Технеций: први artificijalni element koji je spasio milijune života

U periodnoj tabeli Dmitrija Ivanoviča Mendeleeva postoji ćelija pod brojem 43. Godine dugo je ostajala prazna. Njezin stanovnik se nije dao u ruke hemičarima XIX veka, sakrivajući se od najneposrednijih lovaca za elementima. Ali ispostavilo se da se ne radi o složenosti izdvajanja, već o samej prirodi tog tvari: ona jednostavno nije mogla sačuvati se na Zemlji od trenutka njezine formacije. Danas znamo taj element kao tehnecij — prvi element koji je stvoren umorno, a ujedno element koji svakodnevno spašava tisuće života u bolnicama po cijelom svetu.

Tehneций — jedini element lakši od olova koji nema stabilnih izotopa. njegovo mesto u tabeli je triumf predviđačke sile nauke i ujedno spomenik ljudskoj izumiteljskoj sposobnosti.

43-и element: proročanstvo Mendeleeva

Godine 1869, kada je Dmitrij Ivanovič Mendelejev predstavio svetu svoju periodnu tabelu, u njoj je bilo 63 elementa i nekoliko praznih mjesta. On nije samo ostavio propuste — on smelo je predvidio osobine još neotkrivenih tvari. Za element pod brojem 43, koji se nalazio ispod mangana u sedmoj grupi, naučnik je predvidio osobine, nazivajući ga «eka-manganom» (od sanskrtskog «eka» — jedan).

U sljedećih desetljeća hemičari su tražili nedostajući element u manganskim rudama, mineralima i složenim ostatcima hemijskih proizvodnji. Bili su i glasni izjavljivanja o otkriću: element su nazivali «ilmijem», «niponijem», «lurijem». Međutim, ni jedno od njih nije bilo potvrđeno. Danas znamo zašto: tehnecij je radioaktivan, a njegovi najduže živeći izotopi s periodom poluraspada oko 4 miliona godina su dugo izbrisani iz zemljine kore od trenutka njezine formacije.

Zašto «tehnecij»? Umorno nastalo ime

Svoje ime element je dobio od grčkog riječi «τεχνητός» (tehnētos), što znači «umorno». Ime se ispostavilo proročevskim dvostruko: tehnecij je postao prvi hemijski element koji je stvoren umorno, a ne izdvojen iz prirodnog sirovina.

Historija otkrića: molibdenova ploča iz Berkeleya

Godine 1937, talijanski fizičar Emilio Segre je radio u SAD-u, u laboratoriji Ernesta Lawrencea — izumitelja ciklotrona. Segre je primjetio stranu radioaktivnost jedne od iskoristanih detalja ubrzivača — molibdenove folije koja je služila kao meta za deuteronima.

Učenik je pretpostavio da je u rezultatu nuklearnih reakcija u molibdenu (atomski broj 42) nastao novi element s brojem 43. On je uzeo foliju sa sobom u Palermo, gde zajedno s mineralošom Carlo Perrée je proveo seriju složenih hemijskih operacija. Oni su uspjeli izdvojiti novi radioaktivni element u čistim, ali i mikroskopskim, količinama.

Fundamentalna osobina: najlakši bez stabilnih izotopa

Tehneций — najlakši element periodne tabele koji nema ni jednog stabilnog izotopa. njegove «dugoživeće» forme: Tc-97 (period poluraspada 2,6 miliona godina), Tc-98 (4,2 miliona godina) i najdostupniji izotop — Tc-99 (period poluraspada 211 000 godina).

Međutim, prirodni tehnecij ipak postoji na Zemlji. U zanemarljivim, sledovnim količinama (otprilike 1 nanogram na tonu uranske rude) on se formira u procesu spontanog dijeljenja urana-235. U bilo koji trenutak u zemljinoj kori se nalazi oko 18 000 tona tehnecija — ali taj metal «raspao se» u ogromnim volumenima stjenovitih stijena.

Neizvesni osobine: od superprovodnosti do hemijske kovarosti

Fizičke osobine. Tehneций — srebrno-sivi prekidački metal. njegova kristalna rešetka pri standardnim uslovima je heksagonalna, on je kovak i plastičan. Uzbudljivo, ali pri niskim temperaturama tehnecij postaje superprovodnik.

Hemijska mnogolikost. Za tehnecij je karakteristične stepene oksidacije od −1 do +7, a najstabilnija oblik sedmivalentnog tehnecija (Tc⁷⁺). Međutim, hemičari često ga uspoređuju s renijem. Ova mnogolikost stvara ozbiljne probleme pri obradi otpadnog nuklearnog goriva: nepredviđivi oksidativno-redukovani reakcije sa učestvom tehnecija kompliciraju procese razdvajanja urana i plutonija.

Glavno primjene danas: nuklearna medicina i tehnecij-99m

Danas većina tehnecija se izvlači iz otpada atomске industrije — iz otpadnih goriva nuklearnih reaktora. Izlaz izotopa Tc-99 pri dijeljenju urana-235 iznosi oko 6%. Ali u središtu pažnje nije dugovječni Tc-99, već njegov kratkoročni nuklearni izomer — Tc-99m (m znači metastabilan, nuklearno uzbuđeno stanje) s periodom poluraspada samo 6 sata.

Ovaj izotop je jedan od temelja moderne nuklearne medicine. Na njegovoj osnovi proizvode se radiofarmaceutski preparati za dijagnozu zlokачestinih tumora, procenu kretanja krvi u srcu i istraživanje funkcija mnogih unutrašnjih organa. Mekanizam je takav: Tc-99m ispušta gama-zrake koje lako se mogu registrovati posebnim kamerama. Izotop se unosi u organizam (često u vezanom obliku sa molekulama, tropnim za određene tkive) i daje signal, koji omogućava lekarima «videti» tumor, zapaljenički fokus ili odsječak ishemične srčane mišićne ćelije.

Kratki period poluraspada radioizotopa omogućava da se dobije tačna slika i brzo se izvodi iz organizma, prinosići minimalni zračni oštećaj. Godišnje u svetu se provodi više od 20 miliona dijagnostičkih procedura s upotrebom tehnecija. U Rusiji proizvodnjom generatora tehnecija-99m bavi se poduzeće naučnog diviziona «Rosatom».

Opasnost i ekologija: dugovječni otpad

Dugovječni tehnecij-99 (T_1/2 = 211 000 godina) predstavlja ozbiljnu ekološku problemu. U otpadnom nuklearnom gorivu njegovo sadržanje dostiže stotine grama na tonu. Ovaj izotop je mobilan u okolišu i može se akumulirati u biološkim objektima. Zato sahrana Tc-99 je jedna od zadataka pri stvaranju spremnika radioaktivnih otpada. njegov period poluraspada i hemijska mobilnost nalažu traženje posebnih matrica za sigurnu izolaciju.

Budućnost elementa: katalizatori, superprovodnici i novi radiofarmaceutski preparati

Danas tehnecij ostaje niševni, ali izuzetno važan element u dijagnostičkoj medicini. Međutim, njegov potencijal je širi. Tehneций — perspektivan materijal za izradu katalizatora (npr. za dehidriranje organskih vezi) i komponenti visoke temperature superprovodnih legura. Takođe, hemičari razvijaju metode uhlapanja tehnecija iz tekućih radioaktivnih otpada pomoću sorbenta i nova veza za adresnu nuklearnu medicinu, uključujući teranostiku (diagnostiku i terapiju jednom molekulom).

U budućnosti mogućno će nastati novi metodi izdvajanja Tc-99m iz načinjenih reaktora i ubrzivača, što će učiniti dijagnostiku još dostupnijom. Takođe, perspektivno je upotreba izotopa Tc-99 u nuklearnim baterijama za uređaje koji rade desetljećima bez punjenja.

Permanent link to this publication: