Технеций
Техне́ций (химический символ — Tc, от лат. Technetium) — химический элемент 7-й группы (по устаревшей классификации — седьмой группы побочной подгруппы, VIIB), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 43.
| Технеций | ||||
|---|---|---|---|---|
| ← Молибден | Рутений → | ||||
| ||||
| Внешний вид простого вещества | ||||
 Образцы элементарного технеция |
||||
| Свойства атома | ||||
| Название, символ, номер | Техне́ций / Technetium (Tc), 43 | |||
| Группа, период, блок |
7 (устар. 7), 5, d-элемент |
|||
| Атомная масса (молярная масса) |
97,9072 а. е. м. (г/моль) | |||
| Электронная конфигурация | [Kr] 4d55s2 | |||
| Радиус атома | 136 пм | |||
| Химические свойства | ||||
| Ковалентный радиус | 127 пм | |||
| Радиус иона | (+7e)56 пм | |||
| Электроотрицательность | 1,9 (шкала Полинга) | |||
| Электродный потенциал | 0 | |||
| Степени окисления | −1, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7 | |||
| Энергия ионизации (первый электрон) |
702,2 (7,28) кДж/моль (эВ) | |||
| Термодинамические свойства простого вещества | ||||
| Плотность (при н. у.) | 11,5[1] г/см³ | |||
| Температура плавления | 2430 K (2157 °C, 3915 °F)[1] | |||
| Температура кипения | 4538 K (4265 °C (7709 °F)[1] | |||
| Уд. теплота плавления | 23,8 кДж/моль | |||
| Уд. теплота испарения | 585 кДж/моль | |||
| Молярная теплоёмкость | 24 Дж/(K·моль) | |||
| Молярный объём | 8,5 см³/моль | |||
| Кристаллическая решётка простого вещества | ||||
| Структура решётки | Гексагональная | |||
| Параметры решётки | a=2,737 c=4,391 Å | |||
| Отношение c/a | 1,602 | |||
| Температура Дебая | 453 K | |||
| Прочие характеристики | ||||
| Теплопроводность | (300 K) 50,6 Вт/(м·К) | |||
| Номер CAS | 7440-26-8 | |||
| 43 | Технеций |
| 4d65s1 | |
Простое вещество технеций — радиоактивный переходный металл серебристо-серого цвета. Самый лёгкий элемент, не имеющий стабильных изотопов. [2] [3]Первый из синтезированных химических элементов.
Только около 18 000 тонн естественно образовавшегося технеция могло быть найдено в любой момент времени в земной коре до начала ядерной эры. Природный технеций является продуктом самопроизвольного деления урановой руды и ториевой руды или продуктом захвата нейтронов в молибденовых рудах. Наиболее распространенным природным изотопом является 99Tc. Весь остальной технеций на Земле произведен синтетически как продукт деления урана-235 и других делящихся ядер в ядерных реакторах всех типов (энергетических, военных, исследовательских, пропульсационных и т.п.) и в случае переработки отработанного ядерного топлива извлекается из ядерных топливных стержней. Либо, при отсутствии переработки, обеспечивает их остаточную радиоактивность 2 млн и более лет.
История
Поиски элемента 43
С 1860-х по 1871 год ранние формы периодической таблицы, предложенные Дмитрием Менделеевым, содержали разрыв между молибденом (элемент 42) и рутением (элемент 44). В 1871 году Менделеев предсказал, что этот недостающий элемент займет пустующее место под марганцем и будет иметь аналогичные химические свойства. Менделеев дал ему предварительное название «экамарганец», потому что предсказанный элемент был на одно место ниже известного элемента марганец.
C развитием ядерной физики стало понятно, почему технеций никак не удаётся обнаружить в природе: в соответствии с правилом Маттауха-Щукарева этот элемент не имеет стабильных изотопов. Технеций был синтезирован из молибденовой мишени, облучённой на ускорителе-циклотроне ядрами дейтерия в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли в США, а затем был обнаружен в Палермо в Италии: 13 июня 1937 года датируется заметка итальянских исследователей К. Перрье и Э. Сегре в журнале «Nature», в которой указано, что в этой мишени содержится элемент с атомным номером 43[4]. Название «технеций» новому элементу было предложено первооткрывателями в 1947 году[5][6]. До 1947 года помимо предложенного Д. И. Менделеевым названия «эка-марганец» (т.е., «подобный марганцу») применялось также название «мазурий» (лат. Masurium, обозначение - Ma)[7].
В 1952 году Пол Меррилл открыл набор линий поглощения (403,1 нм, 423,8 нм, 426,2 нм, и 429,7 нм), соответствующий технецию (точнее, изотопу 98Tc[8]), в спектрах некоторых звёзд S-типа, в частности, хи Лебедя, AA Лебедя, R Андромеды, R Гидры, омикроне Кита и особенно интенсивные линии — у звезды R Близнецов[9], это означало, что технеций присутствует в их атмосферах, и явилось доказательством происходящего в звёздах ядерного синтеза[10], ныне подобные звёзды называются технециевыми звёздами.
Происхождение названия
От др.-греч. τεχνητός — искусственный, отражая пионерское открытие элемента путём синтеза.
Нахождение в природе
На Земле встречается в следовых количествах в урановых рудах, 5⋅10−10 г на 1 кг урана.
Методами спектроскопии выявлено содержание технеция в спектрах некоторых звёзд созвездий Андромеды и Кита (технециевые звезды).
Физические и химические свойства
Полная электронная конфигурация атома технеция: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d55s2
Технеций — радиоактивный переходный металл . В компактном виде он - металл серебристо-серого цвета с гексагональной решёткой (a = 2,737 Å, с = 4,391 Å), тогда как нанодисперсный металл, образующийся при восстановлении на высокодисперсном носителе [11] или при электролитическом осаждении на поверхности фольги имеет кубическую решетку [12] (a = 3.7 - 3.9 Å) . По химическим свойствам технеций близок к марганцу и рению, в соединениях проявляет степени окисления от −1 до +7. При взаимодействии с кислородом образует оксиды Tc2O7 и TcO2, с хлором и фтором — галогениды TcX6, TcX5, TcX4, с серой — сульфиды TcS2 и [Tc3(μ3-S)(μ2-S2)3(S2)(3n –1)/n)]n , тогда как Tc2S7 в чистом виде не существует . Технеций входит в состав координационных и элементоорганических соединений. В ряду напряжений технеций стоит правее водорода, между медью и рутением. Он не реагирует с соляной, но легко растворяется в азотной и серной кислотах.
Получение
Технеций получают из радиоактивных отходов химическим способом; для его выделения используются химические процессы со множеством трудоёмких операций, большим количеством реагентов и отходов. В России первый технеций был получен в работах Анны Федоровны Кузиной совместно с работниками ПО «Маяк»[13]. Основные тенденции обращения с технецием даны в стр.26.
Кроме урана-235, технеций образуется при делении нуклидов 232Th, 233U, 238U, 239Pu. Суммарное накопление во всех действующих на Земле реакторах за год составляет более 10 тонн[14].
Изотопы
Радиоактивные свойства некоторых изотопов технеция[15]:
| Изотоп (m - изомер) | Период полураспада | Тип распада |
|---|---|---|
| 92 | 4,3 мин | β+, электронный захват |
| 93m | 43,5 мин | Электронный захват (18%), изомерный переход (82%) |
| 93 | 2,7 ч | Электронный захват (85%), β+ (15%) |
| 94m | 52,5 мин | Электронный захват (21%), изомерный переход (24%), β+ (55%) |
| 94 | 4,9 ч | β+ (7%), электронный захват (93%) |
| 95m | 60 сут | Электронный захват, изомерный переход (4%), β+ |
| 95 | 20 час | Электронный захват |
| 96m | 52 мин | Изомерный переход |
| 96 | 4,3 сут | Электронный захват |
| 97m | 90,5 сут | Изомерный переход |
| 97 | 4,21⋅106 лет | Электронный захват |
| 98 | 4,2⋅106 лет | β− |
| 99m | 6,04 ч | Изомерный переход |
| 99 | 2,111⋅105 лет | β− |
| 100 | 15,8 с | β− |
| 101 | 14,3 мин | β− |
| 102 | 4,5 мин / 5 с | β− / γ/β− |
| 103 | 50 с | β− |
| 104 | 18 мин | β− |
| 105 | 7,8 мин | β− |
| 106 | 37 с | β− |
| 107 | 29 с | β− |
Применение
Широко используется в ядерной медицине для исследований мозга, сердца, щитовидной железы, лёгких, печени, жёлчного пузыря, почек, костей скелета, крови, а также для диагностики опухолей[16].
Пертехнетаты (соли технециевой кислоты HTcO4) обладают антикоррозионными свойствами, так как ион TcO4−, в отличие от ионов MnO4− и ReO4−, является самым эффективным ингибитором коррозии для железа и стали.
Технеций может быть использован, как ресурс для получения рутения, если после выделения из ОЯТ его подвергнуть ядерной трансмутации [Russian Journal of Inorganic Chemistry, Vol. 47, No. 5, 2002, pp. 637–642].[17]
Биологическая роль
Как элемент, практически отсутствующий на Земле, технеций не играет естественной биологической роли.
С химической точки зрения технеций и его соединения малотоксичны. Опасность технеция вызывается его радиотоксичностью.
Технеций при введении в организм распределяется по разному, в зависимости от химической формы, в которой он вводится. Возможна адресная доставка технеция в один конкретный орган при использовании специальных радиофармпрепаратов. Это является основой его широчайшего применения в радиодиагностике - ядерной медицине.
Простейшая форма технеция - пертехнетат- при введении попадает почти во все органы, но в основном задерживается в желудке и щитовидной железе. Поражения органов из-за его мягкого β-излучения с дозой до 0,000001 Р/(ч·мг) никогда не наблюдалось.
При работе с технецием используются вытяжные шкафы с защитой от его β-излучения или герметичные боксы.
Примечания
- Technetium: physical properties (англ.). WebElements. Дата обращения: 16 августа 2013.
- К.Э. Герман. [200 тысяч лет тому вперёд. В чём уникальность технеция и почему он так важен для ядерной медицины и атомной энергетики? 200000 years ahead. What is unique about technetium and why is it so important for nuclear medicine and nuclear energy] (рус.) // Вестник РОСАТОМА : журнал. — 2019. — 10 июня (т. 5, № 5). — С. 26-39.
- Герман. 200000 лет тому вперед. текст (рус.) ?. researchgate. РОСАТОМ (2019).
- Perrier C., Segrè E. Radioactive Isotopes of Element 43 (англ.) // Nature. — 1937. — Vol. 140. — P. 193—194. — doi:10.1038/140193b0.
- Трифонов Д. Н. От элемента 43 до антипротона // Химия. — 2005. — № 19.
- Perrier C., Segrè E. Technetium: The Element of Atomic Number 43 (англ.) // Nature. — 1947. — Vol. 159, no. 4027. — P. 24. — doi:10.1038/159024a0. — . — PMID 20279068.
- Химия // 1941 год. Календарь-справочник / Сост. Е. Лихтенштейн. — М.: ОГИЗ - Государственное социально-экономическое издательство, 1941. — С. 299—303.
- Shaviv G. The Synthesis of the Elements: The Astrophysical Quest for Nucleosynthesis and What It Can Tell Us About the Universe (англ.). — Springer, 2012. — P. 266.
- Paul W. Merrill. Spectroscopic Observations of Stars of Class S (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 1952. — Vol. 116. — P. 21—26. — doi:10.1086/145589. — .
- Технеций // Энциклопедический словарь юного химика. 2-е изд. / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — М.: Педагогика, 1990. — С. 241—242. — ISBN 5-7155-0292-6.
- V. P. Tarasov, Yu. B. Muravlev, K. E. German & N. N. Popova. 99Tc NMR of Supported Technetium Nanoparticles (англ.) // Doklady Physical Chemistry : статья. — 2001. — 15 March (vol. 377, no. 3). — P. 71 - 76.
- V.V.Kuznetsov, M.A.Volkov, K.E.German, E.A.Filatova, O.A.Belyakov, A.L.Trigub. Electroreduction of pertechnetate ions in concentrated acetate solutions (англ.) // Journal of Electroanalytical Chemistry : статья. — 2020. — 15 July (vol. 869).
- (PDF) Proceedings and selected lectures of the 10th International Symposium on Technetium and Rhenium – Science and Utilization, October 3-6, 2018 - Moscow – Russia, Eds: K. German, X. Gaona, M. Ozawa, Ya. Obruchnikova, E. Johnstone, A. Maruk, M. Chotkowski, I. Troshkina, A. Safonov. Moscow: Publishing House Granica, 2018, 525 p. ISBN 978-5-9933-0132-7 (англ.). ResearchGate. Дата обращения: 21 января 2019.
- Трошкина И.Д., Озава М., Герман К.Э. Развитие химии технеция // глава в сборнике "Редкие элементы в ядерном топливном цикле" стр. 39-54. Москва, Издательство РХТУ им. Д.И. Менделеева
- NuDat 2.8. National Nuclear Data Center. Дата обращения: 7 декабря 2020.
- И. А. Леенсон. Технеций: что нового. «Химия и жизнь — XXI век», 2008, № 12
- V. F. Peretrukhin, S. I. Rovnyi, V. V. Ershov, K. E. German, and A. A. Kozar. Preparation of technetium metal for transmutation into ruthenium (англ.) ?. researchgate.net. МАИК (май 2002).
Ссылки
- Технеций в Популярной библиотеке химических элементов
- Российский коллектив химиков разработал эффективный электрохимический метод синтеза технеция // RT, 30 июля 2020