Техник

Technetium, ₄₃ TC

Техник
Произношение	/ t ɛ k n iː ʃ ( i ) к m / ( разделенная nee -sh (is-) aievin )
Появление	Блестящий серый металл
Массовый номер	[97] (данные не решают)
Technetium в периодической таблице
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрия Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлия Германия Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Техник Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Полагать Сурьма Теллур Йод Ксенон Порезы Барий Лантан Cerium Празедимиум Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозиум Холмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рейум Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести Висмут Полоний Астатин Радон Франциум Радий Актинум Торий Протактиний Уран Нептун Плутоний Амик Кюрий Беркелия Калифорния Einsteinium Фермий Менделевий Нобелевский Лоуренс Резерфорд Дубний Seaborgium Бохриум Банальный Meitnerium Дармштадтий Рентений Коперник Нихон Флеровий Московий Ливермориум Теннесин Оганессон Мнжен ↑ ТК ↓ Репутация Molybdenum ← Technetium → Ruthenium
Атомное число ( z )	43
Группа	группа 7
Период	период 5
Блокировать	D-Block
Электронная конфигурация	[ KR ] 4D 5 5 с 2
Электроны на оболочку	2, 8, 18, 13, 2
Физические свойства
Фаза в STP	твердый
Точка плавления	2430 К (2157 ° C, 3915 ° F)
Точка кипения	4538 K (4265 ° C, 7709 ° F)
Плотность (при 20 ° С)	98 TC: 11 359 г/см 3 99 TC: 11 475 г/см 3
Теплоте слияния	33,29 кДж / раз
Тепло испарения	585,2 кДж / раз
Молярная теплоемкость	24.27 J/(моль · k)
Давление паров (экстраполированное) P   (PA) 1 10 100 1 K. 10 к 100 к в t   (k) 2727 2998 3324 3726 4234 4894
Атомные свойства
Состояния окисления	−1, 0, +1, +2, +3, +4 , +5, +6, +7 (сильно кислый оксид)
Электроотрицательность	Полингинг шкала: 1.9
Энергии ионизации	1 -й: 686,9 KJ / Times 2 -й: 1470 кДж/моль 3 -й: 2850 кДж/моль
Атомный радиус	Эмпирический: 136 вечера
Ковалентный радиус	147 ± 7 вечера
Радиус ван дер -ваальса	205 вечера
Спектральные линии техники
Другие свойства
Естественное явление	от распада
Кристаллическая структура	шестиугольный закрытый (HCP) ( HP2 )
Константы решетки	A = 274,12 вечера C = 439,90 вечера (при 20 ° C)
Тепловое расширение	8.175 × 10 −6 /K (при 20 ° С)
Теплопроводность	50,6 Вт/(M порядка)
Электрическое удельное сопротивление	200 Нм (и 20 ° C)
Магнитное упорядочение	Парамагнитный
Молярная магнитная восприимчивость	+270.0 × 10 −6 см 3 /mol (298 K)
Скорость звука тонкий стержень	16 200 м/с (при 20 ° С)
Номер CAS	7440-26-8
История
Прогноз	Дмитрий Менделейв (1871)
Открытие и первая изоляция	Эмилио Сегер и Карло Перье (1937)
Изотопы техники
Основные изотопы Разлагаться abun­dance период полураспада ( T 1/2 ) режим pro­duct 95 м ТК синтезатор 61,96 d беременный + 95 Для ЭТО 95 ТК 96 ТК синтезатор 4,28 г беременный + 96 Для 97 ТК синтезатор 4.21 × 10 6 и эн 97 Для 97м ТК синтезатор 91.1 d ЭТО 97 ТК эн 97 Для 98 ТК синтезатор 4.2 × 10 6 и беременный − 98 Ру 99 ТК след 2.111 × 10 5 и беременный − 99 Ру 99 м ТК синтезатор 6,01 ч ЭТО 99 ТК беременный − 99 Ру

Technetium является химическим элементом ; Он имеет символ TC и Atomic Number 43. Это самый легкий элемент, все изотопы , все радиоактивные . Technetium и Promethium - единственные радиоактивные элементы, соседи которых в смысле атомного числа являются стабильными. Весь доступный техник производится как синтетический элемент . Природная техника является продуктом спонтанного деления в урановой руде и торие (наиболее распространенный источник) или продукт захвата нейтронов в рудах молибдена . Этот серебристый серый кристаллический переходной металл лежит между марганцами и районом в группе 7 периодической таблицы , и его химические свойства являются промежуточными между свойствами обоих смежных элементов. Наиболее распространенным природным изотопом является изотоп ⁹⁹ ТС, только в следах.

Многие из свойств Technetium были предсказаны Дмитрий Менделейв до того, как он был обнаружен; Менделив отметил пробел в своей периодической таблице и дал неизведанному элементу предварительное имя Ekamanganese ( EM ). В 1937 году Technetium стал первым произведенным преимущественно искусственным элементом, следовательно, его названием (от греческого Technetos , «Искусственный», + -IUM ).

Один недолговечный изомер гамма -излучающихся ядерный ядер , Technetium-99M , используется в ядерной медицине для широкого спектра тестов, таких как диагнозы рака костей. Основное состояние нуклида Technetium -99 используется в качестве источника бета-частиц гамма-лучей . Долгоживущие изотопы техники, продуцируемые в коммерческих направлениях, являются побочными продуктами деления урана -235 в ядерных реакторах и извлекаются из ядерных топливных стержней . Поскольку даже самый продолжительный изотоп техники имеет относительно короткий период полураспада (4,21 миллион лет), обнаружение техники 1952 года в красных гигантах помогло доказать, что звезды могут производить более тяжелые элементы .

История

Ранние предположения

С 1860 -х по 1871 год ранние формы периодической таблицы, предложенная Дмитрий Менделейв, содержали разрыв между молибденом (элемент 42) и рутением (элемент 44). В 1871 году Менделев предсказал, что этот недостающий элемент будет занимать пустое место ниже марганца и обладать аналогичными химическими свойствами. Менделив дал ему предварительное имя eka-manganese (от eka , санскритское слово для одного ), потому что это было одно место вниз от известного элемента марганца.

Ранние ошибочные идентификации

Многие ранние исследователи, как до, так и после публикации периодической таблицы, стремились стать первыми, кто обнаружил и назвал недостающий элемент. Его местоположение в таблице предполагало, что его нужно найти, чем другие не обнаруженные элементы. Это оказалось не так, из -за радиоактивности Technetium.

Год	Заявитель	Предлагаемое имя	Фактический материал
1828	Готфрид не соответствует действительности	Полиния	Иридий
1845	Генрих Роуз	Пелопий	Ниобий -Тантал Сплав
1847	Р. Германн	Ильмениум	Ниобий - тантала сплав
1877	Серж Корн	Давюм	Иридий - Родиум - Железный сплав
1896	Процветающий барьер	Люциум	Иттрий
1908	Масатака Огава	Ниппоник	Rhenium , который был неизвестным DVI -манганом

Необработанные результаты

Systems Systems Der Elemente (Периодическая система элементов) (1904–1945 гг., Сейчас в Гданьском технологическом университете ): отсутствие элементов: Полоний ⁸⁴ PO (хотя и обнаружил еще в 1898 году Мария Склодовской-Кури ), астатин ⁸⁵ В (1940, в Беркли), Франциум ⁸⁷ FR (1939, во Франции), Neptunium ⁹³ NP (1940, в Беркли) и другие актиниды и лантаноиды . Использует старые символы для: аргона ¹⁸ AR (здесь: а), Техтиум ⁴³ TC (M, Queen), Senns , ⁵⁴ XE (x), радон ⁸⁶ RN (Em, эманация).

Немецкие химики Уолтер Ноддак , Отто Берг и Ида Таке сообщили об открытии элемента 75 и элемента 43 в 1925 году и названы элементом 43 Масуриум (после Масурии в восточной Пруссии , в настоящее время в Польше , в регионе, где происходило семейство Уолтера Ноддака). Это имя вызвало значительное недовольство в научном сообществе, потому что оно было истолковано как ссылка на серию побед немецкой ; армии над российской армией в регионе Масурии во время Первой мировой войны Поскольку Noddacks оставались на своих академических должностях, в то время как нацисты находились у власти, подозрения и враждебность против их требования о обнаружении элемента 43 продолжались. Группа бомбардировала колумбит с помощью луча электронов и выведенного элемента 43, изучая рентгеновского излучения спектрограммы . Длина волны полученных рентгеновских лучей связана с атомным числом формулой, полученной Генри Мозли в 1913 году. Команда утверждала, что обнаружила слабый рентгеновский сигнал на длине волны, созданной элементом 43. , и это было отклонено как ошибка. Тем не менее, в 1933 году серия статей об открытии элементов цитирует название Masurium для элемента 43. Были предприняты некоторые более поздние попытки реабилитировать претензии Ноддака, но они опровергнуты исследованием Пола Куроды о количестве техники, которое могло присутствовать в изучаемой ими рудах: он не мог превышать 3 × 10 ⁻¹¹ мкг/кг руды, и, таким образом, не обнаруживались бы методами Noddacks.

Официальное открытие и более поздняя история

Открытие в элемента 43 было наконец подтверждено в эксперименте 1937 года в Университете Палермо Сицилии Карло Перье и Эмилио Сегром . В середине 1936 года Сегер посетил Соединенные Штаты, Первый Колумбийский университет в Нью-Йорке, а затем в Национальную лабораторию Лоуренса Беркли в Калифорнии. Он убедил Циклотрона изобретателя Эрнеста Лоуренса позволить ему вернуть некоторые отброшенные части циклотрон, которые стали радиоактивными . Лоуренс отправил ему по почте молибденовую фольгу, которая была частью дефлектора в циклотроне.

заручился своим коллегой Перье, чтобы попытаться доказать с помощью сравнительной химии, что активность молибдена действительно была из элемента с атомным Сегрен номером 43 . Чиновники Университета Палермо хотели, чтобы они назвали свой Discovery Panormium после латинского названия для Палермо , Panormus . В 1947 году, Элемент 43 был назван в честь греческого слова Technetos ( τεχνητός ), что означает «искусственный», так как это был первый элемент, который был искусственно произведен. Сегер вернулся в Беркли и встретил Гленна Т. Сиборга . Они выделяли метастабильный изотоп Technetium-99M , который в настоящее время используется в нескольких десяти миллионах медицинских диагностических процедур ежегодно.

В 1952 году астроном Пол В. Меррилл в Калифорнии обнаружил спектральную сигнатуру технонея (в частности, длина волн 403,1 нм , 423,8 нм, 426,2 нм и 429,7 нм) в свете из S-типа красных гигантов . Звезды были ближе к концу их жизни, но были богаты недолговечным элементом, что указывало на то, что он производился в звездах ядерными реакциями . Это доказательство подтвердило гипотезу о том, что более тяжелые элементы являются продуктом нуклеосинтеза у звезд. Совсем недавно такие наблюдения предоставили доказательства того, что элементы формируются с помощью захвата нейтронов в S-процессе .

С момента этого открытия было много поисков на наземных материалах для природных источников Technetium. В 1962 году Technetium-99 был выделен и идентифицирован в Pitchblende из бельгийского Конго в очень небольших количествах (около 0,2 нг/кг), где это происходит как спонтанного деления продукт урана-238 . Естественный реактор ядерного деления в ОКЛо содержит доказательства того, что было получено значительные количества технетиума-99 и с тех пор распадается в рутении-99 .

Характеристики

Физические свойства

Technetium представляет собой серебристо-серый радиоактивный металл с внешним видом, похожим на платину , обычно получаемый в виде серого порошка. Кристаллическая структура массового чистого металла является шестиугольной закрытой , а кристаллические структуры нанодисперсного чистого металла являются кубическими . Nanodisperse Technetium не имеет разделенного ЯМР-спектра, в то время как шестиугольный объемный техник имеет разделение спектра TC-99-ЯМР на 9 спутниках. Atomic Technetium имеет характерные линии излучения на длинах волн 363,3 нм , 403,1 нм, 426,2 нм, 429,7 нм и 485,3 нм. Параметры единичной ячейки металла-орторомбического TC сообщались, когда TC загрязнен углеродом ( A = 0,2805 (4), B = 0,4958 (8), C = 0,4474 (5) · нм для TC-C с 1,38 мас.% C и A = 0,2815 (4), B = 0,4963 (8), C = 0,4482 (5) • нм для TC-C с 1,96 мас.% C). Форма металла слегка парамагнитная , что означает, что его магнитные диполи выравниваются с внешними магнитными полями , но будут принимать случайные ориентации после удаления поля. Чистый, металлический, однокристаллический техник становится сверхпроводником типа II температуре ниже 7,46 К. при Ниже этой температуры Technetium имеет очень высокую глубину магнитного проникновения , больше, чем любой другой элемент, кроме Niobium .

Химические свойства

Technetium расположен в группе 7 периодической таблицы, между Рениумом и марганцем . Как и прогнозируется периодическим законом , его химические свойства находятся между этими двумя элементами. Из двух, Technetium более близко напоминает Rhenium, особенно в его химической инертности и склонности к формированию ковалентных связей . Это согласуется с тенденцией элементов периода 5, чтобы напоминать своих аналогов в период 6, более чем период 4 из -за сокращения лантаноида . В отличие от марганца, Technetium не легко образует катионы ( ионы с чистым положительным зарядом). Technetium демонстрирует девять состояний окисления от -1 до +7, причем +4, +5 и +7 являются наиболее распространенными. Техфея растворяется в аква -режиа , азотной кислоте и концентрированной серной кислоте , но не в соляной кислоте какой -либо концентрации.

Металлический техник медленно запятнает во влажном воздухе и, в виде порошка, ожоги в кислороде . При реагировании с водородом при высоком давлении он образует гидрид TCH _1.3 и в то время как реагируя с углеродом, он образует TC ₆ C, с параметром ячейки 0,398 нм, а также карбид с низким содержанием на нанодисперс с параметром 0,402 нм.

Техний может катализировать разрушение гидразина азотной , кислотой и это свойство обусловлено множеством ценностей. Это вызвало проблему в отделении плутония от урана при обработке ядерного топлива , где гидразин используется в качестве защитного восстановителя для поддержания плутония в тревалентном, а не в более стабильном тетравалентном состоянии. Проблема усугублялась взаимно усиленной экстракцией растворителя технеция и циркония на предыдущей стадии, и требовал изменения процесса.

Соединения

Pertechnetate и другие производные

Основная статья: pertechnetate

Pertechnetate является одной из самых доступных форм Technetium. Это структурно связано с перманганатом .

Наиболее распространенной формой техники, которая легко доступна, является натрий пертехнетт , NA [TCO ₄ ]. Большая часть этого материала производится радиоактивным распадом из [ ⁹⁹ MOO ₄ ] ²⁻ :

[ ⁹⁹ MOO ₄ ] ²⁻ → [ ^{99 м} TCO ₄ ] ⁻ + и ⁻

Pertechnetate ( TCO ⁻
₄ ) слабо гидратируется в водных растворах, И это ведет себя аналогично с перхлоратным анионом, оба из которых являются тетраэдрическими . В отличие от перманганата ( MNO ⁻
₄ ), это всего лишь слабый окислительный агент .

Стернеттейт связан с гептоксидом . Это бледно-желтое, летучие твердые твердые из них вырабатывают путем окисления металла ТС и связанных с ними предшественников:

4 TC + 7 O ₂ → 2 TC ₂ O ₇

Это молекулярный оксид металла, аналогичный гептоксиду марганца . Он принимает центрозимметричную структуру с двумя типами связей TC -O с длиной связи 167 и 184 вечера.

Техтиум гептоксид гидролизуется до пертехнетата и пертехнетической кислоты , в зависимости от pH:

TC ₂ O ₇ + 2 OH ⁻ → 2 TCO ₄ ⁻ + H ₂ o

TC ₂ O ₇ + H ₂ O → 2 HTCO ₄

HTCO ₄ - сильная кислота. В концентрированной серной кислоте [TCO ₄ ] ⁻ Превращается в октаэдрическую форму TCO ₃ (OH) (H ₂ O) ₂ , конъюгатное основание гипотетического комплекса Tri Aquo [TCO ₃ (H ₂ O) ₃ ] ⁺ .

Другие производные халкогенид

Техний образует диоксид , дисульфид , ди селенид и ди теллурид . Плохо определенная TC ₂ S ₇ образуется при обработке пертехната серо водорода. Он термически разлагается на дисульфидную и элементарную серу. Точно так же диоксид может быть получен путем уменьшения TC ₂ O ₇ .

В отличие от случая Rhenium, триоксид не был изолирован для Technetium. Тем не менее, TCO ₃ был идентифицирован в газовой фазе с использованием масс -спектрометрии .

Простые гидридные и галогенидные комплексы

Technetium образует сложный TCH ²⁻
₉ ​Калиевая соль изоструктурная с REH ²⁻
₉ . При формировании высокого давления TCH1,3 также сообщалось.

TCCL ₄ образует цепные структуры, аналогичные поведению нескольких других металло-тетрахлоридов.

Следующие бинарные (содержащие только два элемента) галогениды техники: TCF ₆ , TCF ₅ , TCCL ₄ , _{TCBR 4} , TCBR ₃ , α-TCCL ₃ , β-TCCL ₃ , TCI ₃ , α-TCCL ₂ и β- TCCL ₂ . Состояния окисления варьируются от TC (VI) до TC (II). Техфельные галогениды демонстрируют разные типы структур, такие как молекулярные октаэдрические комплексы, расширенные цепи, слоистые листы и металлические кластеры, расположенные в трехмерной сети. Эти соединения продуцируются путем объединения металла и галогена или менее прямых реакций.

TCCL ₄ получают хлорированием металла TC или TC ₂ O ₇ при нагревании, TCCL ₄ дает соответствующие хлориды TC (III) и TC (II).

TCCL ₄ → α-TCCL ₃ + 1/2 CL ₂

TCCL ₃ → β-TCCL ₂ + 1/2 CL ₂

Структура TCCL ₄ состоит из бесконечных зигзагообразных цепей от обмена краями TCCL ₆ октаэдры. Он изоморфный к переходным металлам тетрахлоридов циркония , гафния и платины .

Хлорсодержащие координационные комплексы техники ( ⁹⁹ TC) в различных состояниях окисления: TC (III), TC (IV), TC (V) и TC (VI).

Существуют два полиморфа технического трихлорида , α- и β-TCCL ₃ . Α -полиморф также обозначается как TC ₃ CL ₉ . Он принимает конфискованную биоэдрическую структуру . Он готовится путем обработки хлор-ацетатного TC ₂ (O ₂ CCH ₃ ) ₄ CL ₂ с HCl. Как и RE ₃ CL ₉ , структура α-полиморфа состоит из треугольников с короткими расстояниями MM. β-TCCL ₃ оснащен октаэдрическими центрами TC, которые организованы парами, как видно также для трихлорида молибдена . TCBR ₃ не принимает структуру ни одной фазы трихлорида. Вместо этого он имеет структуру молибденового трибромида , состоящей из цепей нерешных октаэдров с чередующимися короткими и длинными контактами TC - TC. TCI ₃ имеет ту же структуру, что и высокая температурная фаза TII ₃ , с цепями нерециальных октаэдров с равными контактами TC - TC.

Несколько анионных технологических галогенидов известны. Бинарные тетрахалиды могут быть преобразованы в гексахалиды [TCX ₆ ] ²⁻ (X = f, cl, br, i), которые принимают октаэдрическую молекулярную геометрию . Более уменьшенные галогениды образуют анионные кластеры с связями TC -TC. Ситуация аналогична для связанных элементов Mo, w, re. Эти кластеры имеют ядерность TC ₄ , TC ₆ , TC ₈ и TC ₁₃ . Более стабильные кластеры TC ₆ и TC ₈ имеют формы призмы, где вертикальные пары атомов TC связаны с помощью тройных связей и плоских атомов отдельными связями. Каждый атом из технетья производит шесть связей, а оставшиеся валентные электроны могут быть насыщены одним осевым и двумя атомами галогенов лиганда, такими как хлор или бром .

Координация и органометаллические комплексы

Техний ( ^{99 м} TC) Sestamibi («Кардиолит») широко используется для визуализации сердца.

Technetium образует различные координационные комплексы с органическими лигандами. Многие были хорошо проведены из-за их актуальности к ядерной медицине .

Technetium образует множество соединений с связями с TC - C, т.е. комплексы OrganotechNetium. Выдающимися членами этого класса являются комплексы с CO, Arene и Cyclopentadienilylicands. Бинарный карбонил TC ₂ (CO) ₁₀ представляет собой белое летучие твердые. В этой молекуле два атома технеция связаны друг с другом; Каждый атом окружен октаэдрой из пяти карбонильных лигандов. Длина связи между атомами техники, 303 вечера, значительно больше, чем расстояние между двумя атомами в металлическом технетие (272 вечера). Подобные карбонилы образуются в конгенерах Technetium , марганца и Rhenium. Интерес к соединениям Organotechnetium также был мотивирован применениями в ядерной медицине . Technetium также образует аква-карбонильные комплексы, одним из выдающихся комплексов является [TC (CO) ₃ (H ₂ O) ₃ ] ⁺ , которые необычны по сравнению с другими металлическими карбонилами.

Изотопы

Основная статья: Изотопы техники

Technetium, с атомным числом z = 43, является самым низким номером в периодической таблице, для которой все изотопы являются радиоактивными . Второй самый освещенный радиоактивный элемент, Promethium , имеет атомный номер 61. Атомные ядра с нечетным числом протонов менее стабильны, чем у ровных чисел, даже когда общее количество нуклеонов (протоны + нейтроны ) равно, что и нечетные элементы имеют меньше стабильных изотопов .

Наиболее стабильными радиоактивными изотопами являются Technetium-97 с периодом 4,21 полураспада ± 0,16 млн лет и Technetium-98 с 4,2 ± 0,3 миллиона лет; Текущие измерения их полураспада дают перекрывающиеся доверительные интервалы, соответствующие одному стандартному отклонению и, следовательно, не позволяют определенное назначение наиболее стабильного изотопа Technetium. Следующим наиболее стабильным изотопом является Technetium-99, который имеет период полураспада 211 100 лет. Тридцать четыре радиоизотопа были охарактеризованы с массовыми числами в диапазоне от 86 до 122. Большинство из них имеют период полураспада, которые меньше часа, исключения являются Technetium-93 (2,73 часа), Technetium-94 (4,88 часа), Technetium-95 (20 часов) и Technetium-96 (4,3 дня).

Первичный режим распада для изотопов легче, чем Technetium-98 ( ⁹⁸ TC) - это захват электронов , производящий молибден ( z = 42). Для Technetium-98 и более тяжелых изотопов первичным режимом является бета-эмиссия (излучение электрона или позитрона ), производящая рутения ( z = 44), за исключением того, что Technetium-100 может разлагаться как бета-эмиссией, так и захватом электронов.

Technetium также имеет многочисленные ядерные изомеры , которые представляют собой изотопы с одним или несколькими возбужденными нуклеонами. Technetium-97M ( ^97м TC; «M» означает метастабильность ) является наиболее стабильной, с полураспадом 91 дня и энергией возбуждения 0,0965 МэВ. За этим следуют техник-95 м (61 день, 0,03 МэВ) и Technetium-99M (6,01 часа, 0,142 МэВ).

Technetium-99 ( ⁹⁹ TC) является основным продуктом деления урана-235 ( ²³⁵ U), делая его наиболее распространенным и наиболее доступным изотопом Technetium. Один грамм техники-99 производит 6,2 × 10 ⁸ распада в секунду (другими словами, специфическая активность ⁹⁹ TC составляет 0,62 г BQ / G).

Появление и производство

Земли Technetium встречается естественным образом в коре в мельчайших концентрациях около 0,003 частей на триллион. Technetium так редко, потому что полураспада период ⁹⁷ TC и ⁹⁸ ТС всего 4,2 миллиона лет. прошло более тысячи таких периодов С момента формирования Земли , поэтому вероятность выживания даже одного атома изначального технетию эффективно равна нулю. Однако небольшие количества существуют в виде спонтанных продуктов деления в урановых рудах . Килограмм урана содержит около 1 нанограммы (10 ⁻⁹ g) эквивалент десяти триллионов атомов техники. Некоторые красные гигантские звезды с спектральными типами S-, M- и N показывают спектральную линию поглощения, указывающую на наличие технетиума. Эти красные гиганты неформально известны как звезды Technetium .

Продукт отходов деления

В отличие от редкого природного появления, объемные количества Technetium-99 производятся каждый год из отработанных ядерных топливных стержней , которые содержат различные продукты деления. Разделение грамма урана-235 в ядерных реакторах дает 27 мг техники-99, что дает производительность продукта деления Technetium 6,1%. Другие расщепленные изотопы дают сходную доходность технетиума, например, 4,9% от урана-233 и 6,21% от плутония-239 . По оценкам, 49 000 T BQ (78 метрических тонн ) техники было получено в ядерных реакторах в период с 1983 по 1994 год, безусловно, доминирующий источник наземного техтите. Только часть производства используется в коммерческих целях.

Technetium-99 производится ядерным делением как урана-235, так и плутония-239. Поэтому он присутствует в радиоактивных отходах и в ядерных последствиях взрывов делящихся бомб . Его распад, измеренный в Becquerels на количество отработавшего топлива, является доминирующим участником радиоактивности ядерных отходов после примерно 10 ⁴ ~10 ⁶ Спустя годы после создания ядерных отходов. С 1945 по 1994 год в окружающую среду было выпущено около 160 т ( около 250 кг) техники-99 во время атмосферных ядерных испытаний . Количество техники-99 от ядерных реакторов, выпущенных в окружающую среду до 1986 года, составляет порядка 1000 тБК (около 1600 кг), в первую очередь путем переработки ядерного топлива ; Большая часть этого была выписана в море. Методы переработки с тех пор сократили выбросы, но по состоянию на 2005 год основное выброс Technetium-99 в окружающую среду- завод Sellafield , который выпустил около 550 TBQ (около 900 кг) с 1995 по 1999 год в Ирландское море . С 2000 года сумма была ограничена регулированием до 90 тБК (около 140 кг) в год. Выброс технетию в море привело к загрязнению некоторых морепродуктов незначительными количествами этого элемента. Например, европейские омары и рыба из Западной Камбрии содержат около 1 млрд./Кг техники.

Продукт деления для коммерческого использования

Метастабильный изотоп Technetium-99M непрерывно производится в виде продукта деления от деления урана или плутония в ядерных реакторах :

$${\ce {^{238}_{92}U ->[{\ce {sf}}] ^{137}_{53}I + ^{99}_{39}Y + 2^{1}_{0}n}}$$ $${\ce {^{99}_{39}Y ->[\beta^-][1.47\,{\ce {s}}] ^{99}_{40}Zr ->[\beta^-][2.1\,{\ce {s}}] ^{99}_{41}Nb ->[\beta^-][15.0\,{\ce {s}}] ^{99}_{42}Mo ->[\beta^-][65.94\,{\ce {h}}] ^{99}_{43}Tc ->[\beta^-][211,100\,{\ce {y}}] ^{99}_{44}Ru}}$$

Поскольку используемое топливо разрешено стоять в течение нескольких лет до переработки, все молибденам-99 и Technetium-99M разрушаются к тому времени, когда продукты деления отделены от основных актинидов в обычных ядерных переработке . Жидкость, оставленная после экстракции плутония -арания ( Purex ), содержит высокую концентрацию техники в качестве TCO ⁻
₄ Но почти все это Technetium-99, а не Technetium-99M.

Подавляющее большинство техники-99M, используемого в медицинской работе, производится путем облучения выделенных высокообогащенных урановых мишеней в реакторе, извлекая молибденам-99 из целей на объектах переработки, и выздоровление в диагностическом центре Technetium-99M, продуцированный после распада молибдена-99. Molybdenum-99 в форме молибдата moo ²⁻
₄ Адсорбируется на кислотном глинозме ( AL
₂ o
₃ ) В экранированном колоннном хроматографии внутри генератора Technetium-99M («Technetium Cow», также иногда называемый «корова молибдена»). Molybdenum-99 имеет период полураспада 67 часов, так что недолговечный техник-99 м (период полураспада: 6 часов), что является результатом его распада, постоянно производится. Растворимый тринтехнетат TCO ⁻
₄ может быть химически извлечен элюированием с использованием физиологического раствора . Недостаток этого процесса заключается в том, что ему требуются цели, содержащие уран-235, которые подлежат предосторожности безопасности расщепляемых материалов.

Первый -99M , . , Unshileded 1958 генератор Technetium

Почти две трети мирового запаса поступают от двух реакторов; Национальный исследовательский универсальный реактор в лабораториях Chalk River в Онтарио, Канада, и реактор с высоким потоком в группе ядерных исследований и консалтинговой группы в Петтен, Нидерланды. Все основные реакторы, которые производят Technetium-99M, были построены в 1960-х годах и близки к концу жизни . Два новых канадских многоцелевых прикладных физических решетчатых экспериментальных реакторов, запланированных и построенных для создания 200% спроса на технологию-99 млн, освободили всех других производителей построить свои собственные реакторы. При отмене уже протестированных реакторов в 2008 году будущее поставка Technetium-99M стала проблематичной.

Утилизация отходов

Длинный период полураспада Technetium-99 и его потенциал для формирования анионных видов создают серьезную обеспокоенность по поводу долгосрочной утилизации радиоактивных отходов . Многие из процессов, предназначенных для удаления продуктов деления в переработке растений, направлены на катионные виды, такие как цезий (например, Caesium-137 ) и стронций (например, Strontium-90 ). Следовательно, pertechnetate выходит через эти процессы. Текущие варианты утилизации благоприятствуют захоронениям в континентальной, геологически стабильной скале. Основной опасностью с такой практикой является вероятность того, что отходы свяжутся с водой, которая может вымыть радиоактивное загрязнение в окружающую среду. Анионный пертехнет и йодид, как правило, не адсорбируются в поверхности минералов и, вероятно, будут смыты. По сравнению плутоний , уран и цези, имеют тенденцию связываться с частицами почвы. Technetium может быть иммобилизован в некоторых средах, такими как микробная активность в донных озерах. и химия окружающей среды Technetium является областью активных исследований.

Альтернативный метод утилизации, трансмутация , был продемонстрирован в CERN для Technetium-99. В этом процессе Technetium (Technetium-99 в качестве металлической цели) бомбардируется нейтронами с образованием недолговечного Technetium-100 (период полураспада = 16 секунд), который распадается путем бета-распада до стабильного рутения -100. Если восстановление полезного рутения является целью, необходима чрезвычайно чистая цель техники; небольшие следы незначительных актинидов, таких как америю и Curium Если в цели присутствуют , они, вероятно, подвергаются делениям и образуют больше продуктов деления , которые увеличивают радиоактивность облученной цели. Образование рутения-106 (период полураспада 374 дня) из «свежей деления», вероятно, увеличит активность конечного металла рутения, который затем потребует более длительного времени охлаждения после облучения до того, как может быть использован рутения.

Фактическое отделение Technetium-99 от отработавшего ядерного топлива является долгим процессом. Во время переработки топлива он выходит как компонент жидкости с очень радиоактивными отходами. Сидя в течение нескольких лет, радиоактивность снижается до уровня, где извлечение долгоживущих изотопов, включая Technetium-99, становится возможной. Серия химических процессов дает металл Technetium-99 высокой чистоты.

Активация нейтронов

Molybdenum-99 , который распадается в формировании технонетия-99M, может быть сформирована с помощью нейтронной активации молибдена-98. При необходимости другие технологические изотопы не производятся в значительных количествах путем деления, но изготавливаются путем нейтронного облучения родительских изотопов (например, Technetium-97 может быть сделан путем нейтронного облучения Ruthenium-96 ).

Ускорители частиц

Осуществимость производства Technetium-99M с бомбардировкой 22-Mev-Proton мишени молибдена-100 в медицинских циклотронах после реакции ¹⁰⁰ МО (P, 2n) ^{99 м} ТС был продемонстрирован в 1971 году. Недавняя нехватка медицинской техники-99M возродила интерес к его производству путем протонной бомбардировки изотопно обогащенных (> 99,5%) целей молибдена-100. Другие методы исследуются для получения молибдена-99 от молибдена-100 через (n, 2n) или (γ, N) реакции у акселераторов частиц.

Приложения

Ядерная медицина и биология

Основная статья: Technetium-99M

техники Сцинтиграфия могила с болезнью пациента

Technetium-99M («M» указывает на то, что это метастабильный ядерный изомер) используется в медицинских тестах радиоактивных изотопов . Например, Technetium-99M-это радиоактивный индикатор , который отслеживает медицинское оборудование для визуализации в организме человека. Он хорошо подходит для этой роли, потому что он излучает легко обнаруживаемые 140 кэВ гамма-лучи , а его период полураспада составляет 6,01 часа (а это означает, что около 94% его распадаются до технетия-99 за 24 часа). Химия техники позволяет он связан с различными биохимическими соединениями, каждая из которых определяет, как он метаболизируется и осаждается в организме, и этот единственный изотоп может использоваться для множества диагностических тестов. Более 50 общих радиофармацевтических препаратов основаны на технике-99M для визуализации и функциональных исследований головного мозга , сердечной мышцы, щитовидной железы , легких , печени , желчного пузыря , почек , скелета , крови и опухолей .

Долгожинный изотоп, Technetium-95M с периодом полураспада 61 дня, используется в качестве радиоактивного индикатора для изучения движения технетию в окружающей среде и в системах растений и животных.

Промышленные и химические

Technetium-99 распадается почти полностью путем бета-распада, испуская бета-частицы с постоянными низкими энергиями и без сопровождающих гамма-лучей. Более того, его длительный период полураспада означает, что это излучение очень медленно уменьшается со временем. Его также можно извлечь в высокую химическую и изотопную чистоту из радиоактивных отходов. По этим причинам это стандартный бета -эмиттер Национального института стандартов и технологий (NIST) и используется для калибровки оборудования. Technetium-99 также был предложен для оптоэлектронных устройств и наноразмерных ядерных батарей .

Как и Rhenium и Palladium , Technetium может служить катализатором . В таких процессах, как дегидрирование изопропилового спирта , это гораздо более эффективный катализатор, чем Rhenium или Palladium. Тем не менее, его радиоактивность является серьезной проблемой в безопасных каталитических приложениях.

Когда сталь погружена в воду, добавление небольшой концентрации (55 ч / млн ) калийного пертехнетата (VII) в воду защищает сталь от коррозии, Даже если температура повышается до 250 ° C (523 К). По этой причине Pertechnetate использовался в качестве анодного ингибитора коррозии для стали, хотя радиоактивность Technetium создает проблемы, которые ограничивают это применение самостоятельными системами. В то время как (например) cro ²⁻
₄ также может ингибировать коррозию, она требует концентрации в десять раз выше. В одном эксперименте образец углеродистой стали хранился в водном растворе pertechnetate в течение 20 лет и до сих пор не был нетрородирован. Механизм, с помощью которого пертехнетат предотвращает коррозию, не совсем понятен, но, по -видимому, включает обратимое образование тонкого поверхностного слоя ( пассивация ). Одна теория утверждает, что пертехнетат реагирует со стальной поверхностью, образуя слой диоксида техники , который предотвращает дальнейшую коррозию; Тот же эффект объясняет, как порошок железа можно использовать для удаления пертехнетата из воды. Эффект быстро исчезает, если концентрация пертехнетата падает ниже минимальной концентрации или если добавлена ​​слишком высокая концентрация других ионов.

Как уже отмечалось, радиоактивный характер технетиума (3 мбкв/л в требуемых концентрациях) делает эту защиту от коррозии непрактичной практически во всех ситуациях. Тем не менее, была предложена защита от коррозии ионами пертехнетата (но никогда не принята) для использования в реакторах кипящей воды .

Меры предосторожности

Technetium не играет естественной биологической роли и обычно не встречается в человеческом организме. Technetium производится в количестве путем ядерного деления и распространяется более легко, чем многие радионуклиды. Похоже, что он имеет низкую химическую токсичность. Например, для крыс не может быть обнаружено существенных изменений в формуле крови, тела и весах и потреблении пищи, которые в течение нескольких недель принимали до 15 мкг техники-99 на грамм пищи. В организме Technetium быстро превращается в стабильный TCO ⁻
₄ ион, который очень растворимый в воде и быстро выделяется. Рентгенологическая токсичность техники (на единицу массы) является функцией соединения, типа излучения для рассматриваемого изотопа и полураспада изотопа.

Все изотопы Technetium должны обрабатываться тщательно. Наиболее распространенный изотоп, Technetium-99, является слабым бета-эмиттером; Такое излучение останавливается стенами лабораторной стеклянной посуды. Основной опасностью при работе с Technetium является вдыхание пыли; Такое радиоактивное загрязнение в легких может представлять значительный риск рака. Для большинства работ тщательной обработки в капюшоне достаточно , и перчаточный ящик не нужен.

Библиография

• Emsley, J. (2001). Строительные блоки природы: AZ Руководство по элементам . Оксфорд, Англия, Великобритания: издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-850340-8 .
• Гринвуд, NN; Эрншоу А. (1997). Химия элементов (2 -е изд.). Оксфорд, Великобритания: Баттерворт-Хейнеманн. ISBN  978-0-7506-3365-9 .
• Хаммонд, Кр (2004). «Элементы» . Справочник по химии и физике (81 -е изд.). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN  978-0-8493-0485-9 .
• Scerri, Eric (2013). Сказка о семи элементах . Оксфорд, Великобритания: издательство Оксфордского университета. ISBN  9780195391312 .
• Schwochau, K. (2000). Technetium: химия и радиофармацевтическое применение . Вайнхайм, DE: Wiley-VCH. ISBN  978-3-527-29496-1 - через Google Books.

Дальнейшее чтение

• Choppin, G.; Liljenzin, J.-O. ; Rydberg, J. (2002). «Ядерная масса и стабильность» . Радиохимия и ядерная химия (3 -е изд.). Баттерворт-Хейнеманн. С. 41–57. ISBN  978-0-7506-7463-8 - через Google Books.
• Хлопок, FA; Уилкинсон, Г.; Мурло, Калифорния; Bochmann, M. (1999). Усовершенствованная неорганическая химия (6 -е изд.). Нью -Йорк, Нью -Йорк: Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0-471-19957-1 .
• Scerri, ER (2007). Периодическая таблица: ее история и ее значение . Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-530573-9 .
• Wilson, BJ, ed. (1966). Радиохимическое руководство (2 -е изд.). AEA Technology. ISBN  978-0-7058-1768-4 .
• "Техний" . Environmentchemistry.com . Получено 1 декабря 2002 года .
• Ядерная диаграмма (отчет). Национальный центр ядерного обращения. Брукхейвен, Нью -Йорк: Брукхейвенская национальная лаборатория . Архивировано из оригинала 28 апреля 2021 года.

Внешние ссылки

• Technetium (видео). Периодическая таблица видео . Ноттингем, Великобритания: Университет Ноттингема.