Technetium: die eerste kunstlik element wat miljoene lewens gered het

In die periodieke tabel van Dmitri Ivanovich Mendelejew is daar 'n cel onder die getal 43. Vir 'n lang tyd het dit leeg gebly. Sy inwoners het nie aan chemici van die 19de eeu in die hande gegee nie, wat deur die mees vastbesatte jagers na elemente verberg. Maar dit het gekeer dat dit aan die moeilikheid van die isolering lê, maar aan die natuur van die stof self: dit kon net nie op aarde oorleef sedert sy vorming nie. Vandag weet ons die element as technetium — die eerste element wat kunstlik gemaak is, en tegelykertyd die element wat elke dag duisende lewens in hospitale oor die wêreld red.

Technetium is die enigste element ligter as lood wat geen stabiele isotope het nie. Sy plek in die tabel is 'n triumf van die voorspellende krag van wetenskap en tegelykertyd 'n monument van menslike invindings.

Die 43ste element: die voorspelling van Mendelejew

In 1869, toe Dmitri Ivanovich Mendelejew die wêreld vertel van sy periodieke tabel, was daar 63 elemente en enkele lege plekke. Hy het nie net gaps gelaat nie — hy het dapper die eiwete van onontdekte stowwe voorspel. Vir die element onder die getal 43, wat onder manganese in die sewende groep geleë was, het die wetenskaplike die eiwete voorspel en het dit 'eka-manganese' genoem (van Sanskrit 'eka' — een).

In die volgende dekades het chemici die ontbrekende element in manganeseerts, minerale en komplekse chemiese produksie-afvalsoortsoorte gesoek. Daar was en die skandelose verklaarings van ontdekking: die element is genoem 'ilmenium', 'nipponium', 'lurium'. Maar geen van hulle is bevestig. Vandag weet ons waarom: technetium is radioaktief, en sy mees langlevende isotope met 'n halveringstyd van bykans 4 miljoen jaar het altyd uit die aardkors verdwyn sedert sy vorming.

Waarom 'technetium'? Die kunstlike oorsprong van die naam

Die naam van die element is afgelei van die Griekse woord 'τεχνητός' (teknētos), wat 'kunstlik' beteken. Die naam het inbehalwe verdubbeld: technetium is die eerste chemiese element wat kunstlik verkry is, en nie uit natuurlike materiaal nie.

Die geskiedenis van die ontdekking: die molibdenplaat van Berkeley

In 1937 het die Italiaanse fisikus Emilio Segrè in die VSA gewerk, in die laboratorium van Ernest Lawrence — die uitvinder van die cyclotron. Segrè het die vreemde radioaktiwiteit van een van die afgebruikte dele van die versneller — 'n molibdenfolie, wat as doelwit vir deuteronne gedien het — opgemerk.

Die wetenskaplike het aangevoer dat 'n nuwe element met die getal 43 in molibde (atommassa 42) gevorm is as gevolg van kernreaksies. Hy het die folie met hom na Palermo geneem, waar hy saam met die mineraloog Carlo Perrin 'n reeks komplekse chemiese operasies uitgevoer. Hulle het die nuwe radioaktiewe element in pure, alhoewel mikroskopiese, hoeveelhede geïsoleer.

Die fundamentele eiwete: die ligste sonder stabiele isotope

Technetium is die ligste element in die periodieke tabel, wat geen stabiele isotope het nie. Sy 'langlevende' vorme: Tc-97 (halveringstyd 2,6 miljoen jaar), Tc-98 (4,2 miljoen jaar) en die mees beskikbare isotoop — Tc-99 (halveringstyd 211 000 jaar).

By die same tyd is natuurlike technetium altyd op aarde. In geringe, spore hoeveelhede (byvoorbeeld 1 nanogram per ton uraniumerts) word dit gevorm in die proses van spontane splinting van uranium-235. In enige oomblik is daar bykans 18 000 ton technetium in die aardkors — maar die metaal 'opgelos' in enorme hoeveelhede van rots.

Onverwagte eiwete: van superleider tot chemiese kwaadwilligheid

Fisiese eiwete. Technetium is 'n silwer-siviere oorgangsmetaal. Sy kristallien struktuur onder standaard omstandighede is hexagonaal, hy is buigbaar en plastic. Opmerkelik, maar by lae temperature word technetium 'n superleider.

Chemiese veelvuldigheid. Vir technetium is die oksidasietygtes van −1 tot +7 kenmerkend, en die mees stabiele vorm is die sewenvaalente technetium (Tc⁷⁺). By die same word dit deur chemici dikwels met renium vergelyk. Hierdie veelvuldigheid stel swakke probleme by die verwerking van gebruikte kernbrandstof: onvoorspelbare oksidasie-reduksie-reaksies met die deelname van technetium verswerg die prosesse van uiteenlyking van uranium en plutonium.

Die belangrikste toepassing vandag: kernmedisyne en technetium-99m

Vandag word die meeste technetium uit die afval van die kernindustrie onttrek — uit die gebruikte brandstofstertjies van kernreaktors. Die uitvoer van die isotoop Tc-99 by die deling van uranium-235 bedra bykans 6%. Maar in die sentrum van die aandag is nie die langlevende Tc-99 nie, maar sy kortlevende kernisomeer — Tc-99m (m beteken metastabiel, kern-geactiveerde toestand) met 'n halveringstyd van net 6 uur.

Dié isotoop is een van die hoekstenene van die moderne kernmedisyne. Op basis daarvan word radiopharmaceutiese voorbereidings geproduseer vir die diagnose van kwaadaardige tumorvorming, die evaluering van die bloedstroom in die hart en die ondersoek van die funksies van baie interne organe. Die mekanisme is so: Tc-99m spits gamma-strale uit, wat maklik geregistreer kan word met spesiale kameras. Die isotoop word in die liggaam ingegee (vaak in 'n gebonde vorm met molekules, tropies vir spesifieke weefsel) en gee 'n signaal, wat die artseer toelaat om 'n tumor, 'n ontstekingsoorvloed of 'n gebied van ischemiese hartspier te sien.

Die korte halveringstyd van die radioisotoop laat toe om 'n presiese beeld te verkry en die stof snel uit die liggaam te bring, met 'n minimaal stralingsbeskadiging. Elke jaar word meer as 20 miljoen diagnostiese prosedures met die gebruik van technetium-99m uitgevoer. In Rusland word die produksie van generators van technetium-99m deur die ondernemings van die wetenskaplike divisie van Rosatom uitgevoer.

Gevaar en ekologie: die langlevende afval

Die langlevende technetium-99 (T_1/2 = 211 000 jaar) verteenwoordig 'n swak ekologiese probleem. Die inhoud daarvan in gebruikte kernbrandstof bereik honderde gram per ton. Dié isotoop is mobil in die omgewing en kan in biologiese objekte opgespoel word. Daarom is die begraving van Tc-99 een van die taken by die skep van opslagskelders vir radioaktiewe afval. Sy halveringstyd en chemiese mobiliteit maak die soek na spesiale matryse vir betroubare isolasie.

Die toekoms van die element: katalysators, superleiders en nuwe radiopharmaceutiese voorbereidings

Vandag bly technetium 'n niche, maar baie belangrik element in diagnostiese medisyne. Maar sy potensiaal is wydser. Technetium is 'n perspektiewe materiaal vir die vervaardiging van katalisators (byvoorbeeld vir die dehidratering van organiese verbindinge) en komponente van hoë temperatuur superleider legerings. Onder meer ontwikkel chemici metode om technetium uit vloeibare radioaktiewe afval te vang met sorbente en nuwe verbindinge vir gerichte kernmedisyne, insluitend teranostiek (diagnose en therapie met een molekule).

Die toekoms van die metode om Tc-99m uit die opwerkings van reaktors en versnellers te verkry, sal die diagnose nog meer toeganklik maak. Onder meer is die gebruik van die isotoop Tc-99 in kernbatterye vir apparate, wat jare lank sonder oplaaiings werk, perspektiefryk.

Samenvatting: Die 43ste element van die periodieke stelsel is 'n brug tussen die voorspellende genialiteit van die 19de eeu en die hoë tegnologie van die 21ste eeu. Technetium, die eerste kunstlik gemaakte element sonder stabiele isotope, is die enigste metaal wat in die vorm van die isomeer Tc-99m in miljoene mediese diagnostieke gebruik word.
© elib.co.za

Permanent link to this publication:

https://elib.co.za/m/articles/view/Technecium-chemiese-element-nr-43-Tc