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 ×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.
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 , с = 4,391 ); в тонких слоях (менее
150 ) -
кубическую гранецентрированную решётку (а = 3,68 ? 0,0005 ); плотность Т. (с гексагональной
решёткой) 11,487 г/см3, tпл 2200 ? 50 ?С; tkип
4700 ?С; удельное электросопротивление 69 * 10-6 ом×см
(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 ;
ионный радиус Тс7+ 0,56 .
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?
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.