Technecium: prvi umetniški element, ki je spašil milijone življenj

Med periodično tabelo Dmitrija Ivanoviča Mendeleeva je celica pod številom 43. Domača leta je ostala prazna. Njegov stanovnik se ni dal v roke kemikom 19. stoletja, skrbno se skrivač od najbolj natančnih lovcev po elementih. Vendar je bilo dejstvo, da ni bilo v težavi izločitve, ampak v sami naravi tega snovi: ona je prosti preživela na Zemlji od njenega nastanka. Danes znamo ta snov kot tehnecij — prvi element, ki ga so ustvarili umetno, in hkrati element, ki vsakdanje spaša tisoče življenj v bolnicah po vsem svetu.

Tehneций — edini element ležeč na plinskih, ki nima stabilnih izotopov. njegovo mesto v tabeli je triumf predvidno moči znanosti in hkrati spomenik človeških izumiteljstva.

43-ji element: proročilo Mendeleeva

Leto 1869, ko je Dmitrij Ivanovič Mendeleev predstavil svetu svojo periodično tabelo, je v njej bilo 63 elementov in nekaj praznih mest. On ni le pustil praznine — je odsečno predrekel lastnosti še neotkritih snovi. Za element pod številom 43, ki je bil postavljen pod manganev v sedmo skupino, je znanstvenik predrekel lastnosti in ga poimenoval «eka-manganevom» (iz sanskrita «eka» — eden).

Med naslednjimi desetletji so kemiki iskali manjkajoč element v manganskih rudah, mineralih in zapuščinah kemskih proizvodov. Bili so tudi glasni dejanji o odkritju: element so imenovali «ilmijem», «niponijem», «lurijem». Vendar je ni eno izmed njih potrdilo. Danes znamo zakaj: tehnecij je radioaktiven in njegovi najdlje živeči izotopi s periodom polrazpadanja okoli 4 milijonov let so že dolgo izginili iz skorja Zemlje od njenega nastanka.

zakaj «tehnecij»? Umetniško poreklo imena

Ime elementa je dobil od grške besede «τεχνητός» (tehnnetos), kar pomeni «umetniški». Ime je bilo proročevalno dvojno: tehnecij je postal prvi kemični element, ki ga so dobili umetno, ne iz naravnega surovja.

Zgodba odkritja: molibdenova plasta iz Berkeleyja

Leto 1937 je italijanski fizik Emilio Segre delal v Združenih državah, v laboratoriju Ernesta Lawrencea — izumitelja ciklotrona. Segre je pozabil na strano radioaktivnost ene izmed izrabljenih del ciklotrona — molibdenove folge, ki je služila kot cilj za dейтрони.

Učenjak je predpostavil, da so v rezulatu jedrskih reakcij v molibdenu (atomski številko 42) nastal nov element z številkom 43. Nalagal je folgo s seboj v Palermo, kjer je skupaj z mineralogom Carlo Perrée izvedel serijo zložnih kemskih operacij. Imu so uspeli izločiti nov radioaktivni element v čistih, četudi mikroskopskih, količinah.

Fundamentalska lastnost: najlepši brez stabilnih izotopov

Tehneций — najlepši element periodične tabele, ki nima nobenega stabilnega izotopa. njegove «dlgožive» oblike: Tc-97 (period polrazpadanja 2,6 milijonov let), Tc-98 (4,2 milijonov let) in najbolj dostopen izotop — Tc-99 (period polrazpadanja 211 000 let).

Med tem pa je naravni tehnecij vseeno na Zemlji. V malih, sledovnih količinah (okoli 1 nanogram na tono uranske rude) se oblikuje v procesu spontanskega delenja urana-235. V vsakem trenutku je v skorju Zemlje okoli 18 000 ton tehnecija — vendar je ta metal «raztopljen» v ogromnih obsegih gorskih kamnin.

Nečakovana lastnost: od superprovodnosti do kemikalnega kovarstva

Fizične lastnosti. Tehneций — srebrno-sivi prehodni metal. njegova kristalna rešetka pri standardnih pogojih je heksagonalna, je kovak in plastičen. Udivljivo je, da postane pri nizkih temperatура superprovodnik.

Chemikalna raznovrstnost. Za tehnecij so značilne stopnje oksidacije od −1 do +7, najstabilnejša oblika sedmivalentnega tehnecija (Tc⁷⁺). Medtem ko so kemiki pogosto primerjali ga s renijem. ta raznovrstnost ustvarja resne težave pri obdelavi izrabljenega jedrskega goriva: nepredvidljive oksidativno-redukovne reakcije s udeležbo tehnecija sočasnih procesov razdelitve urana in plutonija.

Glavno uporaba danes: jedrska medicina in tehnecij-99m

Danes je večina tehnecija izvlečena iz odpadkov jedrske industrije — iz izrabljenih gorivih stebrov jedrskih reaktorjev. Izhod izotopa Tc-99 pri delenju urana-235 je okoli 6%. Vendar ni v središču pozornosti dolgoživega Tc-99, ampak njegov kratkoživeči jedrski izomer — Tc-99m (m pomeni metastabilno, jedrsko vzburjeno stanje) s periodom polrazpadanja le 6 ur.

Ta izotop je eden izmed ključnih gradnikov sodobne jedrske medicine. Na njegovem osnovu proizvajajo radiofarmaceutski pripravki za diagnostiko rakovinskih oboljevanj, ocenjevanje krvnega pretoka v srce in raziskovanje funkcij mnogih notranjih organov. Mehanizem je tak: Tc-99m izlučuje gama-zarje, ki so lahko prepoznavni s posebnimi kamerami. Izotop je vnesen v teleso (večinoma v povezani obliki z molekulami, ki so tropni za določene tkive) in podaja signal, ki omogoča lekarjem «videti» rakovino, ožrovljeno območje ali območje iskemične srčne mišice.

Kratki period polrazpadanja radioizotopa omogoča pravilno sliko in hitro izloči snov iz telesa, nanesljajoč minimalno radijski škodo. Vsako leto po svetu poteka več kot 20 milijonov diagnostičnih postopkov s uporabo tehnecija-99m. V Rusiji zanj zadeva podjetja znanstvenega dela «Rosatom».

Nevarnost in ekologija: dolgoživeči odpad

Dolgoživeči tehnecij-99 (T_1/2 = 211 000 let) predstavlja resno ekološko težavo. V izrabljenem jedrskem gorivu je njegovo vsebina dosegle sto gramov na tono. Ta izotop je mobilen v okoljski sredini in se lahko akumulira v bioloških objektih. Zato je pokopavanje Tc-99 ena izmed nalog pri ustanavljanju shranilišč radioaktivnih odpadkov. njegov period polrazpadanja in kemikalna mobilnost navedeta poiskovanje posebnih matric za zaupljivo izolacijo.

Budučnost elementa: katalizatorji, superprovodniki in novi radiofarmaceutski pripravki

Danes ostaja tehnecij nišni, vendar zelo pomemben element v diagnostični medicini. Vendar pa je njegov potencial širši. Tehneций je perspektiven material za izdelavo katalizatorjev (npr. za dehidriranje organskih spojev) in komponentov visokotemperaturnih superprovodnikov. Tudi kemiki razvijajo načine za ločevanje tehnecija iz tekočih radioaktivnih odpadkov z uporabo sorbentov in nove spojeve za usmerjeno jedrsko medicino, vključno z teranostiko (diagnostiko in terapijo ene molekule).

V prihodnosti je mogoče nastanek novih metod za izvlečanje Tc-99m iz naработkov reaktorjev in akceleratorjev, kar bo naredilo diagnostiko še dostopnejšo. Tudi uporaba izotopa Tc-99 v jedrskih baterijah za naprave, ki delujejo desetletja brez ponovne napajanja, je perspektivna.

Permanent link to this publication: