vignette Le technétium est l'élément chimique de numéro atomique 43, de symbole Tc.
Le technétium est l'élément le plus léger ne possédant pas d'isotope stable. Les propriétés chimiques de ce métal de transition radioactif de couleur gris métallique, rarement présent dans la nature, sont intermédiaires entre celles du rhénium et du manganèse. Son nom provient du grec , « artificiel » : il a été le premier élément chimique produit artificiellement. Le technétium est aussi le plus léger des éléments découverts par création artificielle.
Le technétium 99m (99mTc), un isotope de faible demi-vie, émetteur de rayons γ, est utilisé en médecine nucléaire pour effectuer de nombreux diagnostics. Un autre isotope, le technétium 99 (Tc), de longue durée de vie, est une source de particules β. De plus, l'ion pertechnétate (TcO4−) a été proposé comme un inhibiteur fort de la corrosion anodique des aciers doux dans les systèmes de refroidissement fermés.
Avant la découverte de cet élément, de nombreuses propriétés furent prédites par Dmitri Mendeleïev, qui remarqua une lacune dans sa classification et appela cet élément « ekamanganèse ». En 1937, l'isotope technétium 97 (Tc) fut le premier élément à être produit artificiellement comme son nom l'indique. La plupart du technétium produit sur Terre est issu de la fission de l'uranium 235 dans les réacteurs nucléaires et est extrait du cycle du combustible nucléaire. Aucun des isotopes du technétium ne possède une demi-vie supérieure à 4,2 millions d'années (Tc), donc sa détection dans les géantes rouges en 1952 apporta la preuve que les étoiles peuvent produire des éléments plus lourds lors de la nucléosynthèse stellaire. Sur Terre, le technétium existe sous forme de traces en quantité mesurable comme un produit de la fission spontanée d'un alliage d'uranium ou par la capture d'un neutron d'un alliage de molybdène.
Histoire À la recherche de l'élément chimique 43 La place dans la table périodique entre le molybdène (Z = 42) et le ruthénium (Z = 44) est restée longtemps vacante. De nombreux chercheurs avaient l'ambition de trouver cet élément, car sa place dans la table périodique laissait suggérer que la découverte serait plus facile que pour les autres éléments chimiques inconnus. Sa présence fut tout d'abord supposée dans un alliage de platine en 1828 et cet élément fut nommé polinium avant de se révéler être de l'iridium impur. En 1846, l'élément "ilménium" a été déclaré découvert mais il s'agissait en fait du niobium impur. Cette erreur a été répétée en 1844 avec la pseudo-découverte par Heinrich Rose du pélopiumHistory of the Origin of the Chemical Elements and Their Discoverers, Individual Element Names and History, "Technetium"Séances académiques : Lectures et communications, L’Institut, journal universel des sciences, tome XII, no. 572, 11 décembre 1844, . Dmitri Mendeleïev prédisait que l'élément chimique aurait les mêmes propriétés que le manganèse et il lui donna le nom d'eka-manganèse (de symbole Em).
vignette|Le tableau périodique décorant la tombe de Mendeleïev à Saint-Pétersbourg arbore l’ilménium (élément 8-VII, symbole Jl ; ce tableau utilise J pour le I majuscule).
En 1877, le chimiste russe Serge Kern rapporta avoir trouvé l'élément manquant dans un alliage métallique. Kern nomma ce qu'il pensa être le nouvel élément davyum en hommage au chimiste anglais Sir Humphry Davy, mais l'élément s'avéra être un mélange d'iridium, de rhodium et de fer. Un autre candidat, le lucium suivit en 1896 mais fut déterminé comme étant de l'yttrium. En 1908, le chimiste japonais Masataka Ogawa crut trouver des preuves de la présence de l'élément 43 dans un minerai de thorianite. Ogawa appela cet élément le nipponium (d'après nippon qui signifie japon). Des examens ultérieurs montrèrent la présence de rhénium dans les plaques photographiques d'Ogawa, mais pas celle de l'élément 43.
En 1925, Walter Noddack, Otto Berg et Ida Tacke (qui devint Mrs Noddack) annoncèrent leur découverte à laquelle ils donnèrent le nom de masurium, mais ils ne réussirent pas à renouveler l'expérience. Le nom masurium vient de Mazurie, une région de l'est de la Prusse, actuellement située en Pologne, la région dont la famille de Walter Noddack est originaire. Cette équipe a bombardé de la ferrocolumbite avec des électrons et en a déduit la présence de l'élément 43 en examinant le spectre en rayon X. Les expérimentateurs de cette époque ne parvinrent pas à reproduire cette expérience qui fut considérée comme erronée.
En 1998, John T. Armstrong du National Institute of Standards and Technology (NIST) lança une simulation numérique de cette expérience de 1925 ; il obtint des résultats assez proches de ceux de l'équipe Noddack. Selon lui, la découverte aurait bien été faite en 1925, d'autant que cela semble étayé par les mesures de la présence naturelle du technétium réalisées par David Curtis au Los Alamos National Laboratory. Cependant, les résultats expérimentaux de Noddack n'ont jamais été reproduits. La question de l'authenticité de la découverte de l'élément 43 en 1925 reste débattue.
La découverte du technétium est attribuée à Carlo Perrier et Emilio Segrè qui isolèrent les isotopes 95 et 97 en 1937.
Découverte officielle et histoire contemporaine
La découverte de l'élément 43 a été confirmée officiellement en 1937 à l'université de Palerme en Sicile, à la suite d'une expérience dirigée par Carlo Perrier et Emilio Segrè. Au cours de l'été de 1936, Segrè fit un voyage aux États-Unis, d'abord à New York puis à Berkeley au Laboratoire national Lawrence-Berkeley, où il persuada Ernest Orlando Lawrence, l'inventeur du cyclotron, de lui laisser des produits du cyclotron devenus radioactifs. Le , Lawrence envoya à Segrè et Perrier une feuille de molybdène qui avait fait partie du déflecteur dans le cyclotron, la recherche d'un nouvel élément commençant le .. Segré effectua une liste des expériences de chimie de son collègue Perrier pour essayer de prouver à travers la chimie comparative que l'activité du molybdène était en fait celle de l'élément Z = 43, un élément n'existant pas dans la nature à cause de son instabilité par décroissance radioactive. Avec des difficultés considérables, ils parvinrent à isoler trois produits avec des périodes de décroissance (90, 80, et 50 jours) qui se transformèrent finalement en deux isotopes Tc et Tc du technétium, le nom donné plus tard par Perrier et Segrè Voir aussi LANL Periodic Table, "Technetium", paragraph 1.
Les noms panormium, en référence à l'université de Palerme, et trinacrium, d'après la Sicile, sont proposés. Les chercheurs préférèrent s'inspirer du mot grec , , signifiant artificiel, puisqu'il s'agissait du premier élément chimique artificiel.Elentymolgy and Elements Multidict, "Technetium". Segrè retourna à Berkeley et sollicita Glenn T. Seaborg. Ils isolèrent l'isotope technétium 99m qui est maintenant utilisé dans 10 millions de diagnostics médicaux chaque année.
En 1953, l'astronome Paul W. Merrill en Californie détecta la signature spectrale du technétium (en particulier des raies à , , et à ) dans les géantes rouges de type S. Ces étoiles massives en fin de vie sont riches en éléments ayant une faible durée de vie, apportant la preuve que s'y déroulent des réactions nucléaires produisant ces éléments. Cette preuve a été utilisée pour soutenir la théorie non prouvée que les étoiles sont le lieu de nucléosynthèse des éléments chimiques les plus lourds. Plus récemment des observations ont apporté la preuve que les éléments étaient formés par la capture des neutrons dans les processus s.
Depuis cette découverte, des recherches ont été entreprises afin de détecter la présence de technétium sur Terre à l'état naturel. En 1962, du technétium 99 a été isolé et identifié par B. T. Kenna et P. K. Kuroda dans de la pechblende au Congo belge, en très faible quantité (environ ). Il est produit par la fission spontanée de l'uranium 238. Il a également été démontré que le réacteur nucléaire naturel d'Oklo a produit une quantité significative de technétium 99, qui s'est ensuite désintégré en ruthénium 99.
Propriétés nucléaires Le technétium n'a aucun isotope stable ; il est donc exclusivement radioactif. C'est l'élément le plus léger présentant cette propriété. Parmi les 82 premiers éléments chimiques, seuls deux éléments sont exclusivement radioactifs : le technétium est le premier, l'autre est le prométhium.
Le technétium est produit principalement par les réactions nucléaires et . Il a une faible toxicité chimique. La toxicité radiologique (par unité de masse) dépend de l'isotope, du type de radiation et de la demi-vie de cet isotope. En dépit de l'importance de la compréhension de la toxicité du technétium, les études expérimentales sont en nombre très limité.
Tous les isotopes du technétium doivent être manipulés avec précaution. L'isotope le plus courant, le technétium 99 est un faible émetteur de rayonnement β. Ces radiations peuvent être stoppées par les vitres de protection du laboratoire. De faibles rayons X sont émis par rayonnement continu de freinage lorsque les électrons sont stoppés, mais ces radiations ne présentent pas de danger tant que le corps humain se situe à plus de de ces vitres. Le principal danger lorsqu'on travaille avec du technétium est l'inhalation de poussières radioactives. La contamination radioactive dans les poumons est un risque important de cancer. Pour la plupart des travaux avec le technétium, une hotte est suffisante et une boîte à gants n'est pas nécessaire.
Stabilité des isotopes du technétium
Les isotopes les plus stables sont le Tc (demi-vie de 4,2 Ma), le Tc (2,6 Ma) et le Tc (211,1 ka)EnvironmentalChemistry.com, "Technetium", Nuclides / Isotopes.
Au total, 22 autres isotopes ont été caractérisés. Leur masse atomique varie entre 87,933 u (Tc) et 112,931 u (Tc). La plupart d'entre eux ont une demi-vie inférieure à une heure. Les exceptions sont le Tc (2,75 heures), le Tc (4,883 heures), le Tc (20 heures), et le Tc (4,28 jours).
Le technétium a de nombreux états métastables : le 97mTc est le plus stable avec une demi-vie de 90,1 jours (). Il est suivi par le 95mTc (demi-vie: 61 jours ; ), et le 99mTc (demi-vie : 6,01 heures ; 0,1405 MeV). Le 99mTc émet seulement des rayons gamma, pour former le Tc.
Pour les isotopes plus légers que le Tc, l'isotope le plus stable, le mode de décroissance radioactive est la capture électronique qui donne le molybdène. Pour les isotopes plus lourds que le Tc, le mode principal de décroissance est l'émission bêta qui donne le ruthénium. Le Tc est une exception : il peut subir une décroissance à la fois par capture électronique et par émission bêtaCRC Handbook, 85th edition, table of the isotopes.
Le (Tc) est le plus courant des isotopes du technétium. Un gramme de Tc produit 6,2×10 désintégrations par seconde (soit 0,62 GBq/g).
Explication de la stabilité Le technétium et le prométhium sont des éléments chimiques légers inhabituels dans le sens où ils ne possèdent pas d'isotopes stables. L'explication de ce phénomène est quelque peu compliquée.
À partir du modèle de la goutte liquide décrivant les noyaux atomiques, on peut établir une formule semi-empirique (la formule de Weizsäcker) pour estimer l'énergie de liaison nucléaire. Cette formule prédit l'existence d'une "vallée de la stabilité bêta" dans laquelle un nucléide ne va pas subir de désintégration bêta. Les nucléides qui sont en haut de la paroi de la vallée vont se désintégrer pour « tomber » vers le centre de la vallée, en émettant un électron ou un positron, ou encore en capturant un électron.