Технеций
Технеций (лат. Technetium), Тс, радиоактивный химический элемент VII
группы периодической системы Менделеева, атомный номер 43, атомная масса
98, 9062; металл, ковкий и пластичный.
Технеций стабильных изотопов не имеет. Из радиоактивных изотопов (около
20) практическое значение имеют два: 99Тс и 99mTc с периодами
полураспада соответственно Т1/2 = 2,12 *105лет и T1/2 = 6,04 ч. В
природе элемент находится в незначительных количествах – 10-10 г в 1 т
урановой смолки.
Физические и химические свойства.
.
По химическим свойствам Tc близок к Mn и особенно к Re, в соединениях
проявляет степени окисления от -1 до +7. Наиболее устойчивы и хорошо
изучены соединения Tc в степени окисления +7. При взаимодействии
Технеция или его соединений с кислородом образуются окислы Tc2O7 и TcO2,
с хлором и фтором – галогениды ТсХ6, ТсХ5, ТсХ4, возможно образование
оксигалогенидов, например ТсО3Х (где Х – галоген), с серой – сульфиды
Tc2S7 и TcS2. Технеций образует также технециевую кислоту HTcO4 и её
соли пертехнаты MеTcO4 (где Ме – металл), карбонильные, комплексные и
металлорганические соединения. В ряду напряжений Технеций стоит правее
водорода; он не реагирует с соляной кислотой любых концентраций, но
легко растворяется в азотной и серной кислотах, царской водке, перекиси
водорода, бромной воде.
Получение.
Основным источником Технеция служат отходы атомной промышленности.
Выход 99Tc при делении 235U составляет около 6%. Из смеси продуктов
деления Технеций в виде пертехнатов, окислов, сульфидов извлекают
экстракцией органическими растворителями, методами ионного обмена,
осаждением малорастворимых производных. Металл получают восстановлением
водородом NH4TcO4, TcO2, Tc2S7 при 600-1000 0С или электролизом.
Применение.
Технеций – перспективный металл в технике; он может найти применение как
катализатор, высокотемпературный и сверхпроводящий материал. Соединения
Технеция. – эффективные ингибиторы коррозии. 99mTc используется в
медицине как источник g-излучения. Технеций радиационноопасен, работа с
ним требует специальной герметизированной аппаратуры.
История открытия.
Еще в 1846 году работавший в России химик и минералог Р. Герман нашел в
Ильменских горах на Урале неизвестный ранее минерал, названный им
иттроильменитом. Ученый не успокоился на достигнутом и попытался
выделить из него новый химический элемент, который, как он считал,
содержится в минерале. Но не успел он открыть свой ильмений, как
известный немецкий химик Г. Розе, «закрыл» его, доказав ошибочность
работ Германа.
Спустя четверть века ильмений снова появился на авансцене химии – о нем
вспомнили как о претенденте на роль «эка – марганца», который должен был
занять пустовавшее в периодической системе место под номером 43. Но
репутация ильмения была сильно «подмочена» работами Г. Розе, и, несмотря
на то, что многие его свойства, в том числе и атомный вес, вполне
подходили для элемента № 43, Д. И. Менделеев не стал оформлять ему
прописку в своей таблице. Дальнейшие исследования окончательно убедили
научный мир в том, что ильмений может войти в историю химии лишь с
печальной славой одного из многочисленных лжеэлементов.
Поскольку свято место пусто не бывает, претензии на право занять его
появлялись одна за другой. Дэвий, люций, ниппоний – все они лопались,
словно мыльные пузыри, едва успев появиться на свет.
Но вот в 1925 году немецкие ученые супруги Ида и Вальтер Ноддак
опубликовали сообщение о том, что ими обнаружены два новых элемента –
мазурий (№ 43) и рений (№ 75). К рению судьба оказалась благосклонной:
он тут же был узаконен в правах и незамедлительно занял приготовленную
для него резиденцию. А вот к мазурию фортуна повернулась спиной: ни его
первооткрыватели, ни другие ученые не могли научно подтвердить открытие
этого элемента. Правда, Ида Ноддак заявила, что «в скором времени
мазурий, подобно рению, можно будет покупать в магазинах», но химики,
как известно, словам не верят, а других, более убедительных
доказательств супруги Ноддак представить не могли, – список
«лжесороктретьих» пополнился еще одним неудачником.
В этот период некоторые ученые начали склоняться к мысли, что далеко не
все элементы, предсказанные Менделеевым, в частности элемент № 43,
существуют в природе. Может быть, их просто нет и незачем понапрасну
терять время и ломать копья? К такому выводу пришел даже крупный
немецкий химик Вильгельм Прандтль, наложивший «вето» на открытие
мазурия.
Внести ясность в этот вопрос позволила младшая сестра химии – ядерная
физика, успевшая уже к тому времени завоевать прочный авторитет. Одна из
закономерностей этой науки (замеченная в 20-х годах советским химиком С.
А. Щукаревым и окончательно сформулированная в 1934 году немецким
физиком Г. Маттаухом) называется правилом Маттауха – Щукарева, или
правилом запрета.
Смысл его заключается в том, что в природе не могут существовать два
стабильных изобара, ядерные заряды которых отличаются на единицу.
Другими словами, если у какого – либо химического элемента есть
устойчивый изотоп, то его ближайшим соседям по таблице «категорически
запрещается» иметь устойчивый изотоп с тем же массовым числом. В этом
смысле элементу № 43 явно не повезло: его соседи слева и справа –
молибден и рутений – позаботились о том, чтобы все стабильные вакансии
близлежащих «территорий» принадлежали их изотопам. А это означало, что
элементу № 43 выпала тяжкая доля: сколько бы изотопов он не имел, все
они обречены на неустойчивость, и, таким образом, им приходилось
непрерывно – днем и ночью – распадаться, хотели они того или нет.
Резонно предположить, что когда – то элемент № 43 существовал на Земле в
заметных количествах, но постепенно исчез, как утренний туман. Так
почему же в таком случае до наших дней сохранились уран и торий? Ведь
они тоже радиоактивны и, следовательно, с первых же дней своей жизни
распадаются, как говорится, медленно, но верно? Но именно в этом и
кроется ответ на наш вопрос: уран и торий только потому и сохранились,
что распадаются медленно, значительно медленнее, чем другие элементы с
естественной радиоактивностью (и все же за время существования Земли
запасы урана в ее природных кладовых уменьшились примерно в сто раз).
Расчеты американских радиохимиков показали, что неустойчивый изотоп того
или иного элемента имеет шансы, дожить в земной коре с момента
«сотворения мира» до наших дней только в том случае, если его период
полураспада превышает 150 миллионов лет. Забегая вперед, скажем, что
когда были получены различные изотопы элемента № 43, выяснилось, что
период полураспада самого долгоживущего из них лишь немногим больше двух
с половиной миллионов лет, и, значит, последние его атомы перестали
существовать, видимо, даже задолго до появления на Земле первого
динозавра: ведь наша планета «функционирует» во Вселенной уже примерно
4,5 миллиарда лет.
Стало быть, если ученые хотели «пощупать» своими руками элемент № 43,
его нужно было этими же руками и создавать, поскольку природа давно
внесла его в списки пропавших. Но по плечу ли науке такая задача?
Да, по плечу. Это впервые экспериментально доказал еще в 1919 году
английский физик Эрнест Резерфорд. Он подверг ядро атомов азота
ожесточенной бомбардировке, в которой орудиями служили все время
распадавшиеся атомы радия, а снарядами – образующиеся при этом альфа –
частицы. В результате длительного обстрела ядра атомов азота пополнились
протонами и он превратился в кислород.
Опыты Резерфорда вооружили ученых необыкновенной артиллерией: с ее
помощью можно было не разрушать, а создавать – превращать одни вещества
в другие, получать новые элементы.
Так почему бы не попытаться добыть таким путем элемент № 43? За решение
этой проблемы взялся молодой итальянский физик Эмилио Сегре. В начале 30
– х годов он работал в Римском университете под руководством уже тогда
знаменитого Энрико Ферми. Вместе с другими «мальчуганами» (так Ферми
шутливо называл своих талантливых учеников) Сегре принимал участие в
опытах по нейтронному облучению урана, решал многие другие проблемы
ядерной физики. Но вот молодой ученый получил заманчивое предложение –
возглавить кафедру физики в Палермском университете. Когда он приехал в
древнюю столицу Сицилии, его ждало разочарование: лаборатория, которой
ему предстояло руководить, была более чем скромной и вид ее отнюдь не
располагал к научным подвигам.
Но велико было желание Сегре глубже проникнуть в тайны атома. Летом 1936
года он пересекает океан, чтобы побывать в американском городе Беркли.
Здесь, в радиационной лаборатории Калифорнийского университета уже
несколько лет действовал изобретенный Эрнестом Лоуренсом циклотрон –
ускоритель атомных частиц. Сегодня это небольшое устройство показалось
бы физикам чем – то вроде детской игрушки, но в то время первый в мире
циклотрон вызывал восхищение и зависть ученых из других лабораторий (в
1939 году за его создание Э. Лоуренс был удостоен Нобелевской премии).
Незаметно подошел к концу срок пребывания Сегре в США. Трудно ему было
расставаться с циклотроном – о подобном оборудовании он не мог тогда и
мечтать. Незадолго до отъезда ученому пришла в голову интересная мысль:
захватить с собой в Италию пластинку молибдена, на которую в течение
нескольких месяцев обрушивался мощный поток ускоренных на циклотроне
дейтронов – ядер тяжелого водорода (дейтерия). Лоуренс охотно пошел
навстречу своему коллеге, и тот вернулся в Палермо с несколькими
образцами невзрачного на вид, но драгоценного молибдена.
Зачем же они понадобились Сегре? «У нас были веские основания думать, –
писал он впоследствии, – что молибден после бомбардировки его дейтронами
должен превратиться в элемент с номером 43…» В самом деле, ведь атом
молибдена имеет в своем ядре 42 протона. Если дейтрон, состоящий из
протона и нейтрона, сумеет проникнуть в ядро атома молибдена, то в нем
окажется уже 43 протона, т. е. как раз столько, сколько должно быть в
ядре элемента № 43.
Казалось бы, все просто, но попробуй докажи это экспериментальным путем.
Как бы то ни было, в январе 1937 года Сегре и его помощник минералог
Карло Перье засучили рукава и приступили к делу.
Прежде всего они выяснили, что заокеанский молибден излучает бета –
частицы – быстрые ядерные электроны. Значит, в нем действительно «сидит»
радиоактивный изотоп, но какой именно? Это может быть изотоп как самого
молибдена, так и других элементов, например циркония, ниобия, рутения
или искомого «сорок третьего».
В результате скрупулезного химического «расследования» все элементы,
кроме последнего, сумели доказать свою полную непричастность к бета –
излучению. После их удаления ученые получили, наконец, долгожданный «эка
– марганец». Правда, получили – пожалуй, слишком громко сказано: как
выяснилось несколько позднее, они имели дело всего с 0,0000000001 грамма
нового вещества. Впрочем, для физиков одна десятимиллиардная доля грамма
– не так уж и мало: открытие менделевия (№ 101) было зарегистрировано,
когда удалось «добыть» всего 17 атомов этого элемента. Для наглядности
приведем такой пример: если все атомы железа, содержащиеся в крохотной
булавочной головке, равномерно распределить по поверхности земного шара,
то на каждом квадратном метре «обоснуется» добрый десяток миллионов)
атомов.
Итак, в июне 1937 года искусственным путем ученым удалось воссоздать
первый из «вымерших» на Земле химических элементов. Не мудрствуя лукаво,
Э. Сегре и К. Перье назвали сорок третий элемент технецием, что в
переводе с греческого («техникос») значит искусственный.
Хотя технеция в руках ученых было, скажем прямо, не густо, они все же
сумели определить некоторые свойства нового элемента и убедились, что он
родственник рения, причем довольно близкий.
Вполне понятно, как велико было желание химиков и физиков всего мира
узнать побольше подробностей об искусственном новоселе таблицы
Менделеева. Но чтобы изучать технеций, нужно было его иметь. Все
понимали, что на облученный молибден рассчитывать не приходилось:
слишком беден он был технецием. Требовалось подыскать более подходящую
кандидатуру на роль поставщика этого элемента.
Поиски продолжались недолго: уже в 1940 году все тот же Сегре и его
ассистентка By Цзяньсюн обнаружили, что один из самых долгоживущих
изотопов технеция в довольно солидных количествах присутствует в так
называемых «осколках», образующихся при делении урана в результате
облучения его нейтронами (этот процесс лежит в основе работы ядерных
реакторов). На один килограмм «осколков» приходится несколько граммов
технеция – тут уже есть о чем поговорить всерьез. Неудивительно, что
ядерные реакторы стали по совместительству своеобразными «фабриками»,
производящими технеций.
Поначалу продукция этих «фабрик» – тяжелый тугоплавкий серебристо –
белый металл – стоила, прямо скажем, дороговато – в тысячи раз дороже
золота. Но атомная энергетика развивалась весьма энергично (на то она и
энергетика!). С каждым годом «сжигалось» все больше ядерного топлива, и
урановые «осколки» постепенно становились не столь дефицитным товаром,
как прежде. Цена на технеций начала резко падать. Однако процесс
извлечения его из радиоактивных «осколков» очень и очень сложен, поэтому
еще в 1965 году каждый грамм «синтетического» металла оценивался на
мировом рынке в 90 долларов. Но производство его определялось уже не
долями миллиграмма, а десятками и сотнями килограммов, и ученые могли
теперь всесторонне изучить его свойства, попытаться определить возможные
сферы его будущей деятельности.
Важнейшая профессия технеция определилась довольно быстро: борьба с
коррозией. Эта коварная «хищница» наносит человечеству огромный ущерб,
безжалостно съедая каждый год десятки миллионов тонн стали. Металлурги,
правда, умеют варить нержавеющую сталь – «блюдо», которое коррозии не по
зубам. Но, во – первых, такая сталь значительно дороже обычной; во –
вторых, стали всякие нужны, а сделать металл одновременно и нержавеющим,
и, например, износостойким не всегда возможно; наконец, в – третьих,
просто не напастись столько хрома и никеля, без которых «нержавейку» не
сваришь, как не приготовишь уху без рыбы. Металловеды, химики, физики
постоянно ищут способы умерить аппетит коррозии, сделать ее менее
прожорливой.
Решить антикоррозионную проблему не так – то просто, но успехов на этом
поприще уже немало. Ученые обнаружили, в частности, что некоторые
вещества обладают ценнейшими свойствами: они делают поверхность металла
химически пассивной и, таким образом, надежно предохраняют изделия от
коррозии. Эти вещества получили название ингибиторов (от латинского
слова «ингибире» – тормозить, удерживать). Самым способным из них
оказался технеций: он обладает наибольшим ингибирующим эффектом. Если
стальную деталь обработать раствором, в котором присутствуют едва
уловимые количества пертехнатов (солей технециевой кислоты) – всего
стотысячные доли процента, то она окажется неприступной крепостью для
ржавчины. Даже значительный нагрев (до 250°С) не в силах при этом помочь
«агрессору».
Немалый интерес представляет еще одно ценное свойство технеция.
Известно, что вблизи абсолютного температурного нуля (-273,16°С) многие
металлы становятся сверхпроводниками, т. е. практически перестают
оказывать какое бы то ни было сопротивление прохождению электрического
тока. Чем выше точка перехода в сверхпроводящее состояние (так
называемая критическая температура), тем большие перспективы сулит это
свойство технике. В этом отношении у технеция нет конкурентов: он
совершенно беспрепятственно проводит ток при 8,24 К (-264,92°С), в то
время как другим металлам для этого нужно еще немного «поостыть».
Ученые не теряют надежды найти технеций в земной коре, поскольку
теоретически можно предположить, что «осколки» урана образуются и в
природных кладовых этого элемента; кроме того, не исключена возможность
появления технеция в различных горных породах, содержащих молибден,
рутений, ниобий: их изотопы под действием космических нейтронов,
достигающих Земли, способны превращаться в изотопы элемента № 43.
И все же возлагать большие надежды на нашу планету, пожалуй, не
приходится. Вот почему многие исследователи в поисках технеция обратили
свой взор (в буквальном смысле) на другие небесные тела. Еще в 1951 году
американский астроном Шарлотта Мур опубликовала сенсационное сообщение:
спектральным анализом технеций обнаружен на Солнце. Спустя год
английский астрофизик Р. Мерилл нашел линии этого элемента в спектре
некоторых звезд из созвездий Андромеды и Кита. Правда, дальнейшими
исследованиями открытие Мур не подтвердилось, зато существование
технеция на далеких звездах неопровержимо доказывали сотни спектрограмм.
Но самое удивительное было в том, что звездные запасы этого элемента
оказались вполне сопоставимыми с содержанием циркония, ниобия,
молибдена. Может быть, технеций из созвездия Андромеды, в отличие от
земного, стабилен и потому распаду не подлежит? Нет, это исключено.
Тогда, возможно, звезды, о которых идет речь, намного моложе земли и
технеций еще просто не успел превратиться в другие элементы? И такая
версия отпадает, потому что эти звезды и наша планета принадлежат к
одному «поколению».
В таком случае напрашивается единственный вывод: внутри некоторых
небесных тел технеций образуется и в настоящее время. Как это
происходит, наука еще не может точно объяснить, а лишь выдвигает ряд
гипотез. Видимо, в процессе эволюции звезд в их недрах непрерывно
протекают термоядерные реакции и в результате на свет рождаются
различные химические элементы.
Содержание
1) Общие сведения.
2) Химические и физические свойства.
3) Получение.
4) Применение.
5) История открытия.
Уральский химико-технологический колледж.
Реферат
На тему: «Технеций».
Преподаватель
Ваганова Е.В.
Студент
Группы ХТОВ-01
Иванов С.А.
2004г.
Список литературы
Котегов К. В., Павлов О. Н., Шведов В. П., Технеций, М., 1965; Получение
Тс99 в виде металла и его соединений из отходов атомной промышленности,
в кн.: Производство изотопов, М., 1973.
Химия (справочное издание) / В. Шретер, К. Лаутеншлегер.: Пер. с
Немецкого – М.: Химия, 1989. – Пер. изд.: ГДР, 1986г.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
