Technetium: de eerste kunstmatige element die miljoenen levens heeft gered

In de periodieke tabel van Dmitri Ivanovich Mendeleev bevindt zich een cel met nummer 43. Tijdens lange tijd bleef deze cel leeg. Zijn bewoner gaf zich niet over aan chemiciën van de 19e eeuw, die zich verzetten tegen de meest vastberaden jagers op elementen. Maar bleek dat het niet om de complexiteit van de isolatie ging, maar om de natuur van dit stof: het kon gewoon niet overleven op aarde sinds de vorming ervan. Vandaag de dag kennen we dit element als technetium - het eerste element dat kunstmatig is gecreëerd, en tegelijkertijd een element dat dagelijks duizenden levens redt in ziekenhuizen over de hele wereld.

Technetium is het enige element lichter dan lood dat geen stabiele isotopen heeft. Zijn plek in de tabel is een triomf van de voorspellende kracht van de wetenschap en tegelijkertijd een monument aan de menselijke creativiteit.

43e element: de voorspelling van Mendeleev

In 1869, toen Dmitri Ivanovich Mendeleev zijn periodieke tabel aan de wereld voorstelde, bevatten deze 63 elementen en enkele lege plekken. Hij liet niet alleen gaten achter - hij voorspelde ook eigenschappen van nog niet ontdekte stoffen. Voor het element met nummer 43, dat zich onder mangaan bevond in de zevende groep, voorspelde de wetenschapper eigenschappen, noemde het 'eka-mangaan' (van Sanskriet 'eka' - een).

In de volgende decennia zochten chemiciën naar het ontbrekende element in mangaanerts, mineralen en complexe resten van chemische producties. Er waren ook grote verklaringen over de ontdekking: het element werd 'ilmium', 'nipponium', 'lurium' genoemd. Echter, niets van hen werd bevestigd. Vandaag de dag weten we waarom: technetium is radioactief en zijn langlevende isotopen met een halveringstijd van ongeveer 4 miljoen jaar zijn al lang verdwenen uit de aardkorst sinds de vorming ervan.

Waarom 'technetium'? De kunstmatige oorsprong van de naam

Het naam van het element komt van het Griekse woord 'τεχνητός' (technetos), wat 'kunstmatig' betekent. De naam bleek dubbel voorspellend: technetium werd het eerste chemische element dat kunstmatig werd verkregen, niet uit natuurlijke grondstoffen.

De geschiedenis van de ontdekking: de molibdenen plaat uit Berkeley

In 1937 werkte de Italiaanse fysicus Emilio Segrè in de Verenigde Staten, in de laboratorium van Ernest Lawrence - de uitvinder van de cyclotron. Segrè merkte de vreemde radioactiviteit van een van de afgebrachte onderdelen van het versneller - de molibdenen folie, die diende als doelwit voor de deuteronen.

De wetenschapper vermoedde dat een nieuw element met nummer 43 werd gevormd in het molibddeen (atoomnummer 42) als gevolg van nucleaire reacties. Hij nam de folie mee naar Palermo, waar hij samen met mineraloog Carlo Perrin een reeks complexe chemische operaties uitvoerde. Ze slaagden erin om een nieuwe radioactieve stof te isoleren in zeer kleine, maar zuivere hoeveelheden.

Fundamentele kenmerken: de lichtste zonder stabiele isotopen

Technetium is het lichtste element in het periodiek systeem zonder enige stabiele isotopen. Zijn 'langlevende' vormen: Tc-97 (halveringstijd 2,6 miljoen jaar), Tc-98 (4,2 miljoen jaar) en de meest beschikbare isotoop - Tc-99 (halveringstijd 211 000 jaar).

Desalniettemin bestaat natuurlijke technetium op aarde. In geringe, sporenhoeveelheden (ongeveer 1 nanogram per ton uuraanslag) wordt het gevormd in het proces van spontane splitsing van uranium-235. Op elk moment bevinden zich ongeveer 18.000 ton technetium in de aardkorst - maar deze metaal 'oplos zich' in enorme hoeveelheden gesteente.

Onverwachte eigenschappen: van supergeleiding tot chemische kwaadaardigheid

Fysieke eigenschappen. Technetium is een zilvergrijze overgangsmetaal. Zijn kristalstructuur bij standaard omstandigheden is hexagonaal, hij is buigzaam en rekbaar. Opmerkelijk genoeg wordt technetium bij lage temperaturen een supergeleider.

Chemische veelzijdigheid. Voor technetium zijn oxidatietekens van −1 tot +7 kenmerkend, terwijl de meest stabiele vorm het zevendwaardige technetium (Tc⁷⁺) is. Ondanks dit vergelijken chemiciën het vaak met rhenium. Deze veelzijdigheid veroorzaakt ernstige problemen bij de verwerking van afvalbrandstof van nucleaire energie: onvoorspelbare oxidatie-reductier反acties met betrokkenheid van technetium vergemakkelijken het proces van scheiding van uranium en plutonium.

Hoofdtoepassing vandaag: nucleaire geneeskunde en technetium-99m

Tegenwoordig wordt een groot deel van het technetium uit afval van de nucleaire industrie gewonnen - uit afgebrande brandstofstaven van nucleaire reactoren. De uitkomst van het isotoop Tc-99 bij de splitsing van uranium-235 bedraagt ongeveer 6%. Maar in het middelpunt van de aandacht is niet de langlevende Tc-99, maar zijn kortelevend nucleair isomeer - Tc-99m (m betekent metastabiel, nucleair opgewonden toestand) met een halveringstijd van slechts 6 uur.

Deze isotoop is een van de hoekstenen van moderne nucleaire geneeskunde. Op basis hiervan worden radiofarmaceutische preparaten geproduceerd voor de diagnose van kankertumoren, de evaluatie van de bloedstroom in het hart en het onderzoek van de functies van vele interne organen. Het mechanisme is als volgt: Tc-99m straalt gammastralen uit die gemakkelijk kunnen worden geregistreerd met speciale camera's. Het isotoop wordt in het lichaam ingebracht (vaak in een gebonden vorm met moleculen die tropisch zijn voor bepaalde weefsels) en geeft een signaal dat artsen toestaat om een tumor, ontsteking of een gebied van ischämie van het hartweefsel 'te zien'.

De korte halveringstijd van het radio-isotoop maakt het mogelijk om een nauwkeurig beeld te krijgen en het stof snel uit het lichaam te verwijderen, waardoor de stralingsbelasting minimaal blijft. Elke jaar worden er over de hele wereld meer dan 20 miljoen diagnostische procedures uitgevoerd met behulp van technetium-99m. In Rusland worden generatoren van technetium-99m geproduceerd door bedrijven van de wetenschappelijke divisie 'Rosatom'.

Gevaar en ecologie: langlevend afval

De langlevende technetium-99 (T_1/2 = 211.000 jaar) vormt een ernstige ecologische bedreiging. Zijn gehalte in afvalbrandstof van nucleaire energie kan oplopen tot honderden gram per ton. Deze isotoop is mobiel in de omgeving en kan zich opslaan in biologische objecten. Daarom is de begraving van Tc-99 een van de taken bij de creatie van opslagplaatsen voor radioactieve afvalstoffen. Zijn halveringstijd en chemische mobiliteit dwingen tot het zoeken naar speciale matrassen voor betrouwbare isolatie.

Toekomst van het element: katalysatoren, supergeleiders en nieuwe radiofarmaceutische preparaten

Tegenwoordig blijft technetium een nichemetaal, maar een cruciaal element in de diagnostische geneeskunde. Echter, zijn potentieel is breder. Technetium is een veelbelovend materiaal voor het maken van katalysatoren (bijvoorbeeld voor de dehydrogenering van organische verbindingen) en componenten van hoogtemperatuurs supergeleiders. Ook ontwikkelen chemiciën methoden voor het opvangen van technetium uit vloeibare radioactieve afvalstoffen met behulp van sorbenten en nieuwe verbindingen voor gerichte nucleaire geneeskunde, inclusief teranostiek (diagnostiek en behandeling met één molecuul).

In de toekomst is het mogelijk dat nieuwe methoden voor het winnen van Tc-99m uit opwerkingsmaterialen van reactoren en versnellers worden ontwikkeld, waardoor de diagnose toegankelijker wordt. Ook is het gebruik van het isotoop Tc-99 in nucleaire batterijen voor apparaten die decennia zonder oplaad nodig hebben, veelbelovend.

Conclusie: 43e element van het periodieke systeem is een brug tussen de voorspellende genialiteit van de 19e eeuw en de hoge technologie van de 21e eeuw. Technetium, het eerste kunstmatig gecreëerde element zonder stabiele isotopen, is het enige metaal dat in de vorm van het isomeer Tc-99m wordt gebruikt in miljoenen medische diagnostieken elk jaar.
© elib.be

Permanent link to this publication:

https://elib.be/m/articles/view/Technetium-chemisch-element-nummer-43-Tc