Teknetium

Molybden ←  Teknetium → Ruthenium
 
 
43		 CT
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Komplett tabell • Utvidet tabell
Generell informasjon
navn , symbol , nummer Technetium, Tc, 43
kjemisk serie overgangsmetaller
gruppe , punktum , blokk 7 , 5 , d
Atommasse 98.9063 [ 1 ] ​u 
Elektronisk konfigurasjon [ Kr ] 4d 5 5s 2 _
elektroner per nivå 2, 8, 18, 14, 1 ( bilde )
Utseende sølv metallic
Atomiske egenskaper
middels radius 135  p.m.
elektronegativitet 1,9 ( Pauling-skala )
Atomradius (kalk) 183  p.m. ( Bohr radius )
kovalent radius 156  pm
Oksidasjonstilstand(er) 7, 6, 5, [ 2 ]​ 4, [ 3 ]​ 3, [ 4 ]​ 1 [ 5 ]
Oksyd sterk syre
1. ioniseringsenergi 702kJ  /mol
2. ioniseringsenergi 1470kJ/mol
3. ioniseringsenergi 2850kJ/mol
Spektrallinjer
fysiske egenskaper
vanlig stat solid ( paramagnetisk )
Tetthet 11500kg  / m3
Smeltepunkt 2430K (2157°C)
Kokepunkt 4538K (4265°C)
fordampningsentalpi 660  kJ/mol
fusjonsentalpi 24kJ  /mol
Damptrykk 0,0229 Pa ved 2473K
Flere
krystallstruktur Sekskantet
Spesifikk varme 210  J / ( K kg )
Elektrisk ledningsevne 6,7 10 6  S / m
Termisk ledningsevne 50,6 W  /(Km)
mer stabile isotoper
Hovedartikkel: Isotoper av technetium
iso AN Periode MD Ed P.S.
MeV
95mTc _ _Syntetisk61 dε

γ



IT		-

0,204,
0,582,
0,835 0,0389

og		95Mo - 95Tc _ _
96 CTSyntetisk4.3dε

γ		-

0,778,
0,849,
0,812		96 Mo-

_
97 CTSyntetisk2,6 10 6 aε-97 mnd
97mTc _ _Syntetisk90 dagerPUNKT0,965, og97 CT
98 CTSyntetisk4,2 10 6 årβ -

y		0,4

0,745,
0,652		98 Ru-

_
99 CTspor2.111 10 5 aβ- _0,29499ru _
99mTc _ _Syntetisk06:01 _IT


γ		0,142,
0,002

0,140		99Tc- _


_
Verdier i SI og normale forhold for trykk og temperatur , med mindre annet er angitt.

Teknetium er det letteste av de kjemiske grunnstoffene som ikke har stabile isotoper og det første syntetiske grunnstoffet som finnes i det periodiske systemet . Atomnummeret er 43 og symbolet er Tc . _ De kjemiske egenskapene til dette sølvgrå, krystallinske overgangsmetallet er mellomliggende til rhenium og mangan . Dens svært kortvarige, gamma- emitterende kjernefysiske isomer 99m Tc brukes i nukleærmedisin for et bredt utvalg av diagnostiske tester . 99 Tc brukes som en kilde til beta-partikler fri for gammastråleutslipp. Perteknetatanionet ( TcO 4 - ) brukes som anodisk korrosjonsinhibitor for stål . [ 6 ]

Før det ble oppdaget, ble mange av egenskapene til element 43 forutsagt av Dmitri Mendeleev . Mendeleev reserverte en plass i sitt periodiske system for et hypotetisk grunnstoff som han kalte eka - mangan. I 1937 ble isotopen 97 Tc det første overveiende kunstig produserte grunnstoffet, derav navnet (fra det greske τεχνητός, som betyr "kunstig"). Det meste av teknetiumet som produseres på jorden er oppnådd som et biprodukt av fisjon av 235 U i atomreaktorer og utvinnes fra atombrenselstaver. Ingen isotop av technetium har en halveringstid som er større enn 4,2 millioner år (det spesifikke tilfellet med 98 Tc), så dets påvisning i røde kjemper i 1952 bidro til å styrke teorien om at tunge grunnstoffer kan genereres i stjerner . På jorden finnes technetium i sporbare spor som et produkt av spontan fisjon i uranmalm ved nøytronfangst i molybdenmalm .

Fysiske og kjemiske egenskaper

Teknetium er et sølvgrått, radioaktivt metall med et utseende som ligner på platinametall . Men når det oppnås, er det vanligvis i form av et gråaktig pulver. Dens posisjon i det periodiske systemet er mellom molybden og rutenium, og som de periodiske lovene forutsier, er egenskapene mellomliggende til disse to metallene. Teknetium, som promethium , er eksepsjonell blant de lette elementene ved at det ikke har noen stabile isotoper (men det er omgitt av elementer som gjør det).

På grunn av sin ustabilitet er technetium ekstremt sjelden på jorden. Det spiller ingen biologisk rolle, og under normale forhold finnes det ikke i menneskekroppen. Den metalliske formen av technetium anløper raskt i nærvær av fuktig luft .

Dens oksider er TcO 2 og Tc 2 O 7 . Under oksiderende forhold eksisterer teknetium (VII) som perteknetatanion, TcO 4 - . [ 7 ] De vanligste oksidasjonstilstandene til technetium er 0, +2, +4, +5, +6 og +7. [ 8 ] Når teknetium pulveriseres, brenner det i nærvær av oksygen . [ 9 ] Det oppløses i vannvann , salpetersyre og i konsentrert svovelsyre , men ikke i saltsyre . Den har karakteristiske spektrallinjer ved følgende bølgelengder: 363nm, 403nm, 410nm, 426nm, 430nm og 485nm. [ 10 ]

Den metalliske formen er litt paramagnetisk , det vil si at dens magnetiske dipoler er på linje med eksterne magnetiske felt , selv om technetium normalt ikke er magnetisk. [ 11 ] Den krystallinske strukturen til metallet presenterer en tett sekskantet pakking (nærmeste hexagonal pakking av kuler, magnesiumtype). En isolert krystall av rent teknetiummetall blir en type II superleder ved en temperatur på 7,46 K; uregelmessigheten til krystallene og sporene av urenheter øker denne verdien til 11,2 K for et pulverisert teknetium med 99,9 % renhet. [ 12 ] Under denne temperaturen har technetium en veldig høy magnetisk penetrasjonsdybde, den største av alle grunnstoffer etter niob . [ 13 ]

Teknetium genereres i kjernefysiske fisjonsprosesser, og det spres lettere enn mange andre radionuklider. Det er viktig å forstå toksisiteten hos dyr og mennesker, men eksperimentelle bevis er få. Det ser ut til å ha lav kjemisk toksisitet. Dens radiologiske toksisitet (per masseenhet) varierer avhengig av forbindelsen, typen stråling av den aktuelle isotopen og halveringstid . 99m Tc er spesielt attraktiv for sine medisinske bruksområder. Den maksimale strålingen som denne isotopen presenterer er gammastråler med samme bølgelengde som røntgenstrålene som brukes til vanlig diagnose, og gir tilstrekkelig penetrasjon og forårsaker minimal skade. Alt dette, kombinert med den korte halveringstiden til dens metastabile kjernefysiske isomer og den relativt lange halveringstiden til den produserte 99Tc-isotopen som gjør at den kan fjernes fra kroppen før den forfaller, gjør en typisk 99mTc (Se mer om dette emnet nedenfor) [ 12 ]

Alle isotoper av technetium må håndteres med forsiktighet. Den vanligste av disse, 99 Tc, er en svak emitter av beta-partikler; denne typen stråling kan stoppes av veggene til laboratorieglass. Når de stoppes, sendes det ut lavintensitets røntgenstråler, men et skille på ca 30 cm er nok til å påvirke kroppen vår. Hovedrisikoen ved arbeid med teknetium er innånding av støvet; den radioaktive forurensningen dette produserer i lungene utgjør en svært betydelig risiko for kreft . For de fleste technetiumarbeid er forsiktig håndtering under avtrekksskap vanligvis tilstrekkelig; bruk av et tørt kammer med hansker er ikke nødvendig. [ 12 ]

Applikasjoner

Nukleærmedisin

99m Tc (" m " indikerer at det er en metastabil nukleær isomer) er den mest brukte radioisotopen i diagnostisk praksis, med anslagsvis 80 % av nukleærmedisinske prosedyrer som bruker den. [ 14 ] Det brukes hovedsakelig i diagnostiske prosedyrer for funksjonen til organer i menneskekroppen , for eksempel som et radioaktivt sporstoff som medisinsk utstyr kan oppdage i menneskekroppen. [ 15 ] Denne isotopen egner seg veldig godt til dens bruk, siden den sender ut lett detekterbare gammastråler med en energi på 140 keV, og dens halveringstid er 6,0058 timer (dvs. femten sekstendedeler forfaller på 24 timer). 99 Tc). [ 16 ] Boken Technetium , av Klaus Schwochau, viser 31 99m Tc-baserte radiofarmaka som brukes i funksjonelle studier av hjernen , myokard , skjoldbruskkjertel , lunger , lever , galleblæren , nyrer , skjelett , blod . svulsterog

Immunoscintografi inkorporerer 99m Tc i et monoklonalt antistoff , et immunsystemprotein som er i stand til å feste seg til kreftceller . Noen timer etter injeksjonen blir gammastrålene som sendes ut av 99m Tc oppdaget med det tilsvarende medisinske utstyret; høye konsentrasjoner indikerer hvor svulsten er lokalisert . Denne teknikken er spesielt nyttig for å oppdage svulster som er vanskelige å lokalisere, for eksempel de som påvirker tarmen . Disse modifiserte antistoffene markedsføres av det tyske selskapet Hoechst under navnet "Scintium" . [ 17 ]

Når 99m Tc kombineres med en tinnforbindelse , binder den seg til erytrocytter og kan brukes til å finne forstyrrelser i sirkulasjonssystemet . Det brukes vanligvis til å oppdage gastrointestinal blødning . Pyrofosfationet kombinert med 99m Tc binder seg til kalsiumavleiringer i skadet hjertemuskel, noe som er nyttig for å vurdere skade etter et hjerteinfarkt. [ 18 ] 99m Tc svovelkolloidet filtreres av milten , noe som gjør det mulig å visualisere strukturen til dette organet. [ 19 ]

Stråleeksponering på grunn av diagnostisk behandling med 99m Tc kan holdes på lave nivåer. På grunn av den korte halveringstiden, betyr dens raske nedbrytning til det mye mindre radioaktive 99Tc at den totale strålingsdosen pasienten mottar (per enhet initial aktivitet etter administrering) er relativt lav. I den formen det administreres i, vanligvis som perteknetat, fjernes begge isotoper raskt fra kroppen i løpet av få dager. [ 18 ]

Teknetium brukt i nukleærmedisin utvinnes vanligvis fra 99mTc -generatorer . 95m Tc, med en halveringstid på 61 dager, brukes som radioaktivt sporstoff for å studere diffusjonen av teknetium i miljøet og i dyre- og plantesystemer . [ 12 ]

Industriell bruk

99 Tc desintegrerer beta-partikler med lav energi og uten tilstedeværelse av gammastråler . I tillegg betyr dens lange halveringstid at utslippet avtar svært sakte over tid. Teknetium med høy kjemisk og isotopisk renhet kan også utvinnes fra kjernefysisk avfall. Av alle disse grunnene er 99 Tc en beta-utslippsstandard som brukes til kalibrering av vitenskapelig utstyr. [ 12 ]

Muligheten for å bruke 99 Tc i optoelektriske atombatterier er studert.

Kjemisk bruk

I likhet med rhenium og palladium kan teknetium brukes som katalysator . For noen reaksjoner, for eksempel dehydrogenering av isopropylalkohol , er det en mye mer effektiv katalysator enn rhenium eller palladium. Radioaktiviteten er selvfølgelig det største problemet når det gjelder å finne sikre applikasjoner. [ 12 ]

Under visse omstendigheter kan en liten konsentrasjon (5·10 -5 mol·L -1 ) av perteknetatanion i vann beskytte karbonjern og stål mot korrosjon. Av denne grunn kan perteknetat brukes som en anodisk korrosjonsinhibitor for stål, men radioaktiviteten til technetium byr på visse problemer når det brukes til strengt kjemiske applikasjoner som denne. Selv om (for eksempel) CrO 4 2 -anion også kan hemme korrosjon, kreves det konsentrasjoner opptil ti ganger høyere. I ett eksperiment ble en prøve holdt i en vandig løsning av perteknetat i 20 år og korroderte ikke. Mekanismen som perteknetat-anionet forhindrer korrosjon med er ikke godt forstått, men ser ut til å involvere dannelsen av et tynt overflatelag. En teori hevder at perteknetat reagerer med ståloverflaten og danner et lag med teknetiumdioksid som forhindrer ytterligere korrosjon; den samme effekten forklarer hvordan pulverisert jern kan brukes til å fjerne perteknetat fra vann ( aktivert karbon kan også brukes til det formålet). Effekten forsvinner raskt dersom konsentrasjonen av perteknetat faller under et minimum eller hvis en høy konsentrasjon av andre ioner tilsettes.

Det er klart at den radioaktive naturen til technetium (3 M Bq per liter for den nødvendige konsentrasjonen) gjør denne typen beskyttelse upraktisk i nesten alle situasjoner. Imidlertid er korrosjonsbeskyttelse ved bruk av perteknetatanioner foreslått (men aldri brukt) for bruk i kokende vannreaktorer . [ 12 ]

På slutten av 1970-tallet ble den vellykkede elektroavsetningen av teknetium på ulike substrater utført av Lichtenberger ved University of Virginia som en del av en forskningsstudie om bruk av svake beta-utslipp for å forhindre nedbrytning. Disse studiene ble frustrert av lav stabilitet i sjøvann.

Historikk

Søket etter element 43

I mange år var det en ledig plass i det periodiske systemet mellom molybden (grunnstoff 42) og rutenium (grunnstoff 44). Mange forskere på den tiden var ivrige etter å være de første til å oppdage og navngi element 43; plasseringen i tabellen antydet at det må være lettere å oppdage enn andre elementer som ennå ikke er funnet. I 1828 ble platinamalm antatt å ha blitt funnet . Det ble gitt navnet polynium, men det viste seg å være urent iridium . Senere i 1846 hevdet de igjen å ha oppdaget grunnstoffet de kalte ilmenium, men det ble fastslått å være uren niob . Den feilen ble gjort igjen i 1847 da han hevdet å ha oppdaget det såkalte Pelopium. [ 20 ] Dimitri Mendeleev spådde at grunnstoff 43 skulle være kjemisk lik mangan, og kalte det eka - mangan. [ 21 ]​ [ 22 ]

I 1877 rapporterte den russiske kjemikeren Serge Kern om oppdagelsen av grunnstoffet i en malm av platina. Kern kalte det davyo, etter den fremtredende engelske kjemikeren Sir Humphry Davy , men det ble bestemt at det faktisk var en blanding av iridium, rhodium og jern. En annen kandidat, gjedde, var neste i 1896, men det viste seg å være yttrium . Senere, i 1908, fant den japanske kjemikeren Masataka Ogawa bevis i en prøve av et mineral kalt Thoranite som så ut til å indikere tilstedeværelsen av element 43. Ogawa kalte det Niponium, til ære for Japan (Nippon på japansk). I 2004 gjennomgikk HK Yoshihara en kopi av røntgenspekteret til thorianittprøven der Ogawa fant Nipponium etset på en fotografisk plate bevart av den japanske kjemikerens familie. Spekteret ble omtolket og indikerte tilstedeværelsen av element 75 (rhenium), i stedet for element 43. [ 23 ]

De tyske kjemikerne Otto Berg , Walter Noddack og Ida Tacke (de to sistnevnte skulle senere gifte seg) rapporterte om oppdagelsen av grunnstoffene 75 og 43 i 1925, og ga sistnevnte navn med navnet masurium (etter Masuria , i øst fra Preussen , nå polsk territorium , regionen der Noddacks familie kom fra). [ 24 ] Gruppen av kjemikere bombarderte prøver av columbitte med en elektronstråle og utledet tilstedeværelsen av element 43 ved å undersøke røntgendiffraksjonsspektra . Bølgelengden til røntgenstråler er relatert til atomnummeret gjennom et uttrykk utledet av Henry Moseley i 1913. Teamet hevdet å ha oppdaget et svakt røntgensignal ved bølgelengden som tilsvarer element 43. Andre samtidige forskere har ikke vært i stand til å reprodusere dette eksperimentet, og faktisk ble det ansett som en feil i mange år. [ 25 ]​ [ 26 ]

I 1998 kjørte John T. Armstrong fra National Institute of Standards and Technology datasimuleringer av 1925-eksperimentene og oppnådde resultater som var svært like de som ble oppnådd av Noddacks team, og hevdet at de ble støttet av publisert arbeid av David Curtis fra Los Alamos Nasjonalt laboratorium for måling av den naturlige forekomsten av teknetium. [ 25 ] [ 27 ] Noddacks eksperimentelle resultater har imidlertid aldri blitt reprodusert, og han klarte aldri å isolere element 43. Ideen om at Noddack faktisk kunne ha fått teknetiumprøver ble foreslått av den belgiske fysikeren Pieter van asche . [ 28 ] Assche forsøkte å utføre en etterfølgende analyse av Noddacks data for å vise at deteksjonsgrensen for Noddacks analytiske metode kunne ha vært i størrelsesorden 1000 ganger lavere enn verdien foreslått i hans arbeider ( 10-9 ). [ 29 ] Disse verdiene ble brukt av Armstrong for å simulere det originale røntgenspekteret. Armstrong hevdet å ha oppnådd resultater som ligner det opprinnelige spekteret uten å referere til hvor de opprinnelige dataene ble publisert. På denne måten tilbød han overbevisende støtte for ideen om at Noddack faktisk identifiserte fisjon av masurium , basert på spektraldata. [ 30 ] Imidlertid viste Gunter Herrmann fra University of Mainz , etter nøye undersøkelser, at van Assches argumenter måtte utvikles ad hoc for å passe litt kraftfullt til de tidligere etablerte resultatene. Videre er det forventede 99 Tc-innholdet i en typisk bekblandingsprøve (50 % uran) ca. 10 -10 g (kg malm) -1 , og siden uran aldri oversteg 5 % (omtrent) i Noddack columbite-prøvene, mengden element 43 kunne ikke overstige 3·10 -11 μg·(kg malm) -1 . [ 31 ] ​[ 32 ]​ Det er klart at en så liten mengde ikke kunne veies, og heller ikke kunne man få røntgenspektrallinjer fra den som klart kunne skilles fra støy. Den eneste måten å oppdage deres tilstedeværelse er fra radioaktivitetsmålinger, en teknikk som Noddack ikke brukte, [ 32 ] men Segrè og Perrier gjorde det. [ 33 ]

Offisiell oppdagelse og påfølgende historie

Oppdagelsen av element 43 ble endelig bekreftet i et eksperiment i 1937 utført ved Universitetet i Palermo ( Sicilia ), av Carlo Perrier og Emilio Segrè . Sommeren 1936 besøkte Segrè og kona USA . De var først i New York , ved Columbia University , hvor Segrè hadde tilbrakt sommeren før, og deretter i Berkeley ved Ernest O. Lawrence Radiation Laboratory . Segrè overbeviste oppfinneren av syklotronen , Lawrence, om å gi ham noen av de kasserte delene av syklotronen som var blitt radioaktive. Tidlig i 1937 sendte Lawrence ham et ark med molybden som var en del av syklotronens deflektor. Segrè oppmuntret sin erfarne kollega Perrier til å hjelpe ham med å prøve å demonstrere ved komparativ kjemi at aktiviteten til molybden faktisk var forårsaket av et grunnstoff med Z = 43, et grunnstoff som ikke eksisterer i naturen på grunn av dets ustabilitet på grunn av kjernefysisk forfall. Med betydelige vanskeligheter klarte de å isolere tre distinkte forfallsperioder (90, 80 og 50 dager) tilsvarende 95 Tc og 97 Tc isotopene av technetium, navnet senere gitt av Perrier og Segrè til det første kjemiske elementet syntetisert av menneske. [ 34 ] ​[ 35 ]​ Universitetet i Palermo ønsket offisielt at elementet skulle få navnet panormium, siden det latinske navnet for Palermo er Panormus. I stedet for det navnet bestemte forskerne seg for å navngi det nye elementet ved å bruke det greske ordet technètos, som betyr "kunstig", ettersom det var det første kunstig produserte elementet. [ 24 ] Segrè returnerte til Berkeley og oppsøkte umiddelbart Glenn T. Seaborg . Der isolerte de isotopen 99mTc , som nå brukes i mer enn 10 000 000 diagnostiske medisinske prosedyrer i året.

I 1952 oppdaget astronomen Paul W. Merrill i California den spektrale signaturen til technetium (nærmere bestemt ved bølgelengder 403,1 nm, 423,8 nm, 426,8 nm og 429,7 nm) i lys som sendes ut av røde giganter av S-type . [ 12 ] nær slutten av livet deres var rike på dette kortvarige elementet, noe som betydde at kjernefysiske reaksjoner som fant sted i stjerner kunne generere det. Disse bevisene ble brukt for å støtte den ubeviste teorien om at nukleosyntese av tunge elementer forekommer i stjerner. [ 36 ] Nylig ga slike observasjoner bevis på at grunnstoffer ble dannet ved nøytronfangst i S-prosessen . [ 12 ]

Siden denne oppdagelsen har det blitt gjort forsøk på å søke etter naturlige kilder til teknetium i terrestriske materialer. I 1962 ble 99 Tc isolert og identifisert i en prøve av bekblende fra Belgisk Kongo , i svært lave konsentrasjoner (omtrent 0,2 ng·kg -1 ); [ 12 ] deres tilstedeværelse skyldtes den spontane fisjon av 238 U. Denne oppdagelsen ble gjort av BT Kenna og PK Kuroda. [ 37 ] Det er bevis på at betydelige mengder 99Tc har blitt produsert i Oklos naturlige fisjonsreaktoren , som forfalt til 99Ru . [ 35 ]

Overflod og innhenting

Naturlig avledet

Siden technetium er ustabilt, er det bare svært små spor i jordskorpen forårsaket av spontan fisjon av uran. I 1999 estimerte David Curtis ( se ovenfor ) at omtrent 1 ng ( 10-9 g) teknetium er inneholdt i et kilo uran. [ 38 ] Teknetium av utenomjordisk opprinnelse er funnet i røde kjempestjerner (type S, M og N) ved å analysere spekteret til lyset som sendes ut av dem. [ 35 ]

Biprodukt i kjernefysisk fisjonsavfall

Langlivede fisjonsprodukter
Fisjonsprodukter
Eiendom: t ½
Enhet: ( Ma )		 gjengi
(%)		 Q *
( KeV )		 β γ
*
99 CT 0,211 6,0507 294 β
126Sn _ 0,230 0,0236 4050 β γ
79 Det 0,295 0,0508 151 β
93zr _ 1,53 6.2956 91 βγ
135 C-er 23  6,3333 269 β
107 PS 6.5  0,1629 33 β
129 I 15.7  0,6576 194 βγ

I motsetning til den lave naturlige forekomsten, oppnås store mengder Tc- 99 hvert år fra brukte kjernebrenselstaver, som inneholder ulike fisjonsprodukter. Fisjonen av ett gram av isotopen 235U i atomreaktorer produserer 27 mg 99Tc , noe som gir et totalt teknetiumutbytte på 6,1 %. [ 39 ] Andre fissile isotoper gir også lignende utbytter. [ 12 ]

Det anslås at fra og med 1994 hadde rundt 78 tonn technetium blitt produsert i atomreaktorer, som er hovedkilden til dette grunnstoffet på jorden. [ 40 ] Imidlertid brukes bare en brøkdel av den totale teknetiumproduksjonen kommersielt. Siden 2005 har 99Tc vært tilgjengelig for de som har tillatelse fra kompetent myndighet for en omtrentlig pris på $83 per gram, pluss emballasjekostnader. [ 41 ]

Kjernefysisk fisjon av 235 U og 239 Pu etterlater et moderat utbytte av technetium ( 99 Tc), så dette elementet er tilstede i radioaktivt avfall fra fisjonsreaktorer, og produseres også etter detonering av en fisjonsbombe . Mengden av kunstig produsert teknetium i naturen overstiger langt mengden naturlig teknetium. Dette er på grunn av utslipp produsert i kjernefysiske tester utført i friluft, samt i prosesser for behandling av kjernefysisk avfall. Tc - 99 er hovedkomponenten i kjernefysisk avfall, delvis på grunn av dets relativt lange halveringstid. Dens oppløsning, målt i becquerel per mengde brukt brensel, når svært viktige verdier selv mellom 104 og 106 år etter generering av kjernefysisk avfall. [ 40 ]

Det er anslått at frem til 1994 har rundt 250 kg 99 Tc blitt sluppet ut i miljøet som et resultat av kjernefysisk testing. [ 40 ] Mengden Tc- 99 frigjort av kjernefysiske reaktorer frem til 1986 er beregnet til å være i størrelsesorden 1600 kg, hovedsakelig ved reprosessering av kjernebrensel ; det meste ble dumpet i havet. De siste årene har reprosesseringsmetodene blitt forbedret for å redusere utslippene, men siden 2005 er hovedkilden til utslipp av 99 Tc i naturen Sellafield-anlegget , som frigjorde rundt 900 kg mellom 1995 og 1999 ved Sea of ​​Ireland. Siden 2000 har mengden som slippes ut i miljøet vært regulert, og begrenset den til ca. 140 kg per år. [ 42 ]

Som et resultat av reprosessering av kjernebrensel har teknetium blitt sluppet ut i havet flere steder, og noen skalldyr inneholder små, men påvisbare mengder. For eksempel inneholder vestlig kumbrisk hummer små mengder av dette elementet. [ 43 ] Anaerobe bakterier av slekten Clostridium er i stand til å redusere Tc(VII) til Tc(IV). Disse bakteriene spiller en viktig rolle i reduksjonen av jern, mangan og uran, og modifiserer løseligheten til disse elementene i jordsmonn og sedimenter. Dens evne til å redusere teknetium kan i stor grad bestemme plasseringen av industriavfall. [ 44 ]

Den lange halveringstiden til 99 Tc og dens evne til å danne anioniske arter (sammen med 129 I ) er to viktige egenskaper å vurdere når det gjelder langtidslagring av høyradioaktivt atomavfall. I tillegg er mange av metodene designet for å fjerne fisjonsprodukter fra prosessstrømmer i prosessanlegget avhengig av fjerning av kationiske arter som cesium (f.eks. 137Cs ) og strontium (f.eks. 90Sr ). Når disse kationiske artene er fjernet, kan teknetiumet forbli i form av anionisk perteknetium. Dagens alternativer for lagring av atomavfall velger nedgraving i geologisk stabil bergart. Hovedrisikoen ved lagring er at avfallet sannsynligvis kommer i kontakt med vann, noe som kan føre til miljøspredning av radioaktiv forurensning. Anionisk perteknetat og jodid er vanskeligere å adsorbere på mineraloverflater og har dermed mye større mobilitet.

Til sammenligning har plutonium, uran og cesium en mye større evne til å binde seg til jordpartikler. Av denne grunn er miljøkjemien til technetium et aktivt forskningsområde. En alternativ metode for avfallslagring, transmutasjon , ble utført ved CERN for 99 Tc. I denne transmutasjonsprosessen blir teknetium ( 99 Tc som "mål") bombardert med nøytroner som danner isotopen 100 Tc (halveringstid = 16 s) som gjennomgår beta-nedbrytning til rutenium ( 100 Ru). En ulempe med denne prosessen er behovet for å ha et teknetium med svært høy renhet som mål. Mens tilstedeværelsen av spor av andre fisjonsprodukter er i stand til å øke aktiviteten til det bestrålte målet litt, hvis nevnte spor er av mindre aktinider (som americium og curium ) vil det finne sted en fisjonsprosess som vil opphave de tilsvarende fisjonsproduktene . Således fører tilstedeværelsen av en liten mengde mindre aktinider til et meget høyt nivå av radioaktivitet i det bestrålte målet. Dannelsen av 106 Ru (halveringstid: 374 dager) fra fisjonen er i stand til å øke aktiviteten til det endelige metalliske rutheniumet, som da vil kreve lang avkjølingstid etter bestråling for å kunne brukes.

Selve produksjonen av Tc- 99 fra brukt kjernebrensel er en langvarig prosess. Under reprosessering av drivstoff oppstår Tc - 99 i avfallsvæsken, som er svært radioaktiv. Etter flere års lagring avtar radioaktiviteten til et punkt hvor utvinning av langlivede isotoper, inkludert 99Tc , er mulig. Tallrike kjemiske ekstraksjonsprosesser brukes for å oppnå svært ren metallisk 99Tc . [ 12 ]

Nøytronaktivering av molybden eller andre rene grunnstoffer

Den metastabile isotopen (kjernen er i en eksitert tilstand) 99m Tc genereres som et produkt av spaltningen av uran eller plutonium i atomreaktorer. Siden brukt kjernebrensel tillates lagret i årevis før det reprosesseres, vil all 99Mo og 99mTc ha forfalt når disse fisjonsproduktene skilles fra de andre aktinidene i konvensjonell kjernefysisk reprosessering. PUREX - raffinat vil inneholde en høy konsentrasjon av teknetium i form av TcO 4 - , hoveddelen er 99 Tc. Det store flertallet av 99m Tc brukt til medisinske formål stammer fra 99 Mo som er skapt fra nøytronaktivering av 98 Mo. 99 Mo har en halveringstid på 67 timer, og 99m Tc (med en halveringstid på kun 6 timer) stammer fra kontinuerlig fra forfallet. [ 45 ] Sykehus ekstraherer deretter teknetiumet kjemisk fra løsningen ved hjelp av en 99m Tc-generator.

Den vanligste teknetiumgeneratoren er en aluminakolonne som inneholder 98 Mo; i den grad aluminium har et lite nøytronfangst-tverrsnitt, er det praktisk for en aluminiumoksydkolonne å inneholde inaktiv 98 Mo som skal bestråles med nøytroner, noe som gir opphav til en radioaktiv 99 Mo-kolonne for teknetiumgeneratoren. [ 46 ] Ved å jobbe på denne måten er det ikke behov for kompliserte kjemiske prosedyrer som vil kreve å separere molybden fra fisjonsproduktblandingen. Denne alternative metoden krever at et anriket uranmål bestråles med nøytroner for å danne 99 Mo som et fisjonsprodukt som deretter separeres. [ 47 ]

Andre isotoper av technetium finnes, men oppnås ikke i betydelige mengder ved fisjon; når det er nødvendig, oppnås de ved nøytronbestråling av isotoper av samme familie (for eksempel kan 97 Tc lages ved nøytronbestråling av 96 Ru).

Teknetium er ett av de to grunnstoffene, innenfor de første 82, som ikke har stabile isotoper (faktisk er det grunnstoffet med lavest atomnummer som utelukkende er radioaktivt); det andre grunnstoffet er promethium . [ 48 ] ​​De mest stabile radioisotopene av technetium er 98Tc (halveringstid: 4,2 millioner år), 97Tc (halveringstid: 2,6 millioner år) og 99Tc (halveringstid: 211,1 tusen år). [ 49 ]

Tjueto andre radioisotoper med atommasser fra 87.933 u ( 88 Tc) til 112.931 u ( 113 Tc) er blitt karakterisert. De fleste av halveringstidene deres er mindre enn én time; unntakene er 93Tc (halveringstid: 2,75 timer), 94Tc (halveringstid: 4,883 timer), 95Tc ( halveringstid: 20 timer) og 96Tc (halveringstid: 4,28 dager). [ 49 ]

Technetium har også en rekke meta-tilstander. 97m Tc er den mest stabile, med en halveringstid på 90,1 dager (0,097 eV). Den etterfølges av 95m Tc (halveringstid: 61 dager, 0,038 eV), 99m Tc (halveringstid: 6,01 timer, 0,143 eV). 99m Tc sender bare ut gammastråler, og avtar til 99 Tc. [ 49 ]

For isotoper som er lettere enn 98Tc-isotopen , er den primære nedbrytningsmetoden elektronfangst, som gir molybden. For de tyngre isotopene er den primære modusen beta-utslipp, som gir opphav til ruthenium, med unntak av 100 Tc, som kan forfalle ved både beta-utslipp og elektronfangst. [ 49 ]​ [ 50 ]

99 Tc er den vanligste isotopen og den enkleste å få tak i, siden den er hovedproduktet av fisjon av 235 U. Ett gram 99 Tc produserer 6,2 10 8 desintegrasjoner per sekund (det vil si 0,62 GBq ). g -1 ) . [ 51 ]

Teknetium og promethium er ukonvensjonelle lette grunnstoffer, siden de ikke har stabile isotoper. Årsaken til dette faktum er noe komplisert. Ved å bruke væskedråpemodellen for atomkjerner kan man få en semi-empirisk formel for bindingsenergien til en kjerne. Denne formelen forutsier en "dal av beta-stabilitet" samt hvilke nuklider som ikke gjennomgår beta-forfall. Nuklidene som overskrider dalens grenser har en tendens til å forfalle med beta-utslipp, på vei mot sentrum av dalen (avgir et elektron, et positron eller fanger opp et elektron). For et fast antall A-nukleoner er bindingsenergiene beskrevet av en eller flere paraboler , med den mest stabile nukliden nederst. Det kan være mer enn én parabel fordi isotoper med et partall antall protoner og et partall antall nøytroner er mer stabile enn isotoper med et oddetall av nøytroner og et partall antall protoner. En enkelt beta-utslipp forvandler dermed en nuklid av den ene typen til en nuklid av den andre typen. Når det bare er én parabel, kan det bare være én stabil isotop hvis energi beskrives av den. Når det er to parabler, det vil si når antallet nukleoner er partall, kan det skje (sjelden) at det er en stabil kjerne med et oddetall nøytroner og et oddetall protoner (selv om dette bare skjer i fire tilfeller) . Men hvis dette skjer, kan det ikke være stabile isotoper med et likt antall nøytroner og et likt antall protoner.

For technetium (Z=43) er betastabilitetsdalen sentrert rundt 98 nukleoner. For hvert antall nukleoner fra 95 til 102 er det imidlertid allerede minst én stabil nuklid for både molybden (Z=42) og rutenium (Z=44). For isotoper med et oddetall nukleoner utelukker dette umiddelbart muligheten for en stabil isotop av technetium, siden det bare kan være én stabil nuklid med et fast oddetall nukleoner. For isotoper med et partall nukleoner, siden technetium har et oddetall protoner, må enhver isotop også ha et oddetall av nøytroner. I dette tilfellet gjør tilstedeværelsen av en stabil nuklid med samme antall nukleoner og et jevnt antall protoner det umulig for kjernen å være stabil. [ 52 ]

Referanser

Siterte verk

Publikasjoner Bord

Notater

  1. ^ "Metaller, ikke-metaller og metalloider" . Autonome universitetet i Madrid. Arkivert fra originalen 22. april 2014 . Hentet 6. mai 2014 . 
  2. ^ "Technetium: data for technetium(V)fluoridforbindelser " . WebElements.com . Hentet 22. februar 2008 . 
  3. ^ "Technetium: data om technetium(IV) fluoridforbindelser " . WebElements.com . Hentet 22. februar 2008 . 
  4. ^ "Technetium: data om technetium(III)fluoridforbindelser " . WebElements.com. Arkivert fra originalen 6. mars 2008 . Hentet 22. februar 2008 . 
  5. ^ "Technetium: data om technetium(I)fluoridforbindelser " . WebElements.com. Arkivert fra originalen 3. februar 2008 . Hentet 15. februar 2008 . 
  6. ↑ Besing, AS og Wieckowski, A. "Ion Adsorption Studies On Aluminium" (PDF ) . Institutt for kjemi og Frederick Seitz Materials Research Laboratory, University of Illinois, Urbana, IL 61801 . Hentet 22. februar 2008 . 
  7. ^ "Technetium" . Elementenes periodiske system . Los Alamos nasjonale laboratorium, kjemiavdelingen. 2003.s. paragraf 3. Arkivert fra originalen 2008-04-14 . Hentet 22. februar 2008 . 
  8. ↑ The Encyclopedia of the Chemical Elements , side 691, "Chemical Properties", avsnitt 1
  9. ↑ Encyclopedia of the Chemical Elements , side 692, "Analytiske metoder for bestemmelse", avsnitt 1
  10. ↑ The CRC Handbook, 85. utgave, Line Spectra of the Elements
  11. ↑ Encyclopedia of the Chemical Elements , side 691, avsnitt 1
  12. ↑ a b c d e f g h i j k l Schwochau, Technetium
  13. ↑ Teknetium som materiale for AC-superledningsapplikasjoner
  14. ↑ Erstatning Nuclear Research Reactor- Environmental Impact Statement , ANSTO (Australian Nuclear Science and Technology Organisation) og PPK miljøkonsulenter, side 6-9, "A. Produksjon av medisinsk radiofarmaka", "For tiden bruker rundt 80 prosent av alle nukleærmedisinske prosedyrer radioisotop technetium-99m..."
  15. ↑ Referanse for alt relatert til medisinsk bruk av 99m Tc, bortsett fra hvor andre referanser er spesifisert: Nature's Building Blocks , side 423, "Medical Element", avsnitt 2–4
  16. ↑ The Encyclopedia of the Chemical Elements , side 693, "Applications", avsnitt 3 og Guide to the Elements , side 123, avsnitt 3
  17. ↑ Nature's Building Blocks , side 423, "Medical Element", avsnitt 2
  18. ↑ a b Technetium hjerteskanning
  19. ↑ Encyclopedia of the Chemical Elements , side 693, "Applikasjoner", avsnitt 3
  20. ↑ Historie om opprinnelsen til de kjemiske elementene og deres oppdagere , individuelle elementnavn og historie, "Technetium"
  21. ↑ Fersman, A. "Kapittel 6: Mendeleevs periodiske system av grunnstoffer i dag" . Fritidsgeokjemi . Hentet 22. februar 2008 . 
  22. ↑ Recio Miñarro, Joaquín. «Technetium» . Nettkjemi . Hentet 22. februar 2008 . 
  23. ↑ YOSHIHARA, HK (2004). "Oppdagelse av et nytt element 'nipponium': re-evaluering av banebrytende verk av Masataka Ogawa og hans sønn Eijiro Ogawa". Atomspektroskopi (Spectrochim. acta, del B) . vol. 59 (nr. 8): s. 1305-1310.  
  24. ↑ a b Elentymolgy and Elements Multidict, "Technetium"
  25. ^ a b Armstrong, John T. (2003). «Technetium» . Kjemi- og ingeniørnyheter . Hentet 22. februar 2008 . 
  26. ↑ Nies, Kevin A. (2001). Ida Tacke og krigføringen bak oppdagelsen av fisjon . Hentet 22. februar 2008 . 
  27. ^ Armstrong, John T. (2003). «Technetium» . Kjemi- og ingeniørnyheter . Hentet 22. februar 2008 . "Ved å bruke førsteprinsippsalgoritmer for generering av røntgenstrålingsspektraler utviklet ved NIST, har jeg simulert røntgenspekteret som kan forventes fra de første Van Assche-estimatene for gjenværende Noddack-sammensetninger. De første resultatene var overraskende nær det publiserte spekteret! I løpet av de neste to årene foredlet vi rekonstruksjonen av deres analytiske metoder og kjørte mer sofistikerte simuleringer. Overensstemmelsen mellom de simulerte og observerte spektrene ble kraftig forbedret. Vårt estimat av mengden av element 43 som kreves for å generere spekteret er ganske likt direkte målinger av den naturlige forekomsten av technetium i uranmalm publisert i 1999 av Dave Curtis og kolleger ved Los Alamos. Vi kan ikke finne noen plausibel forklaring på Noddack-dataene annet enn at de faktisk oppdaget fisjon av masurium . » 
  28. ↑ van Assche, PHM Nucl. Phys. 1988, A480, 205-214
  29. ↑ Noddack, W.; Tacke, I.; Berg, O. Naturwissenhaften 1925, 13, 567-574
  30. ↑ Armstrong, JT Chem. Eng. News 2003, 81 (36), 110
  31. ↑ Kenna, B.T.; Kuroda, PK J. Inorg. Nucl. Chem. , 1961, 23, 142-144
  32. ^ a b Habashi, F. Ida Noddack (1896-1978). Personlige erindringer i anledning 80-årsjubileet for oppdagelsen av Rhenium ; Laval University: Quebec City, Canada, 2005, s 59
  33. ↑ Zingales, Roberto (februar 2006). "Historien om element 43 - Technetium" (PDF) . Journal of Chemical Education bind 83, nr. 2 . Hentet 22. februar 2008 . 
  34. ^ Emsley, John (2001). «Technetium» . Naturens byggeklosser: En A-Z guide til elementene . Oxford University Press . s. 424 . Hentet 22. februar 2008 . 
  35. ↑ abc " Technetium " . Elementenes periodiske system . Los Alamos nasjonale laboratorium, kjemiavdelingen. 2003.s. paragraf 1. Arkivert fra originalen 2008-04-14 . Hentet 22. februar 2008 . 
  36. ↑ Naturens byggesteiner , side 422, "Kosmisk element", avsnitt 1
  37. ^ "Technetium" . Elementenes periodiske system . Los Alamos nasjonale laboratorium, kjemiavdelingen. 2003. Arkivert fra originalen 2008-04-14 . Hentet 22. februar 2008 . 
  38. ↑ Naturens byggeklosser , side 423, "Element of History", avsnitt 2
  39. ↑ Encyclopedia of the Chemical Elements , side 690, "Sources of Technetium", avsnitt 1
  40. ↑ abc Emner i gjeldende kjemi, vol 176, "Technetium in the environment"
  41. ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85. utgave, The Elements
  42. ↑ Technetium-99-oppførsel i det terrestriske miljøet
  43. ↑ Tarmoverføring og doser fra miljøtechnetium
  44. ^ Arokiasamy J. Francis, Cleveland J. Dodge, GE Meinken (september 2002). "Biotransformasjon av pertechnetat av Clostridia" (PDF) . Radiochimica Acta 90 (på engelsk) . s. 791-797 . Hentet 2008-02-22 (påmelding nødvendig) .   ( brutt lenke tilgjengelig på Internet Archive ; se historikk , første og siste versjon ).
  45. ↑ Naturens byggesteiner , side 423, avsnitt 2
  46. ↑ Den radiokjemiske manualen
  47. ↑ Snelgrove, JL; et al. (nitten nitti fem). "Utvikling og behandling av LEU-mål for Mo-99-produksjon " . Hentet 22. februar 2008 . 
  48. ^ "Technetium" . Elementenes periodiske system . Los Alamos nasjonale laboratorium, kjemiavdelingen. 2003.s. paragraf 2. Arkivert fra originalen 2008-04-14 . Hentet 22. februar 2008 . 
  49. ↑ a b c d EnvironmentalChemistry.com, "Technetium", nuklider/isotoper
  50. ↑ CRC Handbook, 85. utgave, tabell over isotopene
  51. ↑ The Encyclopedia of the Chemical Elements , side 693, "Toksikologi", avsnitt 2
  52. ↑ RADIOKJEMI og atomkjemi

Eksterne lenker