Технеций

Технеций

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 Ч105лет 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.

Металлический Технеций в виде порошка имеет серый цвет (напоминает Re, Mo,

Pt); компактный металл (слитки плавленого металла, фольга, проволока)

серебристо-серого цвета. Технеций в кристаллическом состоянии имеет

гексагональную решётку плотной упаковки (а = 2,735 [pic], с = 4,391 [pic]);

в тонких слоях (менее 150 [pic]) - кубическую гранецентрированную решётку

(а = 3,68 ? 0,0005 [pic]); плотность Т. (с гексагональной решёткой) 11,487

г/см3, tпл 2200 ? 50 ?С; tkип 4700 ?С; удельное электросопротивление 69 *

10-6 омЧсм (100 ?С); температура перехода в состояние сверхпроводимости Тс

8,24 К. Технеций парамагнитен; его магнитная восприимчивость при 25 0С -

2,7 * 10-4. Конфигурация внешней электронной оболочки атома Тс 4d55s2;

атомный радиус 1,358 [pic]; ионный радиус Тс7+ 0,56 [pic].

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

1) 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.

2) Химия (справочное издание) / В. Шретер, К. Лаутеншлегер.: Пер. с

Немецкого – М.: Химия, 1989. – Пер. изд.: ГДР, 1986г.