538 K (4264.9 °C). That puts it among the most refractory elements — it stays solid at temperatures that vaporise most metals.
Технеций has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 98, is the mass number of its longest-lived known isotope.
Технеций has a density of 11 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of технеций is about 11× heavier.
Технеций has a Pauling electronegativity of 1.9. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Технеций was discovered in 1937 by Perrier & Segre. It is named after greek technetos, "artificial" — the first synthetic element.
Технеций does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.
Yes. Технеций has no stable isotope — every one of its nuclei decays. It does not occur in usable quantities in nature and must be synthesised.