Γεγονότα τεχνητίου – Ατομικός αριθμός 43 Σύμβολο στοιχείου Tc

Το τεχνήτιο είναι ένα μεταλλικό στοιχείο μετάπτωσης με ατομικό αριθμό 43 και σύμβολο στοιχείου Tc. Είναι το ελαφρύτερο ραδιενεργό στοιχείο. Ίχνη τεχνητίου υπάρχουν φυσικά, αλλά ανακαλύφθηκε μέσω σύνθεσης σε εργαστήριο και ήταν το πρώτο τεχνητό στοιχείο. Δεν θα συναντήσετε τεχνήτιο στην καθημερινή ζωή, αλλά το ισότοπο τεχνήτιο-99 χρησιμοποιείται στην πυρηνική ιατρική. Ακολουθεί μια συλλογή στοιχείων για το τεχνήτιο, συμπεριλαμβανομένης της ανακάλυψης, των πηγών και των χρήσεών του.

Στοιχεία στοιχείου τεχνητίου

Όνομα: Τεχνήτιο

Ατομικός αριθμός: 43

Σύμβολο στοιχείου: Tc

Ατομικό βάρος: [97]

Εμφάνιση: Γυαλιστερό γκρι μέταλλο

Ομάδα: Ομάδα 7

Περίοδος: Περίοδος 5

Αποκλεισμός: d-block

Οικογένεια στοιχείων: Μεταβατικό μέταλλο

Διαμόρφωση ηλεκτρονίου: [Kr] 4d 5s

Ηλεκτρόνια ανά κέλυφος: 2, 8, 18, 13, 2

Ανακάλυψη: Emilio Segrè και Carlo Perrier (1937)

Προέλευση ονόματος: Ελληνικός τεχνικός :μια τέχνη ή τεχνητός :τεχνητό

Ιστορία της Ανακάλυψης

Από το 1828 έως το 1908, πολλοί επιστήμονες ισχυρίστηκαν ότι ανακάλυψαν το στοιχείο 4. Πρότειναν ονόματα στοιχείων, συμπεριλαμβανομένων των πολίνιο, ιλμένιο, πελόπιο, ντάβιουμ, λουκίου και νιππόνιο. Το 1925, οι Γερμανοί χημικοί Walter Noddack, Otto Berg και Ida Tacke ανέφεραν την ανακάλυψη του στοιχείου 43, το οποίο ονόμασαν masurium. Οι ερευνητές έλαβαν ένα σήμα ακτίνων Χ που αντιστοιχεί στο στοιχείο 43 από ένα δείγμα columbite που βομβαρδίστηκε με νετρόνια. Η ανακάλυψη δεν μπορούσε να αναπαραχθεί, επομένως η ομάδα δεν έλαβε πίστωση. Ωστόσο, το στοιχείο 43 ονομαζόταν μερικές φορές masurium σε δημοσιεύσεις μετά από αυτήν την ημερομηνία. Το αν οι Noddack, Berg και Tacke ανακάλυψαν ή όχι το στοιχείο παραμένει αντικείμενο συζήτησης.

Τα επίσημα εύσημα για την ανακάλυψη ανήκουν στους Carlo Perrier και Emilio Segrè, στο Πανεπιστήμιο του Παλέρμο στη Σικελία. Το 1937, οι ερευνητές απομόνωσαν το τεχνήτιο-95m και το τεχνήτιο-97 από ραδιενεργό φύλλο μολυβδαινίου από ένα κυκλοτρόνιο. Το Πανεπιστήμιο του Παλέρμο ήθελε να ονομάσει το στοιχείο "panorium" από τη λατινική ονομασία του Παλέρμο, Panormus . Όμως, ο Perrier και ο Segrè επέλεξαν το όνομα technetium, από το ελληνικό έργο για «τεχνητό», επειδή ήταν το πρώτο στοιχείο που κατασκευάστηκε τεχνητά.

Ισότοπα τεχνητίου

Υπάρχουν πάνω από 30 ισότοπα τεχνητίου, με μαζικούς αριθμούς που κυμαίνονται από 85 έως 118. Τα πιο σταθερά ισότοπα είναι το τεχνήτιο-97 (ημιζωή 4,21 εκατομμύρια χρόνια), το τεχνήτιο-98 (ημιζωή 4,2 εκατομμύρια χρόνια) και το τεχνήτιο- 99 (χρόνος ημιζωής 211.100 χρόνια). Τα περισσότερα ισότοπα έχουν χρόνο ημιζωής κάτω από μία ώρα. Η εκπομπή βήτα και η σύλληψη ηλεκτρονίων είναι οι πιο συνηθισμένοι τρόποι διάσπασης.

Υπάρχουν πολλά πυρηνικά ισότοπα τεχνητίου, τα οποία είναι ισότοπα που έχουν ένα ή περισσότερα διεγερμένα νουκλεόνια. Το πιο σταθερό είναι το τεχνήτιο-97m, με χρόνο ημιζωής 91 ημέρες. Το Technetium-99m έχει χρόνο ημιζωής 6,01 ώρες και εκπέμπει ακτινοβολία γάμμα.

Βιολογικός ρόλος και τοξικότητα

Το τεχνήτιο δεν έχει βιολογικό ρόλο σε κανέναν οργανισμό. Συνήθως, δεν βρίσκεται στο ανθρώπινο σώμα. Ενώ το στοιχείο έχει χαμηλή τοξικότητα, αποτελεί κίνδυνο λόγω της ραδιενέργειας του. Η φύση του κινδύνου εξαρτάται από το ισότοπο. Το Technetium-99 (το πιο κοινό ισότοπο) είναι ένας ασθενής εκπομπός βήτα, επομένως η ακτινοβολία του σταματά από γυάλινα σκεύη. Για αυτό το ισότοπο, η εισπνοή αποτελεί τον μεγαλύτερο κίνδυνο, καθώς η ακτινοβολία μπορεί να προκαλέσει καρκίνο του πνεύμονα. Συνήθως, είναι ασφαλές να χειρίζεστε το τεχνήτιο απλά χρησιμοποιώντας έναν απορροφητήρα καπνού.

Πηγές τεχνητίου

Το τεχνήτιο είναι ένα πολύ σπάνιο στοιχείο στον φλοιό της Γης, με αφθονία περίπου 0,003 μέρη ανά τρισεκατομμύριο. Κανένα από το αρχέγονο τεχνήτιο που υπήρχε όταν σχηματίστηκε η Γη δεν έχει επιβιώσει μέχρι σήμερα λόγω του χρόνου ημιζωής του. Η μικρή ποσότητα που υπάρχει προέρχεται από την αυθόρμητη σχάση του ουρανίου στα μεταλλεύματά του. Μερικοί κόκκινοι γίγαντες, γνωστοί ως αστέρια τεχνητίου, εμφανίζουν μια γραμμή απορρόφησης που υποδεικνύει ότι περιέχουν το στοιχείο.

Άρα, το τεχνήτιο παράγεται τεχνητά. Το περισσότερο τεχνήτιο-99 προέρχεται από αναλωμένες ράβδους πυρηνικών καυσίμων των πυρηνικών αντιδραστήρων. Το ισότοπο προέρχεται από πυρηνική σχάση του ουρανίου-235 και του πλουτωνίου-239. Ωστόσο, μόνο ένα κλάσμα του στοιχείου που παράγεται με αυτόν τον τρόπο ανακτάται και χρησιμοποιείται. Τα περισσότερα από αυτά γίνονται ραδιενεργά απόβλητα. Το τεχνήτιο εμφανίζεται επίσης σε πυρηνικές επιπτώσεις από βόμβες σχάσης. Άλλες πηγές τεχνητίου περιλαμβάνουν την ενεργοποίηση νετρονίων του μολυβδαινίου-99 και τον βομβαρδισμό στόχων μολυβδαινίου σε επιταχυντές σωματιδίων.

Πριν από την πυρηνική εποχή, το στοιχείο δεν βρισκόταν σε ζωντανούς οργανισμούς. Τώρα, ελάχιστες ποσότητες εμφανίζονται στα ψάρια και σε άλλα υδρόβια ζώα.

Χρήσεις τεχνητίου

Η κύρια χρήση του τεχνητίου είναι για την πυρηνική ιατρική. Το Technetium-99m (όπου το "m" υποδηλώνει ένα μετασταθερό ισομερές) είναι ένας ραδιενεργός ιχνηθέτης για διαγνωστικές δοκιμές και απεικόνιση. Το ισότοπο τεχνήτιο 95m έχει μεγαλύτερο χρόνο ημιζωής και χρησιμοποιείται ως ραδιενεργός ανιχνευτής για την περιβαλλοντική κίνηση του στοιχείου σε φυτά και ζώα.

Το Technetium-99 είναι ένα πρότυπο εκπομπών βήτα του Εθνικού Ινστιτούτου Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST). Αυτό το ισότοπο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πυρηνικές μπαταρίες νανοκλίμακας και οπτοηλεκτρονικές συσκευές.

Το τεχνήτιο δρα ως καταλύτης, παρόμοιο με το ρήνιο και το παλλάδιο, αλλά η χρήση του περιορίζεται από τη ραδιενέργεια του. Μικρές ποσότητες τεχνητίου που προστίθενται στον χάλυβα τον προστατεύουν από τη διάβρωση, ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες. Και εδώ, η ραδιενέργεια περιορίζει τη χρησιμότητά της.

Ενώσεις τεχνητίου

Το τεχνήτιο σχηματίζει πολλές ενώσεις και σύμπλοκα. Μία από τις πιο συχνά παραγόμενες ενώσεις είναι το υπερτεχνητικό νάτριο (Na[TcO₄ ]), το οποίο παράγεται από το [MoO₄ ] ραδιενεργή διάσπαση. Επτοξείδιο τεχνητίου (Tc₂ O₇ ) είναι ένα σπάνιο παράδειγμα μοριακού οξειδίου μετάλλου (άλλα παραδείγματα συμπεριλαμβανομένου του OsO₄ και RuO₄ ). Το στοιχείο σχηματίζει διοξείδιο, δισουλφίδιο, δισελενίδιο και διτελλουρίδιο. Το τεχνήτιο σχηματίζει οργανομεταλλικά σύμπλοκα με δεσμούς Tc-C. Σχηματίζει σύμπλοκα συντονισμού με οργανικούς συνδέτες, που χρησιμοποιούνται συχνά στην πυρηνική ιατρική.

Φυσικά δεδομένα

Πυκνότητα (θερμοκρασία δωματίου): 11 g/cm

Σημείο τήξης: 2430 K (2157 °C, 3915 °F)

Σημείο βρασμού: 4538 K (4265 °C, 7709 °F)

Κατάσταση στους 20ºC: Στερεός

Heat of Fusion: 33,29 kJ/mol

Θερμότητα εξάτμισης: 585,2 kJ/mol

Μοριακή θερμική χωρητικότητα: 24,27 J/(mol·K)

Θερμική διαστολή: 7,1 μm/(m·K) (σε θ.δ.)

Θερμική αγωγιμότητα: 50,6 W/(m·K)

Ηλεκτρική αντίσταση: 200 nΩ·m (στους 20 °C)

Κρυσταλλική δομή: εξαγωνικό κλειστό (hcp)

Μαγνητική σειρά: Παραμαγνητικό

Ατομικά δεδομένα

Ατομική ακτίνα: εμπειρική:136 μ.μ

Ομοιοπολική ακτίνα: 147±7 μ.μ

Ηλεκτραρνητικότητα: Κλίμακα Pauling:1,9

1η Ενέργεια Ιονισμού: 702 kJ/mol

2η Ενέργεια Ιονισμού: 1470 kJ/mol

3η Ενέργεια Ιονισμού: 2850 kJ/mol

Κατάσταση οξείδωσης: −3, −1, 0, +1, +2, +3, +4 , +5, +6, +7

Ενδιαφέροντα στοιχεία για το Technetium

Ένα μέρος του λόγου που το τεχνήτιο είναι ραδιενεργό ενώ άλλα στοιχεία κοντά του στον περιοδικό πίνακα είναι σταθερά είναι επειδή το άτομο του τεχνητίου έχει περιττό αριθμό πρωτονίων. Ο περιττός αριθμός σημαίνει ότι ένα πρωτόνιο παραμένει ασύζευκτο, δίνοντας στον πυρήνα ένα καθαρό σπιν.
Το τεχνήτιο είναι υπεραγωγός τύπου ΙΙ κάτω από θερμοκρασία 7,46 Κ.
Η ανακάλυψη του τεχνητίου στους κόκκινους γίγαντες το 1952 βοήθησε να αποδειχθεί ότι τα αστέρια παράγουν βαριά στοιχεία.
Το τεχνήτιο αμαυρώνει στον υγρό αέρα.
Το τεχνήτιο σε σκόνη καίγεται σε οξυγόνο.
Οι φυσικές ιδιότητες του τεχνητίου είναι ενδιάμεσες μεταξύ εκείνων του ρηνίου και του μαγγανίου.
Το τεχνήτιο έχει πολλές καταστάσεις οξείδωσης, αλλά οι καταστάσεις οξείδωσης +4, +5 και +7 είναι οι πιο κοινές.
Αν και είναι μέταλλο μετάπτωσης, το τεχνήτιο συνήθως δεν σχηματίζει κατιόντα. Τείνει να σχηματίζει ομοιοπολικούς δεσμούς.
Το τεχνήτιο διαλύεται σε aqua regia, νιτρικό οξύ και θειικό οξύ, αλλά δεν διαλύεται σε υδροχλωρικό οξύ.

Αναφορές

Emsley, John (2001). "Ουράνιο". Τα δομικά στοιχεία της φύσης:Ένας οδηγός από το Α έως το Ω για τα στοιχεία . Οξφόρδη:Oxford University Press. σελ. 476–482. ISBN 978-0-19-850340-8.
Jonge; Pauwels, Ε. Κ. (1996). «Τεχνήτιο, το στοιχείο που λείπει». European Journal of Nuclear Medicine . 23 (3):336–44. doi:10.1007/BF00837634
Wast, Robert (1984). Εγχειρίδιο CRC Χημείας και Φυσικής . Boca Raton, Florida:Chemical Rubber Company Publishing. ISBN 0-8493-0464-4.
Zingales, R. (2005). «From Masurium to Trinacrium:The Troubled Story of Element 43». Journal of Chemical Education . 82 (2):221–227. doi:10.1021/ed082p221