Техне́ций (химический символ — Tc, от лат. Technetium) — химический элемент 7-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы седьмой группы, VIIB), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 43.

Технеций
← Молибден | Рутений →
43 Mn

Tc

Re
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
43Tc
Hexagonal.svg
Electron shell 043 Technetium.svg
Внешний вид простого вещества
Technetium.jpg
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
(98)
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.

ИсторияПравить

Поиски элемента 43Править

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[4]. Многие ранние исследователи до и после публикации периодической таблицы стремились первыми открыть и назвать недостающий элемент.

Немецкие химики Вальтер Ноддак, Отто Берг и Ида Такке сообщили об открытии 75-го и 43-го элемента в 1925 году и назвали элемент 43 мазурием (в честь Мазурии в восточной Пруссии, ныне в Польше, регионе, где родилась семья Вальтера Ноддака)[5]. Группа бомбардировала колумбит пучком электронов и определила присутствие 43-го элемента, изучив рентгеновские эмиссионные спектрограммы[6]. Длина волны испускаемого рентгеновского излучения связана с атомным номером соотношением формулы, выведенной Генри Мозли в 1913 году. Команда утверждала, что обнаружила слабый рентгеновский сигнал на длине волны, создаваемой 43-м элементом. Более поздние экспериментаторы не смогли повторить открытие, и на многие годы оно было отклонено как ошибочное[7][8]. Тем не менее, в 1933 году в серии статей об открытии 43-го элемента элемент назывался мазурием[9]. Вопрос о том, действительно ли команда Ноддак в 1925 году открыла 43-й элемент, все еще обсуждается[10].

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[es] и Э. Сегре в журнале «Nature», в которой указано, что в этой мишени содержится элемент с атомным номером 43[11]. Название «технеций» новому элементу было предложено первооткрывателями в 1947 году[12][13]. До 1947 года помимо предложенного Д. И. Менделеевым названия «эка-марганец» (то есть, «подобный марганцу») применялось также название «мазурий» (лат. Masurium, обозначение — Ma)[14].

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[15]), 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[16], это означало, что технеций присутствует в их атмосферах, и явилось доказательством происходящего в звёздах ядерного синтеза[17], ныне подобные звёзды называются технециевыми звёздами.

Происхождение названияПравить

От др.-греч. τεχνητός — искусственный, отражая пионерское открытие элемента путём синтеза.

Нахождение в природеПравить

На Земле встречается в следовых количествах в урановых рудах, 5⋅10−10 г на 1 кг урана, как продукт спонтанного деления урана-238.

Методами спектроскопии выявлено содержание технеция в спектрах некоторых звёзд — красных гигантов (технециевые звёзды).

Физические и химические свойстваПравить

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[18] или при электролитическом осаждении на поверхности фольги имеет кубическую решетку[19] (a = 3.7 — 3.9 Å) [1]. С спектре ЯМР-Tc-99 нанодисперсного технеция отсутствует расщепление полосы поглощения, в то время как гексагональный объемный технеций имеет спектр Tc-99-ЯМР, разделенный на 9 сателлитов [2]. Атомарный технеций имеет характерные линии излучения на длинах волн 363,3 нм, 403,1 нм, 426,2 нм, 429,7 нм и 485,3 нм [20]. По химическим свойствам технеций близок к марганцу и рению, в соединениях проявляет девять целочисленных степеней окисления от −1 до +7 и еще 5 дробных (таких как 2,5 [3] , 1,81 , 1,67 , 1,625 , 1,5 [4]), характерных для кластерных соединений технеция (с обобществленной системой атомов металл-металл, связанных, тем не менее, с другими лигандами. 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, [5] 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 [6]. Он не реагирует с соляной, но легко растворяется в азотной и серной кислотах.

ПолучениеПравить

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»[21]. Основные тенденции обращения с технецием даны в [7] 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[22].

ИзотопыПравить

Радиоактивные свойства некоторых изотопов технеция[23]:

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

ПрименениеПравить

Широко используется в ядерной медицине для исследований мозга, сердца, щитовидной железы, лёгких, печени, жёлчного пузыря, почек, костей скелета, крови, а также для диагностики опухолей[24].

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].[25]

Биологическая рольПравить

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.

ПримечанияПравить

  1. 1 2 3 Technetium: physical properties (англ.). WebElements. Дата обращения: 16 августа 2013. Архивировано 26 июля 2013 года.
  2. 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.
  3. Герман. 200000 лет тому вперед. текст (рус.). researchgate. РОСАТОМ (2019). Дата обращения: 28 августа 2021. Архивировано 28 августа 2021 года.
  4. Jonge; Pauwels, E. K. (1996). “Technetium, the missing element”. European Journal of Nuclear Medicine. 23 (3): 336—44. DOI:10.1007/BF00837634. PMID 8599967.
  5. van der Krogt, P. Technetium. Elentymolgy and Elements Multidict. Дата обращения: 5 мая 2009. Архивировано 23 января 2010 года.
  6. Emsley, J. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. — Oxford, England, UK : Oxford University Press, 2001. — P. 423. — ISBN 978-0-19-850340-8. Архивная копия от 26 декабря 2019 на Wayback Machine
  7. Armstrong, J. T. (2003). “Technetium”. Chemical & Engineering News. 81 (36): 110. DOI:10.1021/cen-v081n036.p110. Архивировано из оригинала 2008-10-06. Дата обращения 2009-11-11. Используется устаревший параметр |deadlink= (справка)
  8. Nies, K. A.. Ida Tacke and the warfare behind the discovery of fission (2001). Архивировано 9 августа 2009 года. Дата обращения: 9 февраля 2022.
  9. Weeks, M. E. (1933). “The discovery of the elements. XX. Recently discovered elements”. Journal of Chemical Education. 10 (3): 161—170. Bibcode:1933JChEd..10..161W. DOI:10.1021/ed010p161.
  10. Zingales, R. (2005). “From Masurium to Trinacrium: The Troubled Story of Element 43”. Journal of Chemical Education. 82 (2): 221—227. Bibcode:2005JChEd..82..221Z. DOI:10.1021/ed082p221.
  11. Perrier C., Segrè E. Radioactive Isotopes of Element 43 (англ.) // Nature. — 1937. — Vol. 140. — P. 193—194. — doi:10.1038/140193b0.
  12. Трифонов Д. Н. От элемента 43 до антипротона // Химия. — 2005. — № 19. Архивировано 7 апреля 2014 года.
  13. Perrier C., Segrè E. Technetium: The Element of Atomic Number 43 (англ.) // Nature. — 1947. — Vol. 159, no. 4027. — P. 24. — doi:10.1038/159024a0. — Bibcode1947Natur.159...24P. — PMID 20279068.
  14. Химия // 1941 год. Календарь-справочник / Сост. Е. Лихтенштейн. — М.: ОГИЗ - Государственное социально-экономическое издательство, 1941. — С. 299—303.
  15. 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. Архивная копия от 6 апреля 2015 на Wayback Machine
  16. 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. — Bibcode1952ApJ...116...21M. Архивировано 7 апреля 2014 года.
  17. 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.
  18. 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. Архивировано 23 января 2022 года.
  19. 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). Архивировано 23 января 2022 года.
  20. Lide, David R. "Line Spectra of the Elements". The CRC Handbook. CRC press. pp. 10–70 (1672).. — 2004–2005. — ISBN 978-0-8493-0595-5..
  21. (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. Архивировано 9 декабря 2021 года.
  22. 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
  23. NuDat 2.8. National Nuclear Data Center. Дата обращения: 7 декабря 2020. Архивировано 27 ноября 2020 года.
  24. И. А. Леенсон. Технеций: что нового. «Химия и жизнь — XXI век», 2008, № 12
  25. 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). Дата обращения: 27 мая 2021. Архивировано 15 января 2022 года.

СсылкиПравить