Технеций: първи изкуствен елемент, който спаси милиони животи

В периодичната таблица на Дмитрий Иванович Менделеев има клетка под номер 43. Дълги години тя оставаше празна. Нейният жител не се даваше на химиците от XIX век, скривайки се от най-настойчивите охотници за елементи. Но се оказа, че не става въпрос за сложността на извличането, а за самата природа на веществото: то просто не можеше да се запази на Земята от момента на нейното образуване. Днес ние го познаваме като технеций — първият елемент, създаден изкуствено, и същевременно елемент, който всеки ден спасава хиляди животи в болниците по целия свят.

Технеций — единственият елемент по-лек от свинец, който няма стабилни изотопи. Местото му в таблицата е триумф на предсказателната сила на науката и същевременно паметник на човешката изобретателност.

43-ри елемент: пророчеството на Менделеев

През 1869 година, когато Дмитрий Иванович Менделеев представи на света своята периодична таблица, в нея бяха 63 елемента и няколко празни места. Той не само остави пропуски, но и смело предрече свойствата на още неоткритите вещества. За елемента под номер 43, който се намираше под марганца в седмата група, учените предрече свойствата, наричайки го «эка-марганец» (от санскрит «эка» — един).

В следващите десетилетия химиците търсеха недостаещия елемент в марганцови руди, минерали и сложни残余ки от химични производстви. Бяха и големи декларации за откритие: елементът се наричаше «ильмений», «ниппониум», «лурий». Но нито едно от тях не беше потвърдено. Днес ние знаем защо: технецият е радиоактивен, а най-дълготрайните му изотопи с период на полураспад около 4 милиона години вече са изчезнали от земната кора от момента на нейното формиране.

Защо «технеций»? Искуственото име

Името на елемента идва от гръцкото думата «τεχνητός» (технетос), което означава «изкуствен». Името се оказа пророческо в двойно: технецият стана първият химичен елемент, получен изкуствено, а не извлечен от природното суровина.

История на откритието: молибденовата плоча от Беркли

През 1937 година италианският физик Эмилио Сегре работеше в САЩ, в лабораторията на Ернест Лоурънс — изобретателя на циклотрона. Сегре забеляза странната радиоактивност на една от изработените детайли на ускорителя — молибденова фолио, която служеше за мишена за дейтрони.

Учените предположиха, че в резултат на ядрените реакции в молибдена (атомен номер 42) се е образувал нов елемент с номер 43. Той взе фолиото със себе си в Палермо, където заедно с минералога Карло Перрье проведе поредица от сложни химични операции. Те успяха да изолират новия радиоактивен елемент в чисти, макар и микроскопични, количества.

Фундаментална характеристика: най-лекият без стабилни изотопи

Технецият е най-лекият елемент в периодичната таблица, който няма нито един стабилен изотоп. неговите «дълготрайни» форми: Tc-97 (период на полураспад 2,6 милиона години), Tc-98 (4,2 милиона години) и най-достъпният изотоп — Tc-99 (период на полураспад 211 000 години).

При това природният технеций все пак има на Земята. В минимални, следови количества (около 1 нанограм на тонна уранова руда) той се образува в процеса на спонтанно делене на уран-235. В всеки момент в земната кора се намира около 18 000 тона технеций — но този метал «разтворен» в огромни обеми от горни породи.

Неочаквани свойства: от суперпроводимост до химическо коварство

Физически свойства. Технецият е сребристо-сив переходен метал. неговата кристална решетка при стандартни условия е гексагонална, той е ковък и пластичен. Удивително, но при ниски температури технецият става суперпроводник.

Химическа многоликост. За технецията са типични степени на окисление от −1 до +7, а най-устойчивата форма е семивалентният технеций (Tc⁷⁺). Въпреки това химиците често го сравняват с рения. Тази многоликост създава сериозни проблеми при преработката на отработеното ядрено гориво: непредсказуемите окислително-восстановителни реакции с участието на технеция затрудняват процесите на разделение на урана и плутония.

Основно приложение днес: ядрена медицина и технеций-99m

Днес основната част от технецията се извлича от отпадъците на атомната индустрия — от отработените горивни стъргала на ядрените реактори. Изходът на изотопа Tc-99 при деленето на уран-235 е около 6%. Но в центъра на вниманието не е дълготрайният Tc-99, а краткоживия му ядрен изомер — Tc-99m (m означава метастабилен, ядрено възбуждено състояние) с период на полураспад само 6 часа.

Този изотоп е един от основните елементи на съвременната ядрена медицина. На негова основа се производят радиофармпрепарати за диагностика на злокачествени тумори, оценка на кръвообращението в сърцето и изследване на функциите на много вътрешни органи. Механизмът е такъв: Tc-99m излъчва гамма лъчи, които лесно се регистрират от специални камери. Изотопът се вводи в организма (често в свързан вид с молекули, тропни към определени тъкани) и подава сигнал, позволявайки на лекарите «да видят» тумора, фокуса на възпаление или участък ишемия на сърцето.

Краткият период на полураспад на радиоизотопа позволява да се получи точна картина и бързо да се изведе веществото от организма, нанасяйки минимален лъчево въздействие. Всяка година в света се извършват повече от 20 милиона диагностични процедури с използване на технеций-99m. В Русия производството на генератори на технеций-99m се извършва от предприятията на научния дивизион «Росатом».

Опасност и екология: дълготрайният отпадък

Дълготрайният технеций-99 (Т_1/2 = 211 000 години) представлява сериозна екологична проблема. Съдържанието му в отработеното ядрено гориво достига стотици грама на тонна. Този изотоп е подвижен в околната среда и може да се натрупва в биологичните обекти. Затова закопаването на Tc-99 е една от задачите при създаването на хранилища за радиоактивни отпадъци. неговият период на полураспад и химическа подвижност налагат търсене на специални матрици за надеждна изолация.

Бъдещето на елемента: катализатори, суперпроводници и нови радиофармпрепарати

Днес технецият остава нишов, но изключително важен елемент в диагностичната медицина. Въпреки това неговият потенциал е по-широк. Технецият е перспективен материал за изработване на катализатори (например, за дегидриране на органични съединения) и компоненти на високотемпературни суперпроводни сплави. Химиците също разработват методи за улавяне на технеция от течни радиоактивни отпадъци с помощта на сорбенти и нови съединения за адресна ядрена медицина, включително тераностика (диагностика и терапия с една молекула).

В бъдеще е възможно да се появят нови методи за извличане на Tc-99m от наработките на реакторите и ускорителите, което ще направи диагностиката още по-достъпна. Също така перспективно е използването на изотопа Tc-99 в ядрените батерии за устройства, които работят десетилетия без подзареждане.

Постоянный адрес данной публикации: