Technécium

A technécium a legkisebb rendszámú kémiai elem, amelynek nincs stabil izotópja. Rendszáma 43, vegyjele Tc. Ezüstszürke átmenetifém. Kémiai tulajdonságait tekintve a mangán és a rénium között áll. A technécium nagy része szintetikusan előállított, és csak nagyon kis mennyiségben található meg a természetben, amely az urán spontán maghasadásából, vagy molibdénércek neutronbefogással történő átalakulásából származik.

A technécium sok tulajdonságát már Dmitrij Ivanovics Mengyelejev megjósolta, mielőtt azt felfedezték volna. Mengyelejev ekamangánként hivatkozott rá periódusos rendszerében. 1937-ben gyártottak először technéciumot (technécium-97-et), a név a görög τεχνητός (tekhnetosz), „mesterséges” szóból származik).

A metastabil gammasugárzó technécium-99-et orvosdiagnosztikai tesztek készítésére használják. A hosszú élettartamú technécium izotópok az urán-235 maghasadásának melléktermékei az atomreaktorokban, és a fűtőanyagrudakból nyerik őket.

Felfedezésének története A 43-as rendszámú elem nyomában 1861-től egészen 1871-ig a Mengyelejev által javasolt korai periódusos rendszer egy rést tartalmazott a molibdén (Z=42) és a ruténium között (Z=44). 1871-ben Mengyelejev megjósolta, hogy ez a hiányzó elem foglalhatja el a mangán alatti üres helyet, így annak hasonló kémiai tulajdonságokkal kell rendelkeznie. Mengyelejev az ekamangán (Em) nevet adta neki a szanszkrit „eka” előtag után, mely itt arra utal, hogy a mangán alatt eggyel helyezkedik el a keresett elem.

Sok kutató versengett megtalálásáért a periódusos rendszer megalkotása előtt és után egyaránt, mivel periódusos rendszerbeli elhelyezkedése alapján feltételezték, hogy könnyebben detektálható, mint más még felfedezésre váró elemek. Először vélték 1828-ban, hogy a platina ércben találták meg, és a polinium nevet adták neki, de erről kiderült, hogy nem más, mint szennyezett irídium. 1846-ban ismét bejelentették a felfedezését ilmenium néven, de ez valójában szennyezett nióbium volt. Ugyanezt a hibát követték el 1847-ben, akkor pelopium néven hivatkoztak az új elemre.

1877-ben Szergej Kern orosz vegyész bejelentette, hogy a hiányzó elemet megtalálta a platinaércben. Kern az elemre davyum néven hivatkozott (Sir Humphry Davy angol kémikus után), de kiderült, hogy ez irídium, ródium és vas keveréke. Egy újabb lehetséges jelöltről, a luciumról bebizonyosodott, hogy ittrium. 1908-ban a japán tudós, Masataka Ogawa úgy vélte, bizonyítékot talált arra nézve, hogy a hiányzó 43-as rendszámú elem a thorianit nevű ásványban van jelen. Ogawa az elemet Japán után (mely japánul Nippon) nippóniumnak nevezte el. 2004-ben Yoshihara röntgenspektroszkópiával nem tudta kimutatni az Ogawa hagyatékában talált fotólemezen őrzött mintában a keresett elemet, helyette réniumot talált.

Walter Noddack, Otto Berg és Ida Noddack publikálták a 75-ös és a 43-as rendszámú elem felfedezését 1925-ben, utóbbit mazurium névre keresztelték, mivel Noddack családja a Mazuri-tóvidékről származott.Természet Világa 2012 (143. évf.), 12. sz. 568. o. Makra Zsigmond: Az "atomkor" kezdete A kutatócsoport columbitot (niobit) bombázott elektronsugárral, és arra következtetett, hogy a 43-as rendszámú elem gyenge jele megtalálható a kiértékeléskor kapott röntgendiffrakciós spektrogramon. A hullámhosszak és a rendszám kapcsolatát Henry Moseley 1913-as összefüggése szolgáltatta. Későbbi kutatások nem tudták reprodukálni kísérletüket, így ma is viták tárgyát képezi, hogy valóban megtalálta-e a csoport a később technéciumnak nevezett elemet.

Hivatalos felfedezése, előfordulása A 43-as rendszámú elem létezését hivatalosan 1936 decemberében erősítette meg a Palermói Egyetem két kutatója, Carlo Perrier és Emilio Segrè. Segrè az 1930-as évek közepén a Columbia Egyetemen és a Lawrence Berkeley National Laboratory-ban tett látogatása során rávette Ernest Lawrence amerikai Nobel-díjas fizikust, hogy az általa felfedezett ciklotronból származó radioaktív hulladékból kaphasson mintát. Lawrence molibdénfóliát bocsátott rendelkezésére a készülék deflektoráról.

Segrè rábeszélte palermói kollégáját, Perrier-t, hogy összehasonlító kémiai elemzés segítségével bizonyítsák be, hogy a molibdénnek tulajdonított aktivitás valójában a 43-as rendszámú elemtől származik. A mintából sikerült izolálniuk a technécium-95 és technécium-97 izotópokat. A technécium elnevezést 1947-ben kapta az elem. Segrè visszatérve Berkeley-be, találkozott Glenn T. Seaborg (kémiai) Nobel-díjas tudóssal, akivel sikerült izolálnia a technécium-99m-et (az „m” az elem fizikai kémiai metastabilitására utal). Segrè-t 1959-ben fizikai Nobel-díjjal jutalmazták az antiproton felfedezéséért, a technécium mellett még az asztácium (At) felfedezése is a nevéhez fűződik.

1959-ben Paul W. Merrill Kaliforniában vizsgálódva észlelte a technéciumra jellemző emissziós spektrumot az S típusú vörös óriásokból. Ezek a csillagok életük vége felé nagy mennyiségű technéciumot halmoznak fel, amelyek magreakciók jelenlétét bizonyítják. Ez a bizonyíték támasztotta alá a korábban feltételezett elméletet, miszerint a csillagokban nehéz elemek nukleoszintézise is végbemehet. Újabban bizonyították, hogy ez neutron befogásával valósul meg.

Hivatalos felfedezése után sok kutatást folytattak arra nézve, vajon megtalálható-e a Földön természetes forrású technécium. 1962-ben, Belga Kongóban sikerült izolálni rendkívül kis mennyiségben uránszurokércből (kb. 0,2 ng/kg), ahol valószínűleg urán-238 spontán hasadásával keletkezik. Arra vonatkozóan is találtak bizonyítékot, hogy az oklói természetes atomreaktor jelentős mennyiségű technécium-99-et termelt, amely azonban azóta ruténium-99-cé bomlott. Adott pillanatban a földkéregben az uránércben és tóriumércben végbemenő spontán hasadás, valamint a molibdén neutronbefogása következtében – figyelembe véve, hogy egy kilogramm urán kb. 1 nanogramm (10−9 g) technéciumot tartalmaz – mintegy 18 ezer tonna technécium található.

Tulajdonságai Fizikai tulajdonságai A technécium ezüstszürkés, radioaktív, megjelenésében a platinához hasonlatos fém. Rendszerint szürke por formájában nyerhető ki. Az atomos technécium emissziós vonalai az alábbi hullámhosszakon található: 363,3 nm, 403,1 nm, 426,2 nm, 429,7 nm és 485,3 nm.

A fém enyhén paramágneses tulajdonságú, mely azt jelenti, hogy külső mágneses tér hatására megfelelő irányba rendeződnek a mágneses dipólusok, de a mező megszűnése után véletlenszerűen állnak be. A tiszta egykristály technécium 2-es típusú szupravezetőként működik 7,46 K alatti hőmérsékleteken. E hőmérséklet alatt a fém London-féle mágneses behatolási mélysége rendkívüli mértékben megnő, az elemek között a nióbium után a második legnagyobb értéket adja.

Kémiai tulajdonságok A technécium a periódusos rendszer VII. B mellékcsoportjában található a rénium és a mangán között. A technécium a réniumhoz hasonlóan kémiailag inert (kevéssé reakcióképes), és kötései kovalens jellegűek. A mangántól eltérően nem alkot készségesen kationokat (pozitív töltésű ionok). Jellemző oxidációs állapotok: +4, +5, +7. A technécium oldódik királyvízben, salétromsavban és tömény kénsavban, de sósavban egyáltalán nem.

Hidridjei és oxidjai A technécium hidrogénnel való reakciója során [technéciumhidrid (II)-anion], melynek szerkezete ugyanaz, mint a -é. Bár a szerkezetet adó hidrogénatomok geometriai elrendeződése nem ekvivalens, az elektronszerkezet majdnem ugyanaz. A komplex ion két hidrogénatomja kicserélhető és -ionokra.

A fémtechnécium páradús levegőben könnyen korrodálódik, por alakban oxigénnel egyesül. Kétféle oxidját sikerült előállítani eddig: és . Oxidatív körülmények között technécium (VII)-kation keletkezhet, amely pertechnetátionként létezik (). 400-450 °C között halványsárga technécium-heptoxiddá alakul:

4 Tc + 7 → 2

A technécium-heptoxid a nátrium-pertechnetát gyártásának kiindulási anyaga (prekurzora):

+ 2 NaOH → 2 +

A fekete színű technécium-dioxid () a heptoxid formából nyerhető fémtechnéciummal vagy hidrogénnel történő redukcióval.

A pertechnéciumsav () gyártása technécium-heptoxidból vízzel vagy más oxidáló savval, pl. salétromsavval, tömény kénsavval, királyvízzel vagy sósavas-salétromsavas eleggyel történik. A keletkező sötétvörös, higroszkópos (vízmegkötő tulajdonságú) anyag erős sav, így könnyen adja le protonját.

A pertechnetát (tetroxidotechnetát) anion () tetraéderes szerkezetű, a csúcsokban az oxigénatomok, a centrumban a Tc-atom helyezkedik el. A permanganátionnal ellentétben a pertechnetátion csak gyenge oxidáló reagens. A pertechnetátot gyakran használják katalizátorként, valamint a technéciumizotópok kényelmes vízoldható forrásaként.

Szulfidjai, szelenidjei, telluridjai A technécium többféle szulfidot képez. előállítható fémtechnécium (Tc) és elemi kén () direkt szintézisével (közvetlen reakciójával), míg a az alábbi reakció alapján állítható elő:

2 + 7 → + 8

Melegítés hatására a technécium-heptaszulfid diszulfidra és elemi kénre bomlik:

→ 2 + 3 S

Szelénnel és tellúrral a fentiek analógiájára játszódnak le reakciók.

Klaszterek és szerves komplexek

Számos technéciumklaszter ismert, például a , , és . Stabilabbak a , . Számos szerves technéciumkomplexet sikerült előállítani, amelyek szerkezete viszonylag jól ismert és behatóan tanulmányozott az orvostudományban való gyakorlati jelentősége miatt.

A ditechnécium-dekakarbonil () fehér szilárd anyag. Ebben a molekulában két technéciumatom kapcsolódik össze jóval gyengébben, mint az kovalens kötés esetében jellemző, amit a 303 pm-es viszonylag nagy kötéstávolság is igazol. A két technéciumatomot oktaéderes alakzatban veszi körül a 10 karbonilligandum, ily módon telítődnek a megfelelő s, p és d alhéjak (ehhez tehát összesen 18 elektron szükséges). A technéciumatom 7 db d-pályán tartózkodó elektront tartalmaz, ehhez hozzáadódik a karbonilligandumok 2*5 db elektronja. Mivel ebből összesen 17 elektron származik, ez pedig kedvezőtlen, ezért két technéciumatom összekapcsolódásával érhető el a héj telítettsége, így a komplex energiaminimuma.

Az ábrán látható szerves technéciumkomplexet szintén az orvostudományban hasznosítják.

Alkalmazások, élettani hatások Az orvostudományban a technécium-99m izotópot radioaktív nyomjelzőként használják. E célra jól megfelel, mivel 140 keV-os gamma-sugárzása az orvosdiagnosztikai eszközökkel könnyen észlelhető, és felezési ideje 6,01 óra, ami azt jelenti, hogy 24 órán belül 94%-a lebomlik az emberi testben. Legalább 31-féle széles körben használt technécium-99m alapú radiofarmakont használnak az agy, szívizom, pajzsmirigy, máj, tüdő, vese, epehólyag, a csontrendszer, a vér és tumorok funkcionális és képalkotó vizsgálatában.

Az orvostudományon kívül felhasználják még a vegyiparban katalizátorként. Néhány esetben, pl. izopropanol dehidrogénezése során hatékonyabb, mint a rénium vagy a palládium. A kálium-pertechnetát 55 ppm-nyi koncentrációban megakadályozza az acél korrózióját vízbe merítés esetén akár 250 °C-ig is.

A hosszabb (61 nap) felezési idejű technécium-95m izotóp segítségével az állat- és növényvilágban a technécium mozgását tanulmányozzák, követik nyomon.

A technéciumnak nincs természetes biológiai szerepe, és nem található meg az emberi testben. Kémiai toxicitása csekély. Egy vizsgálatban, melynek során patkányokat több héten át akár 15 μg/g technécium-99 tartalmú táplálékkal etettek, nem tapasztaltak jelentős elváltozást a vérösszetételben, a test vagy szervek tömegében, valamint az étkezési szokásokban sem.

A radiológiai toxicitás függ a szóban forgó vegyülettől, a felezési időtől és a sugárzás típusától. Mindegyik izotópjával óvatosan kell bánni. A technécium-99 gyenge béta-sugárzó anyag, amelyet már a laboratóriumi üvegfal is elnyel. Az elsődleges kockázatot a technécium porának belélegzése okozza, amely jelentős mértékben járulhat hozzá rák kialakulásához. A biztonságos munkához többnyire elegendő az elszívófülke, kesztyűsbox használata nem szükséges.

Jegyzetek

Fordítás

További információk