Technetium: den første kunstige element, der har reddet millioner af liv

I Dmitrij Ivanovich Mendelejevs periodiske tabel findes der en celle med nummer 43. I mange år var den tom. Dens beboer ville ikke give sig til kemikere i det 19. århundrede, og den skjulte sig for de mest ivrige jagere efter elementer. Men det viste sig, at problemet ikke lå i kompleksiteten af udvindingen, men i selve naturen af stoffet: det kunne simpelthen ikke bevares på Jorden siden dens dannelse. I dag kender vi dette element som technetium — det første element, der blev skabt kunstigt, og samtidig et element, der dagligt redder tusindvis af liv i hospitaler over hele verden.

Technetium er den eneste element, der vejer lettere end bly, og som ikke har stabile isotoper. Dets plads i tabellen er en triumf for den prædictive styrke af videnskab og samtidig en mindesten for menneskelig innovation.

43. element: Mendelejevs profeti

I 1869, da Dmitrij Ivanovich Mendelejev præsenterede verden for sin periodiske tabel, var der 63 elementer og flere tomme steder. Han efterlod ikke kun huller — han dristigt forudsagde egenskaberne for endnu ikke opdagede stoffer. For elementet med nummer 43, der placeredes under mangan i den syvende gruppe, forudsagde forskeren egenskaberne og kaldte det «eka-mangan» (fra sanskrit «eka» — en).

I de følgende årtier søgte kemikere efter det manglende element i manganminer, mineraler og komplekse rester af kemiske produktionsanlæg. Der var også store erklæringer om opdagelsen: elementet blev kaldt «ilmenium», «nipponium», «lurium». Men ingen af dem blev bekræftet. I dag ved vi hvorfor: technetium er radioaktivt, og dens mest langlivede isotoper med halveringstid omkring 4 millioner år for længst forsvandt fra jordkorpset siden dens dannelse.

Hvorfor «technetium»? Det kunstige oprindelse af navnet

Navnet på elementet kommer fra det græske ord «τεχνητός» (technetos), som betyder «kunstigt». Navnet viste sig at være profetisk dobbelt: technetium blev den første kemiske element, der blev opnået kunstigt, og ikke udtrukket fra naturligt råmateriale.

Historien om opdagelsen: molibdenpladen fra Berkeley

I 1937 arbejdede den italienske fysiker Emilio Segrè i USA, i Ernest Lawrence's laboratorium — opfinderen af cyklotronen. Segrè bemærkede den mærkelige radioaktivitet ved en af de afbrændte detaljer på acceleratoren — molibdenfolien, der tjente som mål for deutoner.

Udbyderen antog, at en ny element med nummer 43 blev dannet i molibden (atomnummer 42) som et resultat af kernekollisioner. Han tog folien med sig til Palermo, hvor han sammen med minerallogen Carlo Perrier udførte en række komplekse kemiske operationer. De lykkedes med at isolere den nye radioaktive element i rene, men mikroskopiske, mængder.

Grundlæggende egenskab: den letteste uden stabile isotoper

Technetium er den letteste element i periodisk systemet, der ikke har nogen stabil isotop. Dets «langlivede» former: Tc-97 (halveringstid 2,6 millioner år), Tc-98 (4,2 millioner år) og den mest tilgængelige isotop — Tc-99 (halveringstid 211 000 år).

Samtidig findes der dog naturligt technetium på Jorden. I små, sporemængder (omkring 1 nanogram per ton uранmalm) dannes det i processen med spontant spaltning af uranium-235. På ethvert tidspunkt findes der omkring 18 000 tons technetium i jordkorpset — men dette metal «opløstes» i enorme mængder af bergarter.

Uventede egenskaber: fra superledning til kemisk kovarskab

Fysiske egenskaber. Technetium er en silvery-hvid overgangsmetal. Dens krystalstruktur ved standardforhold er hexagonal, og den er kovet og plastisk. Overraskende nok bliver technetium et superleder ved lave temperaturer.

Chemisk mangfoldighed. For technetium er oxidationstillinger fra −1 til +7 typiske, og den mest stabile form er syvvalent technetium (Tc⁷⁺). Samtidig sammenligner kemikere det ofte med rhenium. Denne mangfoldighed skaber alvorlige problemer ved behandling af brugt kernebrændstof: uforudsigelige oksiderende-reducerende reaktioner med deltagelse af technetium gør det svært at skille uranium fra plutonium.

Hovedanvendelse i dag: nukleær medicin og technetium-99m

I dag udvindes størstedelen af technetium fra affald fra atomindustrien — fra brugte kernebrændstofstænger i kernekraftværker. Udbyttet af isotopen Tc-99 ved spaltning af uranium-235 er omkring 6%. Men fokus er ikke på den langlivede Tc-99, men på dens korte levetids kerneisomer — Tc-99m (m betyder metastabil, kerneopladet tilstand) med en halveringstid på kun 6 timer.

Denne isotop er en af grundpillerne i moderne nukleær medicin. På dens basis produceres radiopharmakon til diagnose af kræftsvulster, vurdering af blodgennemstrømning i hjertet og undersøgelse af funktioner i mange indre organer. Mechanismen er sådan: Tc-99m udsender gammastråler, som nemt kan registreres med specielle kameraer. Isotopen indgives i kroppen (ofte bundet til molekyler, der er tropiske for bestemte væv) og sender et signal, der lader lægerne «se» en tumor, en inflammation eller et iskæmisk område i hjertemusklen.

Den korte halveringstid for det radioaktive isotop muliggør en præcis billedanalyse og hurtig fjernelse af stoffet fra kroppen, med minimal strålingsskade. Hvert år udføres mere end 20 millioner diagnostiske procedurer med anvendelse af technetium-99m. I Rusland producerer virksomheder i videnskabsdivisionen af Rosatom generatorer af technetium-99m.

Farlige og miljømæssige problemer: langlivede affald

Den langlivede technetium-99 (T_1/2 = 211 000 år) repræsenterer en alvorlig miljømæssig udfordring. Indholdet af denne isotop i brugt kernebrændstof kan nå hundrede gram per ton. Denne isotop er bevægelig i miljøet og kan akkumuleres i biologiske objekter. Derfor er begravelse af Tc-99 en af opgaverne ved oprettelsen af lager for radioaktive affald. Dens halveringstid og kemiske bevægelighed kræver, at der findes specielle matricer til pålidelig isolation.

Fremtiden for elementet: katalysatorer, superledere og nye radiopharmakon

I dag forbliver technetium et niche, men meget vigtigt element i diagnostisk medicin. Dog er dens potentiale bredere. Technetium er et perspektivisk materiale til fremstilling af katalysatorer (f.eks. til dehydrogenering af organiske forbindelser) og komponenter i højtemperatur superledende legeringer. Desuden udvikler kemikere metoder til at fange technetium fra flydende radioaktive affald med sorbenter og nye forbindelser til målrettet nukleær medicin, herunder teranostik (diagnostik og behandling med en molekyle).

I fremtiden er det muligt, at nye metoder til at udtrække Tc-99m fra reaktionsanlæg og acceleratorer vil gøre diagnostik mere tilgængelig. Desuden er det perspektivisk at bruge isotopen Tc-99 i kernebatterier til enheder, der fungerer i årtier uden at blive genopladeret.

Resultat: 43. element i periodisk system — er en bro mellem den prædictive genialitet i det 19. århundrede og de avancerede teknologier i det 21. århundrede. Technetium, det første kunstige element uden stabile isotoper, er det eneste metal, der bruges i millioner af medicinske diagnostikker hvert år.
© elib.dk

Permanent link to this publication:

https://elib.dk/m/articles/view/Technecium-kemisk-element-nr-43-Tc