Технеций

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Технеций
← Молибден | Рутений →
43 Mn
↑
Tc
↓
Re
Периодическая система элементовВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесон
Периодическая система элементов
43Tc
Внешний вид простого вещества
Образец элементарного технеция
Свойства атома
Название, символ, номер Техне́ций / Technetium (Tc), 43
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]
Мол. теплота плавления 23,8 кДж/моль
Мол. 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

Техне́ций (

атомным номером
43.

изотопов[2]. Первый из синтезированных химических элементов. Причина нестабильности элемента со столь малым номером состоит в том, что в соответствии с правилом запрета Маттауха — Щукарева
каждый его изотоп относительно быстро распадается с образованием атома соседнего элемента.

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 распространённым природным изотопом является 99Tc. Весь остальной технеций на Земле произведён синтетически как продукт деления урана-235 и других делящихся ядер в ядерных реакторах всех типов (энергетических, военных, исследовательских 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 займёт 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[3]. 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)[4]. Группа бомбардировала колумбит пучком электронов и определила присутствие 43-го элемента, изучив рентгеновские эмиссионные спектрограммы[5]. 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[6][7]. Тем не менее, в 1933 году в серии статей об открытии 43-го элемента элемент назывался мазурием[8]. Вопрос о том, действительно ли команда Ноддак в 1925 году открыла 43-й элемент, всё ещё обсуждается[9].

C развитием

США, а затем был обнаружен в Палермо в Италии: 13 июня 1937 года датируется заметка итальянских исследователей К. Перрье[исп.] и Э. Сегре в журнале «Nature», в которой указано, что в этой мишени содержится элемент с атомным номером 43[10]. Название «технеций» новому элементу было предложено первооткрывателями в 1947 году[11][12]. До 1947 года помимо предложенного Д. И. Менделеевым названия «эка-марганец» (то есть, «следующий за марганцем») применялось также название «мазурий» (лат. Masurium, обозначение — Ma)[13]
.

В

ядерного синтеза[16], ныне подобные звёзды называются технециевыми звёздами
.

Происхождение названия

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

Нахождение в природе

На Земле до создания атомной промышленности встречался только в следовых количествах в молибденовых рудах (как продукт активации молибдена космическими лучами) и в

урановых рудах, 5⋅10−10 г на 1 кг урана, как продукт спонтанного деления урана-238. В настоящее время является значимым компонентом радиоактивных отходов, накапливается ежегодно в количестве более 10 тонн/год. В России и в других странах, занимающихся переработкой ядерного топлива АЭС и пропульсационных атомных реакторов, существуют программы по снижению мобильности технеция [17], либо по его реакторной ядерной трансмутации в стабильный рутений
-100.

В естественном ядерном реакторе деления Окло имеются доказательства того, что за время его работы значительные количества технеция-99 были произведены и с тех пор естественным образом распались до рутения-99[источник не указан 92 дня].

Методами спектроскопии выявлено содержание технеция в спектрах некоторых звёзд — красных гигантов (технециевые звёзды), что заставило астрономов скорректировать теорию развития вселенной.

Физические свойства

Полная электронная конфигурация атома технеция: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d55s2

Технеций —

металл. В компактном виде он — металл серебристо-серого цвета с гексагональной решёткой (a = 2,737 Å, с = 4,391 Å)[18],тогда как нанодисперсный металл, образующийся при восстановлении на высокодисперсном носителе[19][20] или при электролитическом осаждении на поверхности фольги[21] (a = 3.7 — 3.9 Å) en:Technetium
. С спектре ЯМР-Tc-99 нанодисперсного технеция отсутствует расщепление полосы поглощения [22], в то время как гексагональный объемный технеций имеет спектр Tc-99-ЯМР, разделенный на 9 сателлитов[20]. 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 [23]. Благодаря высокой механической прочности и высокой температуре плавления является хорошим материалом для мишеней при облучении в реакторе[24][25] или на ускорителе [24]. При невысоком атомном номере его плотность выше, чем у свинца.

Химические свойства

Находясь в седьмой группе периодической системы Д. И. Менделеева, технеций по химическим свойствам немного похож на марганец и довольно близок к рению. В соединениях проявляет девять целочисленных степеней окисления от −1 до +7 и ещё 5 дробных (таких как 2,5[26], 1,81, 1,67, 1,625, 1,5[27]), характерных для кластерных соединений технеция (с обобществлённой системой атомов металл-металл, связанных, тем не менее, с другими лигандами). При взаимодействии с водородом при высоком давлении образует гидрид TcH1,3[28]. При взаимодействии с кислородом образует оксиды Tc2O7 и TcO2. Пример:

С

координационных и элементоорганических соединений. Образует полиоксотехнетаты — новый подкласс неорганических соединений, относящийся к классу полиоксометаллатов[34], и имеющий состав (H7O3)4Tc20O68·4H2O[35]
.

В ряду напряжений технеций стоит правее водорода, между медью и рутением[36]. Он не реагирует с соляной, но легко растворяется в азотной кислоте. В таких кислотах, как серная или фосфорная, технеций растворяется только в присутствии окислителя, например — перекиси водорода, обычно, в водных растворах, с образованием пертехнетата, однако в неводных средах, в зависимости от условий, образует пероксоанионы[37], пероксид технеция[38][39], или дипероксотехнециевую кислоту[40]. Пример:

В рамках университетских курсов для определения степени окисления технеция в соединениях рекомендовано использовать сложные теории строения молекул, например, теорию молекулярных орбиталей или ab initio квантовохимические методы, которые позволяют более точно оценивать конфигурации атомов технеция в молекулах и распределение зарядов в них без привлечения сравнительно устаревших понятий валентности и степени окисления. Строение многих сложных химических соединений можно объяснить только с использованием современных квантовохимических методов, например кластерный хлорид технеция [(CH3)4N]3[Tc6Cl14], в котором 6 из 14 атомов хлора формально двухвалентны, а степени окисления — дробные[41].

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 Фёдоровны Кузиной совместно с работниками ПО «Маяк»[42].

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[43].

Изотопы

Основная статья: Изотопы технеция

Радиоактивные свойства некоторых изотопов технеция[44]:

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 в компьютерной томографии[45]. Для применения технеция разрабатываются различные радиофармацевтические препараты, причем для изменения липофильности и специфической органотропности варьируют длину углеводородного заместителя, которая также влияет на стабильность и межмолекулярные взаимодействия внутри кристаллов РФП, [46].

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 [47].

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 [48]. 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.

Будучи близок к благородным металлам технеций мало поддается коррозии, а при биообрастании зафиксировано его способность к самоочищению вследствии радиотоксического действия на биоту[49].

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 Technetium: physical properties (англ.). WebElements. Дата обращения: 16 августа 2013. Архивировано 26 июля 2013 года.
  2. ↑ Александр Южанин, 200 тысяч лет тому вперёд // Вестник Атомпрома, 2019.
  3. ↑ Jonge; Pauwels, E. K. (1996). Technetium, the missing element. European Journal of Nuclear Medicine. 23 (3): 336–44. doi:10.1007/BF00837634. PMID 8599967.
  4. ↑ van der Krogt, P. Technetium. Elentymolgy and Elements Multidict. Дата обращения: 5 мая 2009. Архивировано 23 января 2010 года.
  5. ↑ 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
  6. ↑ Armstrong, J. T. (2003). Technetium. Chemical & Engineering News. 81 (36): 110. doi:10.1021/cen-v081n036.p110. Архивировано 6 октября 2008. Дата обращения: 11 ноября 2009.
  7. ↑ Nies, K. A. (2001). Ida Tacke and the warfare behind the discovery of fission. Архивировано из оригинала 9 августа 2009. Дата обращения: 9 февраля 2022.
  8. ↑ 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.
  9. ↑ 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.
  10. doi:10.1038/140193b0
    .
  11. ↑ Трифонов Д. Н. От элемента 43 до антипротона // Химия. — 2005. — № 19. Архивировано 7 апреля 2014 года.
  12. doi:10.1038/159024a0. — Bibcode: 1947Natur.159...24P. — PMID 20279068
    .
  13. ОГИЗ - Государственное социально-экономическое издательство
    , 1941. — С. 299—303.
  14. ↑ 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. Архивировано 6 апреля 2015 года.
  15. doi:10.1086/145589. — Bibcode: 1952ApJ...116...21M. Архивировано
    7 апреля 2014 года.
  16. 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
    .
  17. doi:10.1007/BF02039772
    .
  18. ↑ Ольга Макарова, Михаил Волков. Искусственный химический элемент технеций и его польза. ИФХЭ РАН (29 марта 2024). Дата обращения: 1 февраля 2025.
  19. ↑ Обручникова Я.А., Герман К.Э., Попова Н.Н., Тарасов В.П., Тананаев И.Г. Изучение условий образования нанофаз технеция с d-элементами, определение их состава и строения // Вопросы радиационной безопасности. — 2013. — 14 сентября. — С. 3-8. —
    ISSN 1816-9643
    .
  20. ↑
    Ошибка: Неверный DOI!]. Архивировано
    3 января 2022 года.
  21. ↑ 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.
  22. doi:10.1038/s42004-024-01349-2
    .
  23. ↑ 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..
  24. ↑ 1 2 Михаил Волков, Антон Новиков, Анастасия Ситанская, Надежда Легкодимова, Дарья Фролкова, Рамиз Алиев, Константин Герман. История разработки циклотронных мишеней из технеция и получения рутения-97 по реакции 99Tc(p,3n)97Ru в работах ИФХЭ и ОИЯИ/ в книге From the origins to the present in physical chemistry, radiochemistry and electrochemistry - according to the work of scientific and educational centers. To the 70th Anniversary of the Laboratory of Radiochemical Research / К.Э. Герман. — М.: Издательский дом Граница, 2022. — С. 39-108. — 720 с.
  25. doi:10.1016/j.jnucmat.2023.154711
    .
  26. ↑ Крючков С.В., Герман К.Э, Симонов А.Е. Термическая устойчивость кластерных соединений технеция (англ.) // Координатная химия : журнал. — 1991. — No. 17. — P. 480 - 488.
  27. ↑ Герман К.Э., Крючков С.В. Полиядерные галогенидные кластеры технеция // Журнал неорганической химии : Журнал. — 2002. — Т. 47, № 4. — С. 654-660.
  28. doi:10.1103/PhysRevB.107.064102
    .
  29. ↑ Joseph A. RARD et all. NEA-TDB. CHEMICAL THERMODYNAMICS OF TECHNETIUM (англ.) / J.Rard. — Livermore, California - Bruxels, Netherland: NUCLEAR ENERGY AGENCY - ORGANISATION FOR ECONOMIC CO-OPERATION AND DEVELOPMENT, 1999.
  30. ↑
    doi:10.1039/D3DT03235C
    .
  31. ↑ РАН, ИФХЭ. В ИФХЭ РАН синтезировали и исследовали новые гексагалотехнетаты. Naked Science (13 декабря 2023). Дата обращения: 23 мая 2024. Архивировано 23 мая 2024 года.
  32. ↑ Герман К.Э., Крючков С.В., Кузина А.Ф., Спицын В.И. Синтез и свойства новых хлоридных многоядерных кластеров технеция // Доклады Академии наук СССР : журнал. — 1986. — Т. 288, № 2. — С. 381—384. Архивировано 3 июля 2022 года.
  33. doi:10.7868/S0044457X16110064
    .
  34. ↑ Герман К.Э., Лебедев В.В., Белова Е.В. Как красная модификация технециевой кислоты оказалась первым примером полиоксотехнетата в химии технеция, окончательно разрешив вопрос, стоявший более 70 лет // РЕТРОАНАЛИЗ И ГЕНЕЗИС ПОДХОДОВ К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ, РАДИОХИМИИ И ЭЛЕКТРОХИМИИ В РАБОТЕ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ЦЕНТРОВ : Сборник - коллективная монография. — 2021. — С. 452—478. Архивировано 28 февраля 2023 года.
  35. doi:10.1002/chem.202102035
    .
  36. ↑ Joseph A. Rard, Malcolm H. Rand, Giorgio Anderegg, Hans Wanner. Chemical Thermodynamics of Technetium / Edited by M.C. Amaia Sandino and Erik Östhols. — 11. — 1999.
  37. doi:10.1134/S0012501608050096
    .
  38. ↑ К.Э. Герман, Д.В. Фролкова. Способ стабилизации неустойчивых пероксидов технеция в растворах крепких кислот // Афанасьев А. В., Белова Е. В., Бунин Д. А. и др. Ретроанализ и генезис подходов к решению проблем физической химии, радиохимии и электрохимии в работе научно-образовательных центров : Монография / К. Э. Герман; Министерство науки и высшего образования РФ, Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина Российской академии наук. — М.: Граница, 2021. — 11 ноября. — С. 332-352. — ISBN 978-5-9933-0346-8.
  39. doi:10.1007/s10967-014-3434-1
    .
  40. doi:10.1002/ejic.201300383. Архивировано
    23 апреля 2024 года.
  41. ↑ Герман К.Э., Крючков С.В., Кузина А.Ф., Спицын В.И. Синтез и свойства новых хлоридных кластеров технеция // Доклады Академии Наук СССР : журнал. — 1986. — 1 февраля (т. 288, № 2). — С. 381—384. Архивировано 27 декабря 2021 года.
  42. ↑ (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.
  43. ↑ 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
  44. ↑ NuDat 2.8. National Nuclear Data Center. Дата обращения: 7 декабря 2020. Архивировано 27 ноября 2020 года.
  45. ↑ И. А. Леенсон. Технеций: что нового. «Химия и жизнь — XXI век», 2008, № 12
  46. ↑ В ИФХЭ РАН изучили последовательность гомологичных соединений технеция с алкоксильными группами. www.phyche.ac.ru. Дата обращения: 22 июля 2024. Архивировано 22 июля 2024 года.
  47. ↑ Перетрухин В.Ф., Ровный С.И., Ершов В.В., Герман К.Э., Козарь А.А. Получение металлического технеция для трансмутации в рутений (англ.) // Журнал неорганической химии : Журнал. — Москва: ФГБУ "Издательство "Наука", 2002. — Т. 47, вып. 5. — С. 722-728.
  48. doi:10.2174/1874471016666230307113045. Архивировано
    8 марта 2023 года.
  49. doi:10.1080/08927014.2024.2413633
    .

Литература

Венецкий С.И. Возрожденный "динозавр" (Технеций) // О редких и рассеянных (Рассказы о металлах). — Москва: Металлургия, 1980. — 184 с. — 200 000 экз.

Ссылки

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Технеций&oldid=144902437