Technécium

A technécium a legkisebb rendszámú kémiai elem, amelynek nincs stabil izotópja. Rendszáma 43, vegyjele Tc. Ezüstszürke átmenetifém. Kémiai tulajdonságait tekintve a mangán és a rénium között áll. A technécium nagy része szintetikusan előállított, és csak nagyon kis mennyiségben található meg a természetben, amely az urán spontán maghasadásából, vagy molibdénércek neutronbefogással történő átalakulásából származik.

43 molibdén ← technécium → ruténium Mn ↑ Tc ↓ Re 43 Tc Periódusos rendszer
Általános
Név, vegyjel, rendszám	technécium, Tc, 43
Latin megnevezés	technetium
Elemi sorozat	átmenetifémek
Csoport, periódus, mező	7, 5, d
Megjelenés	ezüstszürke
Atomtömeg	(98) g/mol
Elektronszerkezet	[Kr] 4d5 5s2
Elektronok héjanként	2, 8, 18, 13, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot	szilárd
Sűrűség (szobahőm.)	11 g/cm³
Olvadáspont	2430 K (2157 °C, 3915 °F)
Forráspont	4538 K (4265 °C, 7709 °F)
Olvadáshő${\displaystyle \Delta _{fus}{H}^{\ominus }}$	33,29 kJ/mol
Párolgáshő ${\displaystyle \Delta _{vap}{H}^{\ominus }}$	585,2 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	(25 °C) 24,27 J/(mol·K)
Gőznyomás (extrapolált) P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k T/K 2727 2998 3324 3726 4234 4894
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet	hexagonális
Oxidációs szám	7 (erősen savas oxid)
Elektronegativitás	1,9 (Pauling-skála)
Elektronaffinitás	-53 kJ/mol
Ionizációs energia	1.: 702 kJ/mol
	2.: 1470 kJ/mol
	3.: 2850 kJ/mol
Atomsugár	135 pm
Atomsugár (számított)	183 pm
Kovalens sugár	156 pm
Egyebek
Mágnesség	nincs adat
Hővezetési tényező	(300 K) 50,6W/(m·K)
CAS-szám	7440-26-8
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A technécium izotópjai izotóp természetes előfordulás felezési idő bomlás mód energia (MeV) termék 95mTc mesterséges 61 d ε - 95Mo γ 0,204, 0,582, 0,835 - IT 0,0389, e 95Tc 96Tc mesterséges 4,3 d ε - 96Mo γ 0,778, 0,849, 0,812 - 97mTc mesterséges 90 d IT 0,965, e 97Tc 97Tc mesterséges 2,6×106 y ε - 97Mo 98Tc mesterséges 4,2×106 y β- 0,4 98Ru γ 0,745, 0,652 - 99mTc nyomokban 6,01 h IT 0,142, 0,002 99Tc γ 0,140 - 99Tc nyomokban 2,111×105 y β- 0,294 99Ru
Hivatkozások

A technécium sok tulajdonságát már Dmitrij Ivanovics Mengyelejev megjósolta, mielőtt azt felfedezték volna. Mengyelejev ekamangánként hivatkozott rá periódusos rendszerében. 1937-ben gyártottak először technéciumot (technécium-97-et), a név a görög τεχνητός (tekhnetosz), „mesterséges” szóból származik).

A metastabil gammasugárzó technécium-99-et orvosdiagnosztikai tesztek készítésére használják. A hosszú élettartamú technécium izotópok az urán-235 maghasadásának melléktermékei az atomreaktorokban, és a fűtőanyagrudakból nyerik őket.

Felfedezésének története

A 43-as rendszámú elem nyomában

1861-től egészen 1871-ig a Mengyelejev által javasolt korai periódusos rendszer egy rést tartalmazott a molibdén (Z=42) és a ruténium között (Z=44). 1871-ben Mengyelejev megjósolta, hogy ez a hiányzó elem foglalhatja el a mangán alatti üres helyet, így annak hasonló kémiai tulajdonságokkal kell rendelkeznie. Mengyelejev az ekamangán (Em) nevet adta neki a szanszkrit „eka” előtag után, mely itt arra utal, hogy a mangán alatt eggyel helyezkedik el a keresett elem.

Sok kutató versengett megtalálásáért a periódusos rendszer megalkotása előtt és után egyaránt, mivel periódusos rendszerbeli elhelyezkedése alapján feltételezték, hogy könnyebben detektálható, mint más még felfedezésre váró elemek. Először vélték 1828-ban, hogy a platina ércben találták meg, és a polinium nevet adták neki, de erről kiderült, hogy nem más, mint szennyezett irídium. 1846-ban ismét bejelentették a felfedezését ilmenium néven, de ez valójában szennyezett nióbium volt. Ugyanezt a hibát követték el 1847-ben, akkor pelopium néven hivatkoztak az új elemre.

1877-ben Szergej Kern orosz vegyész bejelentette, hogy a hiányzó elemet megtalálta a platinaércben. Kern az elemre davyum néven hivatkozott (Sir Humphry Davy angol kémikus után), de kiderült, hogy ez irídium, ródium és vas keveréke. Egy újabb lehetséges jelöltről, a luciumról bebizonyosodott, hogy ittrium. 1908-ban a japán tudós, Masataka Ogawa úgy vélte, bizonyítékot talált arra nézve, hogy a hiányzó 43-as rendszámú elem a thorianit nevű ásványban van jelen. Ogawa az elemet Japán után (mely japánul Nippon) nippóniumnak nevezte el. 2004-ben Yoshihara röntgenspektroszkópiával nem tudta kimutatni az Ogawa hagyatékában talált fotólemezen őrzött mintában a keresett elemet, helyette réniumot talált.

Walter Noddack, Otto Berg és Ida Noddack publikálták a 75-ös és a 43-as rendszámú elem felfedezését 1925-ben, utóbbit mazurium névre keresztelték, mivel Noddack családja a Mazuri-tóvidékről származott.^[1] A kutatócsoport columbitot (niobit) bombázott elektronsugárral, és arra következtetett, hogy a 43-as rendszámú elem gyenge jele megtalálható a kiértékeléskor kapott röntgendiffrakciós spektrogramon. A hullámhosszak és a rendszám kapcsolatát Henry Moseley 1913-as összefüggése szolgáltatta. Későbbi kutatások nem tudták reprodukálni kísérletüket, így ma is viták tárgyát képezi, hogy valóban megtalálta-e a csoport a később technéciumnak nevezett elemet.

Hivatalos felfedezése, előfordulása

Emilio Segrè (1905-1989)

A 43-as rendszámú elem létezését hivatalosan 1936 decemberében erősítette meg a Palermói Egyetem két kutatója, Carlo Perrier és Emilio Segrè. Segrè az 1930-as évek közepén a Columbia Egyetemen és a Lawrence Berkeley National Laboratory-ban tett látogatása során rávette Ernest Lawrence amerikai Nobel-díjas fizikust, hogy az általa felfedezett ciklotronból származó radioaktív hulladékból kaphasson mintát. Lawrence molibdénfóliát bocsátott rendelkezésére a készülék deflektoráról.

Segrè rábeszélte palermói kollégáját, Perrier-t, hogy összehasonlító kémiai elemzés segítségével bizonyítsák be, hogy a molibdénnek tulajdonított aktivitás valójában a 43-as rendszámú elemtől származik. A mintából sikerült izolálniuk a technécium-95 és technécium-97 izotópokat. A technécium elnevezést 1947-ben kapta az elem. Segrè visszatérve Berkeley-be, találkozott Glenn T. Seaborg (kémiai) Nobel-díjas tudóssal, akivel sikerült izolálnia a technécium-99m-et (az „m” az elem fizikai kémiai metastabilitására utal). Segrè-t 1959-ben fizikai Nobel-díjjal jutalmazták az antiproton felfedezéséért, a technécium mellett még az asztácium (At) felfedezése is a nevéhez fűződik.

1959-ben Paul W. Merrill Kaliforniában vizsgálódva észlelte a technéciumra jellemző emissziós spektrumot az S típusú vörös óriásokból. Ezek a csillagok életük vége felé nagy mennyiségű technéciumot halmoznak fel, amelyek magreakciók jelenlétét bizonyítják. Ez a bizonyíték támasztotta alá a korábban feltételezett elméletet, miszerint a csillagokban nehéz elemek nukleoszintézise is végbemehet. Újabban bizonyították, hogy ez neutron befogásával valósul meg.

Hivatalos felfedezése után sok kutatást folytattak arra nézve, vajon megtalálható-e a Földön természetes forrású technécium. 1962-ben, Belga Kongóban sikerült izolálni rendkívül kis mennyiségben uránszurokércből (kb. 0,2 ng/kg), ahol valószínűleg urán-238 spontán hasadásával keletkezik. Arra vonatkozóan is találtak bizonyítékot, hogy az oklói természetes atomreaktor jelentős mennyiségű technécium-99-et termelt, amely azonban azóta ruténium-99-cé bomlott. Adott pillanatban a földkéregben az uránércben és tóriumércben végbemenő spontán hasadás, valamint a molibdén neutronbefogása következtében – figyelembe véve, hogy egy kilogramm urán kb. 1 nanogramm (10⁻⁹ g) technéciumot tartalmaz – mintegy 18 ezer tonna technécium található.^[2][3][4]

Tulajdonságai

Fizikai tulajdonságai

Uránérc nyomnyi mennyiségű technéciummal

A technécium ezüstszürkés, radioaktív, megjelenésében a platinához hasonlatos fém. Rendszerint szürke por formájában nyerhető ki. Az atomos technécium emissziós vonalai az alábbi hullámhosszakon található: 363,3 nm, 403,1 nm, 426,2 nm, 429,7 nm és 485,3 nm.^[5]

A fém enyhén paramágneses tulajdonságú, mely azt jelenti, hogy külső mágneses tér hatására megfelelő irányba rendeződnek a mágneses dipólusok, de a mező megszűnése után véletlenszerűen állnak be. A tiszta egykristály technécium 2-es típusú szupravezetőként működik 7,46 K alatti hőmérsékleteken.^[6] E hőmérséklet alatt a fém London-féle mágneses behatolási mélysége rendkívüli mértékben megnő, az elemek között a nióbium után a második legnagyobb értéket adja.^[7]

Kémiai tulajdonságok

A technécium a periódusos rendszer VII. B mellékcsoportjában található a rénium és a mangán között. A technécium a réniumhoz hasonlóan kémiailag inert (kevéssé reakcióképes), és kötései kovalens jellegűek.^[8] A mangántól eltérően nem alkot készségesen kationokat (pozitív töltésű ionok). Jellemző oxidációs állapotok: +4, +5, +7.^[9] A technécium oldódik királyvízben, salétromsavban és tömény kénsavban, de sósavban egyáltalán nem.^[10]

Hidridjei és oxidjai

A technécium hidrogénnel való reakciója során TcH2−9 [technéciumhidrid (II)-anion], melynek szerkezete ugyanaz, mint a ReH2−9-é. Bár a szerkezetet adó hidrogénatomok geometriai elrendeződése nem ekvivalens, az elektronszerkezet majdnem ugyanaz. A komplex ion két hidrogénatomja kicserélhető Na⁺ és K⁺-ionokra.

Technécium-hidrid

A fémtechnécium páradús levegőben könnyen korrodálódik,^[9] por alakban oxigénnel egyesül. Kétféle oxidját sikerült előállítani eddig: TcO₂ és Tc₂O₇. Oxidatív körülmények között technécium (VII)-kation keletkezhet, amely pertechnetátionként létezik (TcO−4).^[9][11] 400-450 °C között halványsárga technécium-heptoxiddá alakul:

4 Tc + 7 O₂ → 2 Tc₂O₇

A technécium-heptoxid a nátrium-pertechnetát gyártásának kiindulási anyaga (prekurzora):

Tc₂O₇ + 2 NaOH → 2 NaTcO₄ + H₂O

A fekete színű technécium-dioxid (TcO₂) a heptoxid formából nyerhető fémtechnéciummal vagy hidrogénnel történő redukcióval.

A pertechnéciumsav (HTcO₄) gyártása technécium-heptoxidból vízzel vagy más oxidáló savval, pl. salétromsavval, tömény kénsavval, királyvízzel vagy sósavas-salétromsavas eleggyel történik. A keletkező sötétvörös, higroszkópos (vízmegkötő tulajdonságú) anyag erős sav, így könnyen adja le protonját.

A pertechnetát (tetroxidotechnetát) anion (TcO−4) tetraéderes szerkezetű, a csúcsokban az oxigénatomok, a centrumban a Tc-atom helyezkedik el. A permanganátionnal ellentétben a pertechnetátion csak gyenge oxidáló reagens. A pertechnetátot gyakran használják katalizátorként, valamint a technéciumizotópok kényelmes vízoldható forrásaként.

Szulfidjai, szelenidjei, telluridjai

A technécium többféle szulfidot képez. TcS₂ előállítható fémtechnécium (Tc) és elemi kén (S₈) direkt szintézisével (közvetlen reakciójával), míg a Tc₂S₇ az alábbi reakció alapján állítható elő:

2 HTcO₄ + 7 H₂S → Tc₂S₇ + 8 H₂O

Melegítés hatására a technécium-heptaszulfid diszulfidra és elemi kénre bomlik:

Tc₂S₇ → 2 TcS₂ + 3 S

Szelénnel és tellúrral a fentiek analógiájára játszódnak le reakciók.

Klaszterek és szerves komplexek

Szerves technéciumkomplex.^[12]

Számos technéciumklaszter ismert, például a Tc₄, Tc₆, Tc₈ és Tc₁₃.^[13][14] Stabilabbak a Tc₆, Tc₈. Számos szerves technéciumkomplexet sikerült előállítani, amelyek szerkezete viszonylag jól ismert és behatóan tanulmányozott az orvostudományban való gyakorlati jelentősége miatt.

A ditechnécium-dekakarbonil (Tc₂(CO)₁₀) fehér szilárd anyag. Ebben a molekulában két technéciumatom kapcsolódik össze jóval gyengébben, mint az kovalens kötés esetében jellemző, amit a 303 pm-es viszonylag nagy kötéstávolság is igazol. A két technéciumatomot oktaéderes alakzatban veszi körül a 10 karbonilligandum, ily módon telítődnek a megfelelő s, p és d alhéjak (ehhez tehát összesen 18 elektron szükséges). A technéciumatom 7 db d-pályán tartózkodó elektront tartalmaz, ehhez hozzáadódik a karbonilligandumok 2*5 db elektronja. Mivel ebből összesen 17 elektron származik, ez pedig kedvezőtlen, ezért két technéciumatom összekapcsolódásával érhető el a héj telítettsége, így a komplex energiaminimuma.

Az ábrán látható szerves technéciumkomplexet szintén az orvostudományban hasznosítják.

Alkalmazások, élettani hatások

Az orvostudományban a technécium-99m izotópot radioaktív nyomjelzőként használják. E célra jól megfelel, mivel 140 keV-os gamma-sugárzása az orvosdiagnosztikai eszközökkel könnyen észlelhető, és felezési ideje 6,01 óra, ami azt jelenti, hogy 24 órán belül 94%-a lebomlik az emberi testben. Legalább 31-féle széles körben használt technécium-99m alapú radiofarmakont használnak az agy, szívizom, pajzsmirigy, máj, tüdő, vese, epehólyag, a csontrendszer, a vér és tumorok funkcionális és képalkotó vizsgálatában.^[15]

Az orvostudományon kívül felhasználják még a vegyiparban katalizátorként. Néhány esetben, pl. izopropanol dehidrogénezése során hatékonyabb, mint a rénium vagy a palládium.^[16] A kálium-pertechnetát 55 ppm-nyi koncentrációban megakadályozza az acél korrózióját vízbe merítés esetén akár 250 °C-ig is.^[17]

A hosszabb (61 nap) felezési idejű technécium-95m izotóp segítségével az állat- és növényvilágban a technécium mozgását tanulmányozzák, követik nyomon.^[18]

A technéciumnak nincs természetes biológiai szerepe, és nem található meg az emberi testben.^[10] Kémiai toxicitása csekély. Egy vizsgálatban, melynek során patkányokat több héten át akár 15 μg/g technécium-99 tartalmú táplálékkal etettek, nem tapasztaltak jelentős elváltozást a vérösszetételben, a test vagy szervek tömegében, valamint az étkezési szokásokban sem.^[19]

A radiológiai toxicitás függ a szóban forgó vegyülettől, a felezési időtől és a sugárzás típusától.^[20] Mindegyik izotópjával óvatosan kell bánni. A technécium-99 gyenge béta-sugárzó anyag, amelyet már a laboratóriumi üvegfal is elnyel. Az elsődleges kockázatot a technécium porának belélegzése okozza, amely jelentős mértékben járulhat hozzá rák kialakulásához. A biztonságos munkához többnyire elegendő az elszívófülke, kesztyűsbox használata nem szükséges.^[21]

Jegyzetek

1. Természet Világa 2012 (143. évf.), 12. sz. 568. o. Makra Zsigmond: Az "atomkor" kezdete
2. Emsley, J.. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. New York: Oxford University Press, 422–425. o. (2001. november 4.). ISBN 978-0-19-850340-8
3. (1997. november 4.) „Analysis of Naturally Produced Technetium and Plutonium in Geologic Materials”. Analytical Chemistry 69 (9), 1692–9. o. DOI:10.1021/ac961159q. PMID 21639292.
4. (1999. november 4.) „Nature's uncommon elements: plutonium and technetium”. Geochimica et Cosmochimica Acta 63 (2), 275. o. DOI:10.1016/S0016-7037(98)00282-8.
5. Lide, David R.. Line Spectra of the Elements, The CRC Handbook. CRC press, 10–70 (1672). o. (2004–2005). ISBN 978-0-8493-0595-5
6. Schwochau 2000, p. 96
7. Autler, S. H.. „Technetium as a Material for AC Superconductivity Applications”, Proceedings of the 1968 Summer Study on Superconducting Devices and Accelerators (Hozzáférés: 2009. május 5.)
8. Greenwood 1997, p. 1044
9. Husted, R.: Technetium. Periodic Table of the Elements. Los Alamos National Laboratory, 2003. december 15. (Hozzáférés: 2009. október 11.)
10. Hammond, C. R.. The Elements, Handbook of Chemistry and Physics, 81st, CRC press (2004). ISBN 0-8493-0485-7
11. Rimshaw, S. J..szerk.: Hampel, C. A.: The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Reinhold Book Corporation, 689–693. o. (1968)
12. 3,3,9,9-Tetramethyl-4,8-diazaundecane-2,10-dione dioximato-oxotechnetium(V) [TcO(pnao)]; Schwochau 2000, p. 176
13. Cotton 1999, p. 985
14. Fundamental world of quantum chemistry: a tribute to the memory of Per-Olov Löwdin. Springer, 479. o. (2003). ISBN 1-4020-1286-1
15. Schwochau 2000, p. 414
16. Schwochau 2000, pp. 87–90
17. Emsley 2001, p. 425
18. Schwochau 2000, pp. 12–27
19. Desmet, G.; Myttenaere, C.; Commission of the European Communities. Radiation Protection Programme, France. Service d'études et de recherches sur l'environnement, United States. Dept. of Energy. Office of Health and Environmental Research. Technetium in the environment. Springer, 1986, 392–395. o. (1986. május 31.). ISBN 0-85334-421-3
20. Schwochau 2000, pp. 371–381
21. Schwochau 2000, p. 40

Fordítás

• Ez a szócikk részben vagy egészben a Technetium című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

További információk

• a magyar Wikipédia technéciumot tartalmazó vegyületeinek listája külső keresővel

Kapcsolódó szócikkek

• A technécium izotópjai

• Kémiaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap