Tc · Элемент 43 · Переходный металл
Первый элемент, созданный людьми, а не найденный в природе, — и самый лёгкий элемент, не имеющий ни одного стабильного изотопа.
Строение
Это не диаграмма 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 химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение технеций среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 136 pm — это 0,136 нм, поэтому около 3,68 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Технеций находится в жидком состоянии в диапазоне 2108 K — от 2430 K до 4538 K.
Положение
История
Первый элемент, созданный людьми, а не найденный в природе, — и самый лёгкий элемент, не имеющий ни одного стабильного изотопа.
История открытия технеция охватывает три четверти века и включает ошибочные 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 быть промежуточными между свойствами этих элементов. Он назвал этот гипотетический элемент «эка-марганец», 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 и назвала элемент «мазурием» в честь региона Пруссии, но так и не смогла представить убедительные доказательства.
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 ошибочное заявление к непростой истории открытия элемента 43.
Настоящее открытие произошло благодаря ядерной физике, а не химии. Эмилио Сегре, посетив циклотронную лабораторию Эрнеста Лоуренса в Беркли, получил молибденовую дефлекторную пластину, которую в течение нескольких месяцев облучали дейтронами.
Вернувшись в Италию, Сегре и его коллега Карло Перье химически проанализировали облучённый молибден с использованием сложных методов разделения. Они выделили радиоактивную фракцию, химические свойства которой точно соответствовали предсказаниям Менделеева для элемента 43.
Тщательный радиохимический анализ доказал, что это действительно был элемент 43 — первый обнаруженный элемент, который не встречается в природе на Земле. Они назвали его «технецием» от греческого «technetos», что означает «искусственный».
Статья Сегре и Перье 1937 года подробно описала химическое поведение технеция, подтвердив 66-летние предсказания Менделеева. 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 только в 1962 году, когда исследователи Ок-Риджской национальной лаборатории получили граммовые количества в ходе масштабных операций на ядерном реакторе. Этот чистый металл подтвердил предсказанные физические свойства технеция, включая серебристый 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 показало, 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 циклотронная технология, итальянский опыт радиохимии и глобальное научное взаимодействие объединились для решения одной из величайших загадок химии.
Применение
Технеций-99m — рабочий инструмент ядерной медицины, ежегодно используемый более чем в 20 миллионах медицинских процедур по всему миру. Этот удивительный изотоп имеет идеальный период полураспада — 6 часов: этого достаточно для проведения сложных медицинских процедур, но недостаточно для значительного облучения пациентов.
Сканирование с технецием-99m MIBI (сестамиби) с исключительной точностью выявляет закупорку коронарных артерий, помогая кардиологам диагностировать болезни сердца до возникновения инфаркта. Эти сканирования обнаруживают закупорки артерий диаметром всего 2 мм, потенциально спасая миллионы жизней благодаря раннему вмешательству.
Сканирование костей с технецием выявляет метастазы рака за несколько месяцев до того, как они становятся видимыми на рентгеновских снимках или компьютерной томографии. Онкологи используют эти сканирования для определения стадии развития рака и оценки эффективности лечения, что делает технеций важнейшим инструментом в глобальной борьбе с раком.
Технеций-99m HMPAO проходит через 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 по всему миру.
Передовые исследования используют соединения на основе технеция для выявления амилоидных бляшек в мозге живых людей, что потенциально позволяет диагностировать болезнь Альцгеймера за несколько лет до появления симптомов. Такое раннее выявление может революционизировать лечение и профилактику деменции.
Уникальные радиоактивные свойства технеция делают его незаменимым в научных исследованиях. Предсказуемые закономерности его распада и гамма-излучение предоставляют исследователям точный инструмент для изучения биологических процессов и химических реакций.
Исследователи используют технеций как индикатор 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) представляет собой одновременно проблему и возможность в управлении ядерными отходами. Исследователи разрабатывают методы превращения этого долгоживущего изотопа в короткоживущие или стабильные элементы, что потенциально может решить одну из наиболее постоянных проблем ядерной энергетики.
Технеций служит индикатором эффективности и безопасности ядерного реактора. Его присутствие и концентрация в системах реактора позволяют заранее обнаружить повреждение тепловыделяющих элементов или нарушение герметичности, повышая эффективность протоколов ядерной безопасности во всём мире.
Уникальные свойства технеция как ингибитора коррозии дают надежду на защиту стали в экстремальных условиях. Даже очень малые количества (1–10 частей на миллион) могут значительно уменьшить коррозию стали в морской воде и кислой среде.
Продолжаются исследования потенциального применения технеция в передовых материалах, электронике и освоении космоса. Будучи первым искусственно полученным элементом, технеций демонстрирует способность человечества создавать новые материалы для решения будущих задач.
Хотя пациенты его не видят, технеций-99m используется во множестве стандартных медицинских процедур. Каждая крупная больница в мире имеет генераторы технеция, поэтому этот искусственный элемент в медицинских учреждениях встречается чаще многих природных элементов.
Отделения неотложной помощи используют сканирование с технецием для быстрой диагностики угрожающих жизни состояний. Сканирование лёгких с технецием позволяет диагностировать лёгочную эмболию за 30 минут по сравнению с несколькими часами для традиционных тестов, потенциально спасая жизни благодаря более быстрому лечению.
Детям проводят сканирование с технецием для диагностики заболеваний почек, костных инфекций и врождённых аномалий. Короткий период полураспада изотопа сводит к минимуму облучение растущего организма, обеспечивая при этом важную диагностическую информацию.
Больничные радиофармацевтические лаборатории ежедневно готовят десятки различных радиофармпрепаратов на основе технеция. Эти специализированные лекарства направляются к определённым органам и тканям, обеспечивая точную медицинскую визуализацию при минимальных побочных эффектах.
Студенты-медики, ординаторы и специалисты изучают процедуры ядерной медицины с использованием фантомов и учебных материалов на основе технеция. Такое практическое обучение обеспечивает безопасное и эффективное применение 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.
Текущие клинические испытания изучают возможности технеция для визуализации новых заболеваний и состояний. Эти исследования могут расширить медицинское применение технеция, включив молекулярную визуализацию рака, болезней сердца и неврологических расстройств.
Международные организации помощи используют переносные генераторы технеция, чтобы обеспечить ядерную медицину в недостаточно обслуживаемых регионах. 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 традиционные больницы недоступны или перегружены.
Откуда он происходит
0 мг/кг земной коры · более распространён, чем 0% элементов
Технеций обладает уникальным отличием: это первый обнаруженный элемент, который не встречается в природе на Земле. Каждый атом технеция на нашей планете был искусственно создан с помощью человеческих технологий, поэтому его буквально называют «искусственным» элементом.
На протяжении 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 привело к многочисленным ошибочным заявлениям об открытии, прежде чем истина стала очевидной.
Технеций действительно образуется в ядрах красных гигантов в процессах захвата нейтронов. Однако его относительно короткий период полураспада (самый долгоживущий изотоп существует всего 4,2 миллиона лет) означает, что весь первичный технеций, образовавшийся при создании Земли, давно распался.
Астрономы обнаруживают спектральный след технеция в атмосферах звёзд S-типа, получая прямое свидетельство активного нуклеосинтеза. Эти наблюдения звёзд помогли подтвердить теории образования тяжёлых элементов внутри звёзд.
Сегодня технеций производят в ядерных реакторах при делении урана-235. Когда атомы урана распадаются, они образуют множество осколков деления, включая молибден-99, который распадается до технеция-99m с периодом полураспада 66 часов.
Технеций-99 является одним из наиболее проблемных компонентов ядерных отходов из-за его периода полураспада, составляющего 211 000 лет. Хранилища ядерных отходов по всему миру содержат тонны технеция-99, представляя собой крупнейшее искусственное скопление этого элемента, созданное человечеством.
В отличие от многих компонентов радиоактивных отходов, технеций образует высокоподвижные пертехнетат-ионы (TcO4-), способные перемещаться с грунтовыми водами. Эта подвижность делает технеций важной проблемой при хранении ядерных отходов и экологическом мониторинге.
Учёные могут получать технеций несколькими искусственными методами, включая облучение молибдена нейтронами, облучение молибдена дейтронами и извлечение из отходов ядерного топлива. Каждый метод даёт различные изотопы технеция с разными свойствами и периодами полураспада.
Ускорители частиц могут непосредственно получать технеций-99m, облучая протонами мишени из молибдена-100. Этот метод представляет собой альтернативу производству в реакторах и может помочь решить проблему нехватки технеция для медицинского применения.
Если бы 4,5-миллиардная история Земли была сжата до одного года, весь природный технеций исчез бы к февралю. Каждый атом технеция, находящийся сейчас на Земле, был создан за последние 80 лет развития ядерных технологий человечества.
Обращение
Технеций радиоактивен. У него нет стабильных изотопов — каждое ядро распадается. 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 контроля и обучение.
Период полураспада технеция-99m, составляющий 6 часов, и низкоэнергетическое гамма-излучение делают его одним из самых безопасных медицинских радиоизотопов. Дозы облучения пациентов обычно ниже годовой дозы фонового излучения, однако правильные протоколы по-прежнему обеспечивают максимальную безопасность.
Медицинские работники, обращающиеся с технецием, должны соблюдать строгие протоколы радиационной безопасности. Отделения ядерной медицины поддерживают комплексные программы безопасности, включающие обучение, мониторинг и действия в чрезвычайных ситуациях.
Хотя главным фактором опасности является излучение, химическая токсичность технеция схожа 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) представляет больший долгосрочный риск из-за стойкого внутреннего загрязнения. Воздействие на окружающую среду следует минимизировать с помощью правильного обращения с отходами.
Отходы технеция требуют специальных процедур утилизации с учётом периода полураспада изотопа и уровня активности. Короткоживущий технеций-99m можно хранить до распада, тогда как долгоживущий технеций-99 требует постоянного захоронения на лицензированных объектах.
Объекты, использующие технеций, должны контролировать загрязнение воздуха, воды и поверхностей. Предельные уровни выбросов обеспечивают безопасность населения, позволяя при этом применять технеций в медицине и исследованиях.
Краткие ответы
Технеций (символ Tc) — элемент 43 в периодической таблице, представитель семейства Переходный металл в 5 периоде, 7 группе. Первый элемент, созданный людьми, а не найденный в природе, — и самый лёгкий элемент, не имеющий ни одного стабильного изотопа. При комнатной температуре это твёрдое вещество, и оно радиоактивно.
[Kr] 4d⁵ 5s²; она включает 5 занятых электронных оболочек с распределением 2, 8, 18, 13, 2.Технеций плавится при 2430 K (2156.9 °C) и кипит при 4538 K (4264.9 °C). Это относит его к самым тугоплавким элементам — он остаётся твёрдым при температурах, при которых большинство металлов испаряется.
У Технеций нет стабильных изотопов, поэтому для него не существует стандартной атомной массы. Указанное значение 98 — массовое число наиболее долгоживущего известного изотопа.
Плотность Технеций составляет 11 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Технеций примерно в 11× тяжелее.
Электроотрицательность Технеций по шкале Полинга составляет 1.9. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Значения в этом среднем диапазоне обычно соответствуют ковалентным, а не преимущественно ионным связям.
Технеций был открыт в 1937 году Perrier & Segre. Назван в честь греческое technetos, «искусственный» — первый синтетический элемент.
Технеций практически не встречается в природе на Земле — его получают в реакторе или ускорителе.
Да. Технеций не имеет стабильных изотопов — каждое его ядро распадается. В природе он не встречается в количествах, пригодных для использования, и должен быть синтезирован.