Tehnecij: prvi umjetni element koji je spasio milijune života

U periodičnoj tablici Dmitrija Ivanoviča Mendelejeva postoji ćelija pod brojem 43. Dugo godina je ostajala prazna. Njezin stanovnik se nije dao u ruke kemikima XIX stoljeća, sakrivajući se od najutrnijih lovaca za elemente. Ali ispostavilo se da se ne radi o složenosti izdvajanja, već o samoj prirodi tih tvari: ona jednostavno nije mogla ostati na Zemlji od trenutka njezine formiranja. Danas znamo taj element kao tehnecij — prvi element stvoren umjetno, a ujedno element koji svakodnevno spašava tisuće života u bolnicama diljem svijeta.

Tehnecij — jedini element lakši od olova koji nema stabilnih izotopa. Mjesto u tablici je trijumf predviđačke sile znanosti i ujedno spomenik ljudskoj izumiteljstvu.

43-ji element: proročanstvo Mendelejeva

Godine 1869., kad je Dmitrij Ivanovič Mendelejev predstavio svijetu svoju periodičnu tablicu, u njoj je bilo 63 elementa i nekoliko praznih mjesta. On nije samo ostavio propuste — on smelo je predvidio svojstva još neotkrivenih tvari. Za element pod brojem 43, koji se nalazio ispod mangana u sedmoj grupi, naučnik je predvidio svojstva, nazvavši ga «eka-manganom» (od sanskritskog «eka» — jedan).

U slijedećih desetljeća kemici 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 potvrđeno. Danas znamo zašto: tehnecij je radioaktivan, a njegovi najduže živeći izotopi s periodom poluraspada oko 4 milijuna godina su dugo izginuli iz zemlje sa trenutka njezine formiranja.

Zašto «tehnecij»? Umjetni poreklo imena

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

Historija otkrića: molibdenova ploča iz Berkeleya

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

Učenik je pretpostavio da se u rezultatu nuklearnih reakcija u molibdenu (atomski broj 42) oblikovao novi element s brojem 43. Uzeo je foliju s sobom u Palermo, gdje je zajedno s mineralogom Carlo Perrinom proveo seriju složenih hemijskih operacija. Oni su uspjeli izdvojiti novi radioaktivni element u čistim, ali i mikroskopskim, količinama.

Fundamentalna osobina: najlakši bez stabilnih izotopa

Tehnecij — najlakši element periodične tablice, koji nema ni jednog stabilnog izotopa. Njegovi «dugoživući» oblici: Tc-97 (period poluraspada 2,6 milijuna godina), Tc-98 (4,2 milijuna 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 oblikuje u procesu spontanog dijeljenja urana-235. U bilo kojem trenutku u zemljinoj kori se nalazi oko 18 000 tona tehnecija — ali taj metal «razrijeo se» u ogromnim volumenima stjenovitih stijena.

Neizvesni osobine: od superprovodnosti do hemijske kovarosti

Fizičke osobine. Tehnecij — srebrno-sivi prekidački metal. Njegova kristalna rešetka pri standardnim uvjetima je heksagonalna, on je kovak i plastičan. Uzvratno, kod niskih temperatura tehnecij postaje superprovodnik.

Hemijska mnogolikost. Za tehnecij su karakteristične stepe oksidacije od −1 do +7, a najstabilnija je forma sedmivalentnog tehnecija (Tc⁷⁺). Međutim, kemici često ga uspoređuju s renijem. Ova mnogolikost stvara ozbiljne probleme pri obradi otpadnog nuklearnog goriva: nepredviđivi oksidativno-redukovacijske reakcije s 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, nego njegov kratkovječni nuklearni izomer — Tc-99m (m znači metastabilan, nuklearno uzbuđeno stanje) s periodom poluraspada samo 6 sati.

Ovaj izotop je jedan od temelja moderne nuklearne medicine. Na osnovi njega proizvode se radiofarmaceutski preparati za dijagnozu zlokачestinih tumorima, procjenu krvotoka u srcu i istraživanje funkcija mnogih unutrašnjih organa. Mekanizam je takav: Tc-99m ispušta gama-zrake koje lako se mogu registrirati posebnim kamerama. Izotop se unosi u organizam (često u vezanom obliku sa molekulama, tropnim za određene tkive) i šalje signal, omogućavajući lekarima «vidjeti» tumor, očajak zapaljenja ili područje iskurenja srčane mišićne ćelije.

Kratki period poluraspada radioizotopa omogućava dobiti točnu sliku i brzo izvesti tvari iz organizma, nanoseći minimalni zračni oštećaj. Godišnje diljem svijeta se provodi više od 20 milijuna dijagnostičkih postupaka s uporabom tehnecija-99m. U Rusiji proizvodnjom generatora tehnecija-99m bave se poduzeća 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 sadržaj dosegava stotine grama na tonu. Ovaj izotop je pokretan 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 pokretljivost nalažu traženje posebnih matrica za sigurnu izolaciju.

Budućnost elementa: katalizatori, superprovodnici i novi radiofarmaceutski preparati

Danas tehnecij ostaje niševni, ali iznimno važan element u dijagnostičkoj medicini. Međutim, njegov potencijal je širi. Tehnecij je perspektivan materijal za proizvodnju katalizatora (npr. za dehidriranje organskih veza) i komponenti visoke temperature superprovodnih legura. Također, kemici razvijaju metode uhlapanja tehnecija iz tekućih radioaktivnih otpada pomoću sorbenta i nova veza za adresnu nuklearnu medicinu, uključujući teranostiku (dijagnozu i terapiju jednom molekulom).

U budućnosti mogu nastati novi metodi izdvajanja Tc-99m iz naobradaka reaktora i akceleratora, što će učiniti dijagnostiku još dostupnijom. Također perspektivno je upotreba izotopa Tc-99 u nuklearnim baterijama za uređaje koji rade desetljećima bez podmuke.

Permanent link to this publication: