Ik wil alles weten

Technetium

Pin
Send
Share
Send


technetium (chemisch symbool Tc, atoomnummer 43) is een zilverachtig grijs, radioactief, kristallijn metaal. Het uiterlijk is vergelijkbaar met platina, maar het wordt meestal verkregen als een grijs poeder. Zijn kortlevende isotoop 99mTc wordt in de nucleaire geneeskunde gebruikt voor een breed scala aan diagnostische tests. 99Tc wordt gebruikt als een gammastralingsvrije bron van bèta-deeltjes en het pertechnetaat-ion (TcO)4-) zou kunnen worden gebruikt als een anodische corrosieremmer voor staal.

Voordat het element werd ontdekt, werden veel van de eigenschappen van element 43 voorspeld door Dmitri Mendeleev. Mendelejev constateerde een gat in zijn periodiek systeem en noemde het element ekamanganese. In 1937 is zijn isotoop 97TC werd het eerste element dat kunstmatig werd geproduceerd, vandaar de naam (van het Grieks τεχνητος, betekent "kunstmatig"). Het meeste op aarde geproduceerde technetium is een bijproduct van de splijting van uranium-235 in kernreactoren en wordt gewonnen uit splijtstofstaven. Geen isotoop van technetium heeft een halfwaardetijd langer dan 4,2 miljoen jaar (98TC), dus de detectie in rode reuzen in 1952 hielp de theorie ondersteunen dat sterren zwaardere elementen kunnen produceren. Op aarde komt technetium van nature alleen voor in uraniumerts als een product van spontane splijting of door het vangen van neutronen in molybdeenerts; de hoeveelheden zijn miniem maar zijn gemeten.

Voorkomen en productie

Omdat technetium onstabiel is, treden van nature natuurlijke sporen in de aardkorst op als een spontaan splijtingsproduct van uranium. In 1999 schatte David Curtis (zie hierboven) dat een kilogram uranium 1 nanogram (1 × 10) bevat−9 g) van technetium.1 Buitenaards technetium werd gevonden in sommige rode reuzensterren (S-, M- en N-types) die een absorptielijn in hun spectrum bevatten die de aanwezigheid van dit element aangeeft.2

In tegenstelling tot het zeldzame natuurlijke voorkomen, worden bulkhoeveelheden technetium-99 elk jaar geproduceerd uit gebruikte splijtstofstaven, die verschillende splijtingsproducten bevatten. De splijting van een gram van de zeldzame isotoop uranium-235 in kernreactoren levert 27 mg 99Tc geeft technetium een ​​splijtingsrendement van 6,1 procent.3 Andere splijtbare isotopen produceren ook vergelijkbare opbrengsten aan technetium.4

Geschat wordt dat tot 1994 ongeveer 49.000 TBq (78 ton) technetium werd geproduceerd in kernreactoren, wat verreweg de dominante bron van terrestrische technetium is.5 Slechts een fractie van de productie wordt commercieel gebruikt. Vanaf 2005 is technetium-99 beschikbaar voor houders van een ORNL-vergunning voor US $ 83 / g plus verpakkingskosten.6

De feitelijke productie van technetium-99 uit verbruikte splijtstof is een lang proces. Tijdens de opwerking van de brandstof verschijnt het in de afvalvloeistof, die zeer radioactief is. Na een aantal jaren te hebben gezeten, is de radioactiviteit gedaald tot een punt waarop extractie van de langlevende isotopen, inclusief technetium-99, mogelijk wordt. Er worden verschillende chemische extractieprocessen gebruikt die technetium-99-metaal met een hoge zuiverheid opleveren.4

De metastabiele (een toestand waarbij de kern zich in een opgewonden toestand bevindt) isotoop 99mTc wordt geproduceerd als een splijtingsproduct van de splijting van uranium of plutonium in kernreactoren. Vanwege het feit dat gebruikte brandstof een aantal jaren mag staan ​​voordat het opnieuw wordt verwerkt, allemaal 99Mo en 99mTc zal zijn vervallen tegen de tijd dat de splijtingsproducten worden gescheiden van de belangrijkste actiniden bij conventionele nucleaire opwerking. Het PUREX-raffinaat zal een hoge concentratie technetium bevatten als TcO4- maar bijna alles zal zijn 99Tc. De overgrote meerderheid van de 99mTc gebruikt in medisch werk is gevormd uit 99Mo die wordt gevormd door de neutronenactivering van 98Mo. 99Mo heeft een halfwaardetijd van 67 uur, dus van korte duur 99mTc (halfwaardetijd: 6 uur), die het gevolg is van zijn verval, wordt constant geproduceerd.7 Het ziekenhuis haalt vervolgens het technetium chemisch uit de oplossing met behulp van een technetium-99m-generator ("technetium-koe").

De normale technetiumkoe is een aluminiumoxidekolom die molybdeen bevat, omdat aluminium een ​​kleine neutronendoorsnede heeft, is het waarschijnlijk dat een aluminiumoxidekolom inactief is 98Mo kan worden bestraald met neutronen om de radioactieve kolom voor de technetiumkoe te maken.8 Door op deze manier te werken, is er geen behoefte aan de complexe chemische stappen die vereist zouden zijn om molybdeen te scheiden van het splijtingsproductmengsel. Als een alternatieve methode kan een verrijkt uraniumdoel worden bestraald met te vormen neutronen 99Mo als splijtingsproduct.9

Andere technetiumisotopen worden niet in aanzienlijke hoeveelheden geproduceerd door splijting; indien nodig worden ze vervaardigd door neutronenbestraling van ouderisotopen (bijvoorbeeld 97Tc kan worden gemaakt door neutronenbestraling van 96Ru).

Onderdeel van radioactief afval

Omdat de opbrengst van technetium-99 als een product van de kernsplijting van zowel uranium-235 als plutonium-239 matig is, is het aanwezig in radioactief afval van splijtingsreactoren en wordt het geproduceerd wanneer een splijtingsbom tot ontploffing komt. De hoeveelheid kunstmatig geproduceerd technetium in het milieu overschrijdt het natuurlijke voorkomen ervan in grote mate. Dit komt door het vrijkomen door atmosferische nucleaire testen samen met de verwijdering en verwerking van hoogactief radioactief afval. Vanwege het hoge splijtingsrendement en de relatief hoge halfwaardetijd is technetium-99 een van de belangrijkste componenten van kernafval. Het verval ervan, gemeten in becquerels per hoeveelheid verbruikte brandstof, is dominant op ongeveer 104 tot 106 jaar na het ontstaan ​​van het kernafval.5

Naar schatting 160 TBq (ongeveer 250 kg) technetium-99 werd tot 1994 door atmosferische kernproeven in het milieu vrijgegeven.5 De hoeveelheid technetium-99 uit kernreactoren die tot 1986 in het milieu is vrijgelaten, wordt geschat op de orde van grootte van 1000 TBq (ongeveer 1600 kg), voornamelijk door opwerking van splijtstoffen; het grootste deel hiervan werd in zee geloosd. In de afgelopen jaren zijn de opwerkingsmethoden verbeterd om de uitstoot te verminderen, maar vanaf 2005 komt de primaire uitstoot van technetium-99 in het milieu door de Sellafield-fabriek, die naar schatting 550 TBq (ongeveer 900 kg) in de Ieren heeft afgegeven Zee. Vanaf 2000 is het bedrag bij verordening beperkt tot 90 TBq (ongeveer 140 kg) per jaar.10

Als gevolg van de opwerking van splijtstoffen is technetium op een aantal locaties in zee geloosd en sommige zeevruchten bevatten kleine maar meetbare hoeveelheden. Kreeft uit het westen van Cumbria bevat bijvoorbeeld kleine hoeveelheden technetium.11 De anaërobe, sporenvormende bacteriën in de Clostridium geslacht zijn in staat om Tc (VII) te verlagen tot Tc (IV). Clostridia bacteriën spelen een rol bij het verminderen van ijzer, mangaan en uranium en beïnvloeden daardoor de oplosbaarheid van deze elementen in bodem en sedimenten. Hun vermogen om technetium te verminderen, kan een groot deel van de mobiliteit van Tc in industrieel afval en andere ondergrondse omgevingen bepalen.12

De lange halfwaardetijd van technetium-99 en zijn vermogen om een ​​anionische soort te vormen maakt het (samen met 129I) een grote zorg bij het overwegen van de langdurige verwijdering van hoogactief radioactief afval. Bovendien zijn veel van de processen die zijn ontworpen om splijtingsproducten te verwijderen uit middelactieve processtromen in opwerkingsfabrieken, ontworpen om kationische soorten zoals cesium te verwijderen (bijv. 137Cs) en strontium (bijv. 90Sr). Daardoor kan het pertechinaat door deze behandelingsprocessen ontsnappen. Huidige verwijderingsopties geven de voorkeur aan begraven in geologisch stabiele rots. Het primaire gevaar bij een dergelijke cursus is dat het afval waarschijnlijk in contact komt met water, wat radioactieve besmetting in het milieu zou kunnen uitlogen. Het anionogene pertechinaat en jodide kunnen minder goed absorberen op het oppervlak van mineralen, waardoor ze waarschijnlijk mobieler zijn. Ter vergelijking: plutonium, uranium en cesium kunnen veel beter binden aan bodemdeeltjes. Om deze reden is de milieuchemie van technetium een ​​actief onderzoeksgebied. Een alternatieve verwijderingsmethode, transmutatie, is bij CERN aangetoond voor technetium-99. Dit transmutatieproces is er een waarin het technetium (99Tc als een metalen doelwit) wordt gebombardeerd met neutronen om de korte levensduur te vormen 100Tc (halfwaardetijd = 16 seconden) die vervalt door bèta-verval tot ruthenium (100Ru). Een nadeel van dit proces is de behoefte aan een zeer zuiver technetium-doelwit, terwijl kleine sporen van andere splijtingsproducten waarschijnlijk de activiteit van het bestraalde doelwit enigszins verhogen als kleine sporen van de kleine actiniden (zoals americium en curium) aanwezig zijn in het doel dan zullen ze waarschijnlijk splijting ondergaan om splijtingsproducten te vormen. Op deze manier leidt een kleine activiteit en hoeveelheid kleine actiniden tot een zeer hoog niveau van radioactiviteit in het bestraalde doelwit. De formatie van 106Ru (halfwaardetijd 374 dagen) uit de verse splijting zal waarschijnlijk de activiteit van het uiteindelijke rutheniummetaal verhogen, hetgeen dan een langere koeltijd na bestraling vereist voordat het ruthenium kan worden gebruikt.

Geschiedenis

Pre-discovery zoeken

Dmitri Mendeleev voorspelde de eigenschappen van technetium voordat het werd ontdekt.

Gedurende een aantal jaren was er een kloof in het periodiek systeem tussen molybdeen (element 42) en ruthenium (element 44). Veel vroege onderzoekers wilden graag als eerste het ontbrekende element ontdekken en benoemen; de locatie in de tabel suggereerde dat het gemakkelijker te vinden zou moeten zijn dan andere onontdekte elementen. Het werd eerst gedacht te zijn gevonden in platina-ertsen in 1828. Het kreeg de naam polinium maar het bleek onzuiver iridium te zijn. Toen in 1846 het element ilmenium werd beweerd te zijn ontdekt, maar er werd vastgesteld dat het onzuiver niobium was. Deze fout werd herhaald in 1847 met de "ontdekking" van pelopium.13 Dmitri Mendeleev voorspelde dat dit ontbrekende element, als onderdeel van andere voorspellingen, chemisch vergelijkbaar zou zijn met mangaan en gaf het de naam ekamanganese.

In 1877 meldde de Russische scheikundige Serge Kern het ontbrekende element in platina-erts te hebben ontdekt. Kern noemde wat hij dacht dat het nieuwe element was davyum, naar de bekende Engelse chemicus Sir Humphry Davy, maar er werd vastgesteld dat het een mengsel was van iridium, rhodium en ijzer. Een andere kandidaat, lucium, volgde in 1896 maar het werd bepaald als yttrium. Toen in 1908 vond de Japanse chemicus Masataka Ogawa bewijs in het mineraal thorianiet voor wat volgens hem de aanwezigheid van element 43 aangaf. Ogawa noemde het element nipponium, na Japan (dat is Nippon in het Japans). Latere analyse wees op de aanwezigheid van renium (element 75), niet op element 43.1413

Betwiste ontdekking van 1925

Duitse chemici Walter Noddack, Otto Berg en Ida Tacke (later mevrouw Noddack) meldden de ontdekking van element 43 in 1925 en noemden het masurium (na Mazurië in Oost-Pruisen).14 De groep bombardeerde columbiet met een elektronenstraal en afgeleid element 43 was aanwezig door röntgendiffractiespectrogrammen te onderzoeken. De golflengte van de geproduceerde röntgenstralen is gerelateerd aan het atoomnummer door een formule afgeleid door Henry Moseley in 1913. Het team beweerde een zwak röntgensignaal te detecteren op een golflengte geproduceerd door element 43. Hedendaagse experimenteerders konden de ontdekking niet repliceren en in feite werd het jarenlang als een fout afgedaan.1516

Pas in 1998 werd dit ontslag in twijfel getrokken. John T. Armstrong van het National Institute of Standards and Technology voerde computersimulaties van de experimenten uit en behaalde resultaten die dicht in de buurt lagen van de rapporten van het 1925-team; de claim werd verder ondersteund door werk gepubliceerd door David Curtis van het Los Alamos National Laboratory dat het (kleine) natuurlijke voorkomen van technetium meet.15 Er bestaat nog steeds een debat over de vraag of het team uit 1925 element 43 inderdaad heeft ontdekt.

Officiële ontdekking en latere geschiedenis

De ontdekking van element 43 is traditioneel toegewezen aan een experiment uit 1937 op Sicilië, uitgevoerd door Carlo Perrier en Emilio Segrè. De onderzoekers van de Universiteit van Palermo vonden de technetium-isotoop 97Tc in een monster van molybdeen gegeven aan Segrè door Ernest Lawrence het jaar daarvoor (Segrè bezocht Berkeley in de zomer van 1936).14 Het monster was eerder al enkele maanden gebombardeerd door deuteriumkernen in de cyclotron van de University of California, Berkeley.17 Ambtenaren van de Universiteit van Palermo probeerden hen tevergeefs te dwingen hun ontdekking te noemen panormium, naar de Latijnse naam voor Palermo, Panormus. De onderzoekers noemden in plaats daarvan element 43 naar het Griekse woord technètos, wat 'kunstmatig' betekent, omdat het het eerste element was dat kunstmatig werd geproduceerd.14

In 1952 detecteerde astronoom Paul W. Merrill in Californië de spectrale signatuur van technetium (in het bijzonder licht bij 403,1 nm, 423,8 nm, 426,8 nm en 429,7 nm) in licht van S-type rode reuzen.4 Deze massieve sterren tegen het einde van hun leven waren rijk aan dit kortlevende element, wat betekent dat nucleaire reacties in de sterren het moeten produceren. Dit bewijs werd gebruikt om de toen onbewezen theorie te versterken dat sterren de plaats zijn waar nucleosynthese van de zwaardere elementen plaatsvindt.18 Meer recent leverden dergelijke waarnemingen bewijs op dat elementen werden gevormd door het vangen van neutronen in het s-proces.4

Sinds zijn ontdekking zijn er veel zoekopdrachten in terrestrische materialen naar natuurlijke bronnen geweest. In 1962 werd technetium-99 geïsoleerd en geïdentificeerd in pitchblende uit Belgisch Congo in zeer kleine hoeveelheden (ongeveer 0,2 ng / kg);4 daar ontstaat het als een spontaan splijtingsproduct van uranium-238. Deze ontdekking werd gedaan door B.T. Kenna en P.K. Kuroda.19 Er zijn ook aanwijzingen dat de Oklo natuurlijke kernsplijtingsreactor aanzienlijke hoeveelheden technetium-99 produceerde, die sindsdien is vervallen tot ruthenium-99.4

Opvallende kenmerken

Technetium is een overgangsmetaal dat zich bevindt in groep 7 (voormalige groep 7B) van het periodiek systeem, tussen mangaan en renium. Zoals voorspeld door de periodieke wet, zijn de eigenschappen ervan tussen die van mangaan en renium. Bovendien maakt het deel uit van periode 5, tussen molybdeen en ruthenium.

Dit element is ongebruikelijk onder de lichtere elementen omdat het geen stabiele isotopen heeft en is daarom uiterst zeldzaam op aarde. Technetium speelt geen natuurlijke biologische rol en wordt normaal niet aangetroffen in het menselijk lichaam.

De metalen vorm van technetium tast langzaam aan in vochtige lucht. De oxiden zijn TcO2 en Tc2O7. Onder oxiderende omstandigheden zal technetium (VII) bestaan ​​als het pertechnetaat-ion, TcO4-.20 Veel voorkomende oxidatietoestanden van technetium zijn 0, +2, +4, +5, +6 en +7.21 In poedervorm brandt technetium in zuurstof.22 Het lost op in aquaregia, salpeterzuur en geconcentreerd zwavelzuur, maar is niet oplosbaar in zoutzuur. Het heeft karakteristieke spectrale lijnen bij 363 nm, 403 nm, 410 nm, 426 nm, 430 nm en 485 nm.23

De metalen vorm is enigszins paramagnetisch, wat betekent dat de magnetische dipolen in lijn liggen met externe magnetische velden, hoewel technetium normaal niet magnetisch is.24 De kristalstructuur van het metaal is hexagonaal dicht op elkaar gepakt. Zuiver metaalachtig éénkristal technetium wordt een type II supergeleider bij 7,46 K; onregelmatige kristallen en sporen van onzuiverheden verhogen deze temperatuur tot 11,2 K voor 99,9% zuiver technetiumpoeder.4 Onder deze temperatuur heeft technetium een ​​zeer hoge magnetische penetratiediepte, de grootste van de elementen behalve niobium.25

Technetium wordt in hoeveelheid geproduceerd door kernsplijting en verspreidt zich gemakkelijker dan veel radionucliden. Ondanks het belang van het begrijpen van de toxiciteit ervan bij dieren en mensen, is experimenteel bewijs schaars. Het lijkt een lage chemische toxiciteit en zelfs een lagere radiologische toxiciteit te hebben.4

Wanneer men in een laboratoriumcontext werkt, moeten alle isotopen van technetium zorgvuldig worden behandeld. De meest voorkomende isotoop, technetium-99, is een zwakke bètastraler; dergelijke straling wordt gestopt door de wanden van laboratoriumglaswerk. Zachte röntgenstralen worden uitgezonden wanneer de bèta-deeltjes worden gestopt, maar zolang het lichaam meer dan 30 cm afstand wordt gehouden, vormen deze geen probleem. Het primaire gevaar bij het werken met technetium is het inademen van stof; dergelijke radioactieve besmetting in de longen kan een aanzienlijk kankerrisico vormen. Voor het meeste werk volstaat zorgvuldige behandeling in een zuurkast; een handschoenenkastje is niet nodig.4

Isotopes

Technetium is een van de twee elementen in de eerste 82 die geen stabiele isotopen hebben. Het andere dergelijke element is promethium.26 De meest stabiele radio-isotopen zijn 98Tc (halfwaardetijd van 4,2 Ma), 97Tc (halfwaardetijd: 2,6 Ma) en 99Tc (halfwaardetijd: 211,1 ka).27

Tweeëntwintig andere radio-isotopen zijn gekenmerkt met atoommassa's variërend van 87.933 u (88Tc) tot 112.931 u (113Tc). De meeste hiervan hebben een halfwaardetijd van minder dan een uur; de uitzonderingen zijn 93Tc (halfwaardetijd: 2,75 uur), 94Tc (halfwaardetijd: 4.883 uur), 95Tc (halfwaardetijd: 20 uur), en 96Tc (halfwaardetijd: 4,28 dagen).27

Technetium heeft ook tal van metastaten. 97mTc is het meest stabiel, met een halfwaardetijd van 90,1 dagen (0,097 MeV). Dit wordt gevolgd door 95mTc (halfwaardetijd: 61 dagen, 0,038 MeV) en 99mTc (halfwaardetijd: 6,01 uur, 0,134 MeV). 99mTc zendt alleen gammastralen uit en vervalt vervolgens naar 99Tc.27

Voor isotopen lichter dan de meest stabiele isotoop, 98Tc, de primaire vervalmodus is elektronenvangst, waardoor molybdeen wordt verkregen. Voor de zwaardere isotopen is de primaire modus bèta-emissie, wat ruthenium oplevert, met de uitzondering dat 100TC kan zowel door bèta-emissie als door elektronenvangst vervallen.2728

Technetium-99 is de meest voorkomende en gemakkelijkst verkrijgbare isotoop, omdat het een belangrijk product is van de splijting van uranium-235. Eén gram 99Tc produceert 6,2 × 108 desintegraties per seconde (dat wil zeggen 0,62 GBq / g).29

Stabiliteit van technetium-isotopen

Technetium en promethium zijn opmerkelijk onder de lichte elementen doordat ze geen stabiele isotopen hebben. De reden hiervoor is enigszins ingewikkeld.

Met behulp van het vloeistofdruppelmodel voor atoomkernen kan men een semi-empirische formule afleiden voor de bindingsenergie van een kern. Deze formule voorspelt een "vallei van beta-stabiliteit" waarlangs nucliden geen beta-verval ondergaan. Nucliden die "op de muren" van de vallei liggen, hebben de neiging om te vervallen door beta-verval naar het centrum (door een elektron uit te zenden, een positron uit te zenden of een elektron te vangen). Voor een vast aantal nucleonen EEN, de bindende energieën liggen op een of meer parabolen, met de meest stabiele nuclide onderaan. Men kan meer dan één parabool hebben omdat isotopen met een even aantal protonen en een even aantal neutronen stabieler zijn dan isotopen met een oneven aantal neutronen en een oneven aantal protonen. Een enkel bèta-verval transformeert het een in het ander. Wanneer er slechts één parabool is, kan er slechts één stabiele isotoop op die parabool liggen. Wanneer er twee parabolen zijn, dat wil zeggen wanneer het aantal nucleonen even is, kan het (zelden) gebeuren dat er een stabiele kern is met een oneven aantal neutronen en een oneven aantal protonen (hoewel dit alleen in vier gevallen gebeurt) . Als dit echter gebeurt, kan er geen stabiel isotoop zijn met een even aantal neutronen en een even aantal protonen.

Voor technetium (Z= 43), de vallei van bètastabiliteit is gecentreerd rond ongeveer 98 nucleonen. Voor elk aantal nucleonen van 95 tot 102 is er echter al minstens één stabiele nuclide van beide molybdeen (Z= 42) of ruthenium (Z= 44). Voor de isotopen met oneven aantallen nucleonen sluit dit onmiddellijk een stabiele isotoop van technetium uit, omdat er slechts één stabiele nuclide met een vast oneven aantal nucleonen kan zijn. Voor de isotopen met een even aantal nucleonen, aangezien technetium een ​​oneven aantal protonen heeft, moet elke isotoop ook een oneven aantal neutronen hebben. In een dergelijk geval sluit de aanwezigheid van een stabiele nuclide met hetzelfde aantal nucleonen en een even aantal protonen de mogelijkheid van een stabiele kern uit.30

Isotopes

Technetium is een van de twee elementen in de eerste 82 die geen stabiele isotopen hebben. Het andere dergelijke element is promethium.31 De meest stabiele radio-isotopen zijn 98Tc (halfwaardetijd van 4,2 Ma), 97Tc (halfwaardetijd: 2,6 Ma) en 99Tc (halfwaardetijd: 211,1 ka).27

Tweeëntwintig andere radio-isotopen zijn gekenmerkt met atoommassa's variërend van 87.933 u (88Tc) tot 112.931 u (113Tc). De meeste hiervan hebben een halfwaardetijd van minder dan een uur; de uitzonderingen zijn 93Tc (halfwaardetijd: 2,75 uur), 94Tc (halfwaardetijd: 4.883 uur), 95Tc (halfwaardetijd: 20 uur), en 96Tc (halfwaardetijd: 4,28 dagen).27

Technetium heeft ook tal van metastaten. 97mTc is het meest stabiel, met een halfwaardetijd van 90,1 dagen (0,097 MeV). Dit wordt gevolgd door 95mTc (halfwaardetijd: 61 dagen, 0,038 MeV) en 99mTc (halfwaardetijd: 6,01 uur, 0,134 MeV). 99mTc zendt alleen gammastralen uit en vervalt vervolgens naar 99Tc.27

Voor isotopen lichter dan de meest stabiele isotoop, 98Tc, de primaire vervalmodus is elektronenvangst, waardoor molybdeen wordt verkregen. Voor de zwaardere isotopen is de primaire modus bèta-emissie, wat ruthenium oplevert, met de uitzondering dat 100TC kan zowel door bèta-emissie als door elektronenvangst vervallen.2732

Technetium-99 is de meest voorkomende en gemakkelijkst verkrijgbare isotoop, omdat het een belangrijk product is van de splijting van uranium-235. Eén gram 99Tc produceert 6,2 × 108 desintegraties per seconde (dat wil zeggen 0,62 GBq / g).33

Stabiliteit van technetium-isotopen

Technetium en promethium zijn opmerkelijk onder de lichte elementen doordat ze geen stabiele isotopen hebben. De reden hiervoor is enigszins ingewikkeld.

Met behulp van het vloeistofdruppelmodel voor atoomkernen kan men een semi-empirische formule afleiden voor de bindingsenergie van een kern. Deze formule voorspelt een "vallei van beta-stabiliteit" waarlangs nucliden geen beta-verval ondergaan. Nucliden die "op de muren" van de vallei liggen, hebben de neiging om te vervallen door beta-verval naar het centrum (door een elektron uit te zenden, een positron uit te zenden of een elektron te vangen). Voor een vast aantal nucleonen EEN, de bindende energieën liggen op een of meer parabolen, met de meest stabiele nuclide onderaan. Men kan meer dan één parabool hebben omdat isotopen met een even aantal protonen en een even aantal neutronen stabieler zijn dan isotopen met een oneven aantal neutronen en een oneven aantal protonen. Een enkel bèta-verval transformeert het een in het ander. Wanneer er slechts één parabool is, kan er slechts één stabiele isotoop op die parabool liggen. Wanneer er twee parabolen zijn, dat wil zeggen wanneer het aantal nucleonen even is, kan het (zelden) gebeuren dat er een stabiele kern is met een oneven aantal neutronen en een oneven aantal protonen (hoewel dit alleen in vier gevallen gebeurt) . Als dit echter gebeurt, kan er geen stabiel isotoop zijn met een even aantal neutronen en een even aantal protonen.

Voor technetium (Z= 43), de vallei van bètastabiliteit is gecentreerd rond ongeveer 98 nucleonen. Voor elk aantal nucleonen van 95 tot 102 is er echter al minstens één stabiele nuclide van beide molybdeen (Z= 42) of ruthenium (Z= 44). Voor de isotopen met oneven aantallen nucleonen sluit dit onmiddellijk een stabiele isotoop van technetium uit, omdat er slechts één stabiele nuclide met een vast oneven aantal nucleonen kan zijn. Voor de isotopen met een even aantal nucleonen, aangezien technetium een ​​oneven aantal protonen heeft, moet elke isotoop ook een oneven aantal neutronen hebben. In een dergelijk geval sluit de aanwezigheid van een stabiele nuclide met hetzelfde aantal nucleonen en een even aantal protonen de mogelijkheid van een stabiele kern uit.34

Toepassingen

Nucleair medicijn

99mTc ("m" geeft aan dat dit een metastabiel nucleair isomeer is) wordt gebruikt in radioactieve isotopen medische tests, bijvoorbeeld als een radioactieve tracer die medische apparatuur in het lichaam kan detecteren.35 Het is goed geschikt voor de rol omdat het gemakkelijk detecteerbare 140 keV-gammastralen uitzendt en de halfwaardetijd is 6,01 uur (wat betekent dat ongeveer vijftien zestiende 99Tc in 24 uur).36 Klaus Schwochau's boek technetium geeft 31 radiofarmaca weer op basis van 99mTc voor beeldvorming en functionele studies van de hersenen, myocardium, schildklier, longen, lever, galblaas, nieren, skelet, bloed en tumoren.

Immunoscintigrafie neemt op 99mTc in een monoklonaal antilichaam, een immuunsysteemeiwit dat in staat is zich aan kankercellen te binden. Enkele uren na injectie wordt medische apparatuur gebruikt om de gammastralen te detecteren die worden uitgezonden door de 99mTc; hogere concentraties geven aan waar de tumor is. Deze techniek is met name nuttig voor het detecteren van moeilijk te vinden kankers, zoals die welke de darm aantasten. Deze gemodificeerde antilichamen worden verkocht door het Duitse bedrijf Hoechst onder de naam "Scintium".37

Wanneer 99mTc wordt gecombineerd met een tinverbinding die het bindt aan rode bloedcellen en kan daarom worden gebruikt om aandoeningen van de bloedsomloop in kaart te brengen. Het wordt vaak gebruikt om gastro-intestinale bloedingsplaatsen te detecteren. Een pyrofosfaat-ion met 99mTc hecht zich aan calciumafzettingen in beschadigde hartspieren, waardoor het nuttig is om schade na een hartaanval te meten.38 Het zwavelcolloïde van 99mTc wordt opgespoord door de milt, waardoor het mogelijk wordt om de structuur van de milt in beeld te brengen.39

Blootstelling aan straling door diagnostische behandeling met Tc-99m kan laag worden gehouden. Terwijl 99mTc is vrij radioactief (waardoor kleine hoeveelheden gemakkelijk kunnen worden gedetecteerd) het heeft een korte halfwaardetijd, waarna het vervalt in de minder radioactieve 99Tc. In de vorm die bij deze medische tests wordt toegediend (meestal pertechnetaat) worden beide isotopen snel uit het lichaam verwijderd, meestal binnen een paar dagen.38

Industrieel

Technetium-99 vervalt bijna volledig door bèta-verval, waarbij bèta-deeltjes worden uitgestoten met zeer consistente lage energieën en geen bijbehorende gammastralen. Bovendien betekent de zeer lange halfwaardetijd dat deze emissie met de tijd zeer langzaam afneemt. Het kan ook worden geëxtraheerd tot een hoge chemische en isotopische zuiverheid uit radioactief afval. Om deze redenen is het een NIST standaard bètastraler, gebruikt voor apparatuurkalibratie.4

95mTc, met een halfwaardetijd van 61 dagen, wordt gebruikt als een radioactieve tracer om de beweging van technetium in het milieu en in planten- en dierensystemen te bestuderen.4

Net als rhenium en palladium kan technetium als katalysator dienen. Voor bepaalde reacties, bijvoorbeeld de dehydrogenering van isopropylalcohol, is het een veel effectievere katalysator dan rhenium of palladium. Natuurlijk is de radioactiviteit een groot probleem bij het vinden van veilige toepassingen.4

Onder bepaalde omstandigheden een kleine concentratie (5 × 10−5 mol / L) van het pertechnetaat-ion in water kan ijzer en koolstofstaal beschermen tegen corrosie. Om deze reden kan pertechnetaat worden gebruikt als een anodische corrosieremmer voor staal, hoewel de radioactiviteit van technetium problemen oplevert. Terwijl (bijvoorbeeld) CrO42− kan ook corrosie remmen, het vereist een concentratie die tien keer zo hoog is. In één experiment werd een testmonster 20 jaar in een waterige oplossing van pertechnetaat bewaard en was het nog niet gecorrodeerd. Het mechanisme waarmee pertechnetaat corrosie voorkomt is niet goed begrepen, maar lijkt de omkeerbare vorming van een dunne oppervlaktelaag te impliceren. Eén theorie is dat het pertechnetaat reageert met het staaloppervlak om een ​​laag technetiumdioxide te vormen die verdere corrosie voorkomt; hetzelfde effect verklaart hoe ijzerpoeder kan worden gebruikt om pertechnetaat uit water te verwijderen. (Actieve kool kan ook voor hetzelfde effect worden gebruikt.) Het effect verdwijnt snel als de concentratie pertechnetaat onder de minimumconcentratie komt of als een te hoge concentratie van andere ionen wordt toegevoegd. Het radioactieve karakter van technetium (3 MBq per liter bij de vereiste concentraties) maakt deze corrosiebescherming onpraktisch in bijna alle situaties. Niettemin werd corrosiebescherming door pertechnetaationen voorgesteld (maar nooit aangenomen) voor gebruik in kokend waterreactoren.4

Technetium-99 is ook voorgesteld voor gebruik in optolectrische nucleaire batterijen. 99Tc's beta-vervalelektronen zouden een excimeermengsel stimuleren en het licht zou een fotocel van stroom voorzien. De batterij zou bestaan ​​uit een excimeermengsel van argon / xenon in een drukvat met een intern gespiegeld oppervlak, fijn verdeeld 99Tc, en een intermitterende ultrasone roerder, die een fotocel verlicht met een bandafstand afgestemd op de excimer. Als het drukvat koolstofvezel / epoxy is, wordt gezegd dat de verhouding gewicht / vermogen vergelijkbaar is met een luchtademhalingsmotor met brandstoftanks.

Notes

  1. ↑ "Element van geschiedenis", paragraaf 2 De bouwstenen van de natuur. 423,
  2. LANL Periodiek systeem, "Technetium", lid 1
  3. Encyclopedia of the Chemical Elements, "Bronnen van Technetium", paragraaf 1, 690
  4. 4.00 4.01 4.02 4.03 4.04 4.05 4.06 4.07 4.08 4.09 4.10 4.11 4.12 Klaus Schwochau. Technetium: chemie en radiofarmaceutische toepassingen. (Wiley-VCH, 2000. ISBN 3527294961)
  5. 5.0 5.1 5.2 K. Yoshihara en T. Omori, (eds.) Technetium in het milieu. In de serie Onderwerpen in huidige chemie: T

    Pin
    Send
    Share
    Send