تکنیسیوم: اولین عنصر مصنوعی که زندگی‌های میلیون‌ها نفر را نجات داد

در جدول تناوبی دمیتری مendeleyev سلولی با شماره ۴۳ وجود دارد. سال‌ها این سلول خالی ماند. ساکن آن، که به عنوان یکی از صادقانه‌ترین شکارچیان عناصر شناخته می‌شود، نمی‌توانست به دست شیمیدانان قرن نوزدهم بیاید، زیرا از آنها پنهان می‌ماند. اما مشخص شد که مشکل در دشواری استخراج نیست، بلکه در خود طبیعت این ماده است: این ماده نمی‌توانست از زمان شکل‌گیری زمین تا کنون در زمین باقی بماند. امروز ما این عنصر را به عنوان تکنیسیوم می‌شناسیم — اولین عنصری که به صورت مصنوعی ایجاد شده است و در عین حال عنصری است که هر روز زندگی‌های هزاران نفر را در بیمارستان‌های سراسر جهان نجات می‌دهد.

تکنیسیوم — تنها عنصری است که سبک‌تر از سرب است و هیچ ایزوتوپ پایداری ندارد. مکان آن در جدول — یک کامیاب از قدرت پیش‌بینی‌کننده علم و همچنین یادبود انسان‌ساختی.

عنصر ۴۳: پیشگویی مندلئئف

در سال ۱۸۶۹، وقتی دمیتری مendeleyev جدول تناوبی خود را به جهان معرفی کرد، در آن ۶۳ عنصر و چند جای خالی وجود داشت. او نه تنها جای خالی‌ها را باقی گذاشت — بلکه به طور شجاعانه خواص مواد هنوز کشف نشده را پیش‌بینی کرد. برای عنصر شماره ۴۳ که در زیر مارگنس در گروه هفتم قرار دارد، دانشمند خواص آن را پیش‌بینی کرد و آن را «اکا-مارگنس» (از زبان سانسکریت «اکا» — یک) نامید.

در دهه‌های بعد، شیمیدانان به دنبال عنصر گم‌شده در مواد معدنی مارگنس، مواد و پسماندهای تولید شیمیایی بودند. برخی از اعلامیه‌های پرسر و صدا نیز وجود داشت: عنصر به عنوان «ایلمنیم»، «نیپونیم»، «لوریوم» نامیده می‌شد. اما هیچ‌کدام از آنها تایید نشد. امروز ما می‌دانیم چرا: تکنیسیوم رادیواکتیو است و ایزوتوپ‌های طولانی‌عمر آن با دوره نیم‌زندگی حدود ۴ میلیون سال از زمین پس از شکل‌گیری آن از کره زمین ناپدید شده‌اند.

چرا «تکنیسیوم»؟ منشأ مصنوعی نام‌گذاری

نام این عنصر از کلمه یونانی «τεχνητός» (تکنیتوس) گرفته شده است که به معنای «مصنوعی» است. نامی که دوگانه‌پیشگویی کرد: تکنیسیوم اولین عنصر شیمیایی شد که به صورت مصنوعی ایجاد شد و نه از مواد طبیعی.

تاریخ کشف: پلاستیک موبایل از برکلی

در سال ۱۹۳۷، فیزیکدان ایتالیایی امیلیو سگري در ایالات متحده، در آزمایشگاه ارنست لورنس — مخترع چرخ‌های الکترون — کار می‌کرد. سگري به رادیواکتیویت عجیب و غریب یکی از قطعات از کار افتاده چرخ‌های الکترون توجه کرد — فولگی موبایل مولیبدن که به عنوان هدف برای دейтرون‌ها استفاده می‌شد.

دانشمند پیش‌بینی کرد که در اثر واکنش‌های هسته‌ای در مولیبدن (شماره اتمی ۴۲) عنصر جدیدی با شماره ۴۳ ایجاد شده است. او فولگی را به پالرمو برد، جایی که با کالو پریری، کانی‌شناس، یک سری عملیات شیمیایی پیچیده انجام داد. آنها موفق به استخراج عنصر رادیواکتیوی جدید در مقادیر بسیار کوچک و خالص شدند.

ویژگی بنیادی: سبک‌ترین بدون ایزوتوپ‌های پایدار

تکنیسیوم سبک‌ترین عنصر جدول تناوبی است که هیچ ایزوتوپ پایداری ندارد. فرم‌های «دوره‌ای» آن: Tc-۹۷ (دوره نیم‌زندگی ۲.۶ میلیون سال)، Tc-۹۸ (۴.۲ میلیون سال) و ایزوتوپ قابل دسترسی‌ترین آن — Tc-۹۹ (دوره نیم‌زندگی ۲۱۱۰۰۰ سال).

در عین حال، تکنیسیوم طبیعی نیز در زمین وجود دارد. در مقادیر بسیار کم (حدود ۱ نانوگرم در تن از سنگ معدن اورانیم) در فرآیند تقسیم خودکار اورانیم-۲۳۵ تشکیل می‌شود. در هر لحظه در کره زمین حدود ۱۸۰۰۰ تن تکنیسیوم وجود دارد — اما این فلز «در داخل» سنگ‌های کوهستانی حل شده است.

ویژگی‌های غیرمنتظره: از ابررسانایی تا خواص شیمیایی

ویژگی‌های فیزیکی. تکنیسیوم یک فلز过渡ی نقره‌ای-سیاه است. شبکه کریستالی آن در شرایط استاندارد — شش‌گوشه‌ای، قابل چرخش و قابل انعطاف است. جالب است که تکنیسیوم در دمای پایین به ابررسانا تبدیل می‌شود.

تنوع شیمیایی. برای تکنیسیوم، درجه‌های اکسیداسیون از −۱ تا +۷ وجود دارد و فرم پایدار آن هفت‌والانته تکنیسیوم (Tc^۷+) است. با این حال، شیمیدانان اغلب آن را با رین را مقایسه می‌کنند. این تنوع مشکلات جدی‌ای را در فرآیند پردازش سوخت هسته‌ای ایجاد می‌کند: واکنش‌های اکسیداسیون-رستانی غیرقابل پیش‌بینی با شرکت تکنیسیوم، فرآیندهای جداسازی اورانیم و پلوتونیم را پیچیده می‌کند.

کاربرد اصلی امروز: پزشکی هسته‌ای و تکنیسیوم-۹۹m

امروز بیشتر تکنیسیوم از پسماندهای صنعت هسته‌ای استخراج می‌شود — از رآکتورهای سوخت هسته‌ای. میزان ایزوتوپ Tc-۹۹ در تقسیم اورانیم-۲۳۵ حدود ۶٪ است. اما در مرکز توجه نه Tc-۹۹ بلکه ایزومر هسته‌ای کوتاه‌عمر آن — Tc-۹۹m (m به معنای متاستابیل، حالت هسته‌ای تحریک‌شده) با دوره نیم‌زندگی فقط ۶ ساعت است.

این ایزوتوپ یکی از پایه‌های پزشکی هسته‌ای مدرن است. بر اساس آن داروهای رادیوفارما برای تشخیص سرطان‌های بدخیم، ارزیابی جریان خون قلب و بررسی عملکرد بسیاری از اندام‌های داخلی تولید می‌شود. مکانیزم به این صورت است: Tc-۹۹m گاماها را آزاد می‌کند که به راحتی توسط دوربین‌های خاص قابل ردیابی هستند. این ایزوتوپ به بدن (معمولاً به صورت پیوند با ملکول‌هایی که به بافت‌های خاص جذب می‌شوند) تزریق می‌شود و سیگنالی می‌دهد که به پزشکان اجازه می‌دهد تومور، نقطه التهاب یا ناحیه وازوکرومیک قلب را ببینند.

دوره نیم‌زندگی کوتاه رادیواکتیو این ایزوتوپ به دست آوردن تصویر دقیق و سریع از بدن و از بین بردن ماده به سرعت از بدن، آسیب رادیویی کمتری وارد می‌کند. هر سال در جهان بیش از ۲۰ میلیون فرآیند تشخیصی با استفاده از تکنیسیوم-۹۹m انجام می‌شود. در روسیه تولید تولیدکنندگان تکنیسیوم-۹۹m توسط شرکت‌های بخش علمی شرکت روآتم انجام می‌شود.

خطر و محیط زیست: پسماندهای طولانی‌عمر

تکنیسیوم-۹۹ با دوره نیم‌زندگی ۲۱۱۰۰۰ سال، یک مشکل محیط‌زیستی جدی است. در سوخت هسته‌ای، میزان آن به صد‌ها گرم در تن می‌رسد. این ایزوتوپ قابل حرکت در محیط زیست است و می‌تواند در موجودات زیستی تجمع یابد. بنابراین، دفن Tc-۹۹ یکی از وظایف ایجاد مخزن پسماندهای رادیواکتیو است. دوره نیم‌زندگی و حرکت شیمیایی آن باعث می‌شود که به دنبال ماتریس‌های خاص برای محافظت موثر از آن بگردند.

آینده عنصر: کاتالیزورها، ابررسانایی و داروهای رادیوفارما جدید

امروز تکنیسیوم همچنان یک عنصر نیمه‌محلی است، اما بسیار مهم در پزشکی تشخیصی. اما پتانسیل آن گسترده‌تر است. تکنیسیوم ماده‌ای پتانسیلی برای تولید کاتالیزورها (مثلاً برای دегیدری کردن ترکیبات آلی) و اجزای ابررسانای با دمای بالا است. همچنین شیمیدانان روش‌های جدید برای جذب تکنیسیوم از پسماندهای رادیواکتیوی مایع و ترکیبات جدید برای پزشکی هسته‌ای هدفمند، از جمله تروناستیک (تشخیص و درمان با یک مولکول) را توسعه می‌دهند.

در آینده ممکن است روش‌های جدیدی برای استخراج Tc-۹۹m از پسماندهای رآکتورها و چرخ‌های الکترونیک ایجاد شود که تشخیص را بیشتر قابل دسترسی کند. همچنین استفاده از ایزوتوپ Tc-۹۹ در باتری‌های هسته‌ای برای دستگاه‌هایی که ده‌ها سال بدون شارژ کار می‌کنند، پتانسیل دارد.

Постоянный адрес данной публикации: