Технеций
Работа из раздела: «
Химия»
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.
