عنصر تکنسیم (Technetium) با نماد شیمیایی Tc، یکی از عناصر شیمیایی جدول مندلیف است که عدد اتمی آن ۴۳ می باشد. این عنصر در حقیقت چهل و سومین عنصر جدول تناوبی بوده که در گروه VIIB و دوره پنجم جدول تناوبی قرار دارد. در واقع عنصر تکنسیوم یک فلز واسطه (Transition Metals) خاکستری مایل به نقره ای، رادیواکتیو و بلورین است. عنصر تکنسیم نخستین عنصر مصنوعی ساخت بشر است که در طبیعت یافت نمی شود. لازم به ذکر است که این عنصر با نام تکنتیم یا تکنتیوم نیز شناخته می شود. این فلز با عناصر منگنز (Mn)، رنیوم (Re) و بوهریم (Bh) در گروه هفت واسطه جدول تناوبی قرار گرفته است. در ادامه این مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک به بررسی عنصر تکنسیوم پرداخته می شود. لطفا با ما همراه باشید.
فهرست مطالب این مقاله
۱- تاریخچه کشف عنصر تکنسیم
۲- پیدایش و منابع عنصر شماره ۴۳ جدول تناوبی
۳- ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر تکنسیم
۴- ایزوتوپ های عنصر تکنسیم
۵- کاربرد های عنصر تکنسیم
۵-۱- کاربرد تکنسیم در پزشکی شیمی دهم
۶- ترکیبات عنصر تکنسیوم
۷- خطرات تکنسیم بر روی سلامتی انسان
تاریخچه کشف عنصر تکنسیم
واژه تکنسیوم به معنای مصنوعی از کلمه یونانی تکنتوس (techneton) گرفته شده است. این عنصر برای اولین بار در سال ۱۹۳۶ میلادی، در آزمایشگاه دانشگاه کالیفرنیا و به مدیریت ارنست ارلاندو لارنس و به واسطه یک سیکلوترون ۳۷ اینچی تولید شده است. در حقیقت این عنصر، اولین عنصر مصنوعی ساخت بشر است. یک سال بعد، یعنی در سال ۱۹۳۷ میلادی، برای نخستین بار توسط دانشمند ایتالیایی کارلو پرییر (Carlo Perrier) و همکارش امیلیو سگره (Emilio Segrè) کشف شد. این دانشمند در واقع عنصر تکنسیم را از نمونه مولیبدن که آقای لارنس برای آنها فرستاده بود، کشف کرد. این نمونه به وسیله هسته دوتریوم در دانشگاه برکلی کالیفرنیا بمباران شد که در طی این فرآیند، ایزوتوپ Tc-97 بوجود آمد.
پیدایش و منابع عنصر شماره ۴۳ جدول تناوبی
جای خالی در جدول تناوبی مندلیف برای عنصر شماره ۴۳، مدت ها قبل شناخته شده بود. در واقع، دیمیتری مندلیف پیش بینی کرده بود که این عنصر کشف نشده خصوصیاتی شبیه به منگز خواهد داشت. وی نام اکامنگنز (Ekamanganese) را برای آن در نظر گرفته بود. در سال ۱۹۲۵ میلادی و به اشتباه گزارش شد که عنصر شماره ۴۳ کشف شده است. حتی نام masurium را برای این عنصر انتخاب کرده بودند. با توسعه انرژی هسته ای در اواسط قرن بیستم، نخستین نمونه شناخته شده عنصر ۴۳، به وسیله واکنش های هسته ای تولید شد و در جدول قرار گرفت. همانطور که بیان شد، تکنسیوم اولین عنصری است که به صورت مصنوعی بدست آمد.
بعد از کشف تکنسیوم، تحقیق و جستجو در زمین به منظور یافتن این عنصر در منابع طبیعی آغاز شد. در سال ۱۹۶۲ میلادی، ایزوتوپ Tc-99در مقادیر بسیار جزئی به عنوان محصول فوری روش شکاف هسته اورانیوم ۲۳۸ در آفریقا بدست آمد. این کشف توسط دو دانشمند به نام های کنا (B.T Kenna) و کوردا (P.K. Kuroda) صورت گرفت. بررسی ها نشان می دهد که عنصر تکنسیم به شکل طبیعی در نقاط دیگر جهان نیز وجود دارد. به عنوان مثال، بعضی از ستارگان غول پیکر قرمز دارای این عنصر هستند. لازم به ذکر است که وجود این عنصر در ستاره های قرمز، می تواند فرضیه بوجود آمدن عناصر سنگین در ستارگان را قوت بخشد.
ویژگی های فیزیکی و شیمیایی عنصر تکنسیم
خصوصیات ویژه تکنسیم از ساختار اتمی ([۳۶Kr] ۴d۵۵s۲) آن ناشی می شود. همانطور که از آرایش الکترونی تکنسیوم مشخص است، اوربیتال d لایه ماقبل آخر در این عنصر در حال پر شدن است. این عنصر به واسطه آرایش الکترونی که دارد، در دسته فلزات واسطه قرار می گیرد. فلزات واسطه در حقیقت مابین دسته فلزات قلیایی خاکی و عناصر گروه بور در جدول تناوبی قرار گرفته اند. به عناصر واسطه، عناصر گروه B نیز گفته می شود. با توجه به آرایش الکترونی مشخص است که هفت الکترون در دورترین لایه الکترونی آن وجود دارد. پس در ترکیبات شیمیایی حتی به صورت کاتیون هفت بار مثبت (+Tc ۷) نیز می تواند ظاهر شود.
عنصر شماره ۴۳ جدول تناوبی، پرتوزا است. ترکیبات آن پرتو گاما پراکنده می کنند که در پزشکی هسته ای کاربرد دارد. تکنسیوم در هوای مرطوب به آهستگی تیره می گردد. همچنین در شرایط اکسیده شدن، به صورت یک یون Pertechnetate Tc-۴ آزاد می شود. خواص شیمیایی این عنصر همانند عناصر رنیوم و منگنز است. این عنصر در محلول های تیزاب سلطانی ( اسید هیدروکلریک غلیظ و اسید نیتریک غلیظ) اسید نیتریک و اسید سولفوریک غلیظ شده و حل می شود. درحالیکه در اسید هیدروکلریک حل نمی شود. این عنصر از خوردگی و زنگ زدن فلزات به خوبی جلوگیری می کند. در دمای زیر ۱۱ کلوین یک ابر رسانا است.
جالب است بدانید که
عنصر تکنسیم در واقع سبک ترین عنصر شیمیایی است. این عنصر در طبیعت ایزوتوپ پایدار ندارد. به بیان دیگر، این ماده یک عنصر مصنوعی است که در راکتور ساخته می شود. توجه داشته باشید که در هنگام تولید تکنتیم، چندین ایزوتوب آن با هم ساخته می شوند. بنابراین، به دلیل نیم عمر کم و تنوع ایزوتوپ های آن، امکان محاسبه جرم اتمی میانگین برای تکنسیوم وجود ندارد. به بیان دیگر، عنصر تکنسیم در جدول تناوبی جرم اتمی میانگین ندارد. از دیگر ویژگی های عنصر تکنسیم می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- حالت فیزیکی آن در دمای ۲۵ درجه سلسیوس و فشار ۱ اتمسفر به صورت جامد است.
- دمای ذوب و دمای جوش این عنصر به ترتیب ۲۱۵۷ و ۴۲۶۵ درجه سانتی گراد است.
- ساختار بلوری آن به شکل شش گوشه (Hexagonal) است.
- این عنصر آلوتروپ ندارد.
- جرم اتمی تکنسیم برابر با ۹۸ g/mol است.
- چگالی آن نیز برابر با ۱۱ g/cm۳ می باشد.
- یون های تکنسیم معمولا عدد اکسایش برابر با اعداد -۱، -۳، ۰، +۱، +۲، +۳، +۴ +۵، +۶ و +۷ را دارند. در حقیقت یک اکسید اسیدی قوی محسوب می شود. اعداد اکسایش ۰، +۴ و +۷ متداول تر می باشند.
- اولین انرژی یونیزاسیون آن برابر با ۷۰۲ kJ/mol است.
ایزوتوپ های عنصر تکنسیم
همانطور که در مقالات قبلی نشریه جهان شیمی فیزیک بیان شده است، ایزوتوپ های یک عنصر، تنها در تعداد نوترون ها با یکدیگر تفاوت دارند. در بین ۹۲ عنصر اول جدول تناوبی، تنها دو عنصر تکنسیوم و پرومتیم (Pm) در طبیعت یافت نمی شوند. به عبارت دیگر، این دو عنصر هیچگونه ایزوتوپ پایداری ندارند. از این رو، تمامی ایزوتوپ های تکنتیوم، رادیواکتیو می باشند. در سال ۱۹۳۶ میلادی، نخستین ایزوتوپ های تکنسیم یعنی ایزوتوپ های ۹۷Tc و ۹۹Tc تولید و ردیابی شدند. در حدود ۲۲ ایزوتوپ رادیواکتیو تکنسیوم با رنج جرمی ۹۰ تا ۱۱۱ گزارش شده است. پایدار ترین ایزوتوپ های رادیو اکتیو آن عبارتند از : ۹۷Tc با نیمه عمر ۲/۶ میلیون سال و ایزوتوپ ۹۹Tc با نیمه عمر ۲۱۱۱۰۰ میلیون سال. سایر رادیو ایزوتوپ ها عمر بسیار کمی دارند.
علاوه بر آن، تعداد زیادی حالت متا (m برای حالت متا استفاده می شود) نیز برای عنصر تکنسیوم وجود دارد. ایزوتوپ رادیواکتیو ۹۷Tcm با نیمه عمر ۹۰ روز از دیگر ایزوتوپ های متا پایدار تر است. ایزوتوپ های رادیواکتیو ۹۵Tcm با نیمه عمر ۶۱ روز و ایزوتوپ ۹۹Tcm با نیمه عمر ۶ ساعت در رتبه های بعدی قرار می گیرند.
کاربرد های عنصر تکنسیم
عنصر تکنسیوم کاربرد های بسیار زیادی در زندگی انسان دارد. از جمله آنها می توان به ردیابی متالورژیکی، سرما شیمی، مقاوم در برابر خوردگی و پزشکی هسته ای اشاره کرد. فلز تکنسیوم در حقیقت یکی از قدرتمند ترین مواد برای جلوگیری از زنگ زدگی و خوردگی فلزات است. به عنوان مثال اگر مقداری از یک محلول نمک اسید تکنسیم (پرتکنات) را که به نسبت بسیار کم (مثلا یک صدم یا حتی یک هزارم) به یک قطعه فولاد اضافه کنید، این فولاد تبدیل به یک دژ تسخیر ناپذیر در برابر پوسیدگی و زنگ زدگی خواهد شد. علاوه بر آن، تکنسیوم و آلياژ های آن، فوق رسانا می باشند. بنابراین می توانند جهت تولید میدان مغناطیسی قوی در دما های پائین استفاده شوند.
یکی دیگر از خواص شگفت انگیز تکنسیوم، قدرت بسیار زیاد آن در هدایت نیروی برق است. بنابراین به فلز تکنسیم این امکان را می دهد که در وسایل انتقال برق از نقطه ای به نقطه ای دیگر استفاده شود. در واقع تکنتیوم در این امر میان سایر فلزات بدوم رقیب می باشد. همچنین در مجسمه سازی نیز کاربرد دارد و به منظور جلوگیری از خوردگی و فساد از آن بهره می برند. همانطور که قبلا بیان شد، این عنصر یک ابر رسانای عالی در دمای ۱۱ کلوین و حتی کمتر خواهد بود.
کاربرد تکنسیم در پزشکی شیمی دهم
عنصر تکنسیم دارای خواصی ویژه است که کاربرد آن را در پزشکی و تشخیص امراض مناسب ساخته است. به عنوان مثال ترکیبات تکنسیوم ارگانیک در طراحی استخوان کاربرد دارند. امروزه جهت تشخیص یا حتی درمان بسیاری از بیماری های مدرن، استفاده از روش های پزشکی هسته ای اجتناب ناپذیر است. در این شاخه در حقیقت با استفاده از مواد رادیواکتیو (رادیو دارو ها) و یا دستگاه ها (شتاب دهنده ها) پرتوزا از بافت یا عضو مورد نظر پزشک معالج، تصویر برداری می شود. همچنین آن بافت را می توان به وسیله پرتو های رادیواکتیو تحت تاثیر قرار داد.
به طور کلی می توان گفت که پزشکی هسته ای به دو قسمت مختلف تشخیص و درمان تقسیم می شود. در بخش تشخیص، ترکیبات شیمیایی دارای مواد پرتوزا (مثلا ایزوتوپ های تکنسیم) را به بدن بیمار تزریق می کنند. این ترکیبات با توجه به ساختار شیمیایی که دارند در عضو مورد نظر جمع می شوند. سپس دستگاه های اندازه گیری پزشکی هسته ای، پرتو های ساطع شده از ماده پرتوزا را اندازه‌گیری می کنند. در نهایت تصویری دقیق از شکل فیزیکی اندام مورد بررسی و سایر ویژگی های مورد نظر پزشک ارائه می دهند. در واقع به جراح كمك می كند كه مراکز بيماری و تومور ها را در بدن انسان تشخيص دهند. در نتیجه با اطمينان كامل دست به عمل جراحی بزند.
جالب است بدانید که
۹۹Tcm عنصر پرتوزایی است که نسبت به سایر رادیو نوکلئویید ها در روش های تشخیص پزشکی هسته ای بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. همانطور که بیان شد، نیمه عمر آن ۶ ساعت است. این مدت زمان برای گرفتن اطلاعات پزشکی کافی است. به علاوه این مدت زمان آنقدر طولانی نیست که بتواند مریض را دچار پرتو گیری تشعشعی غیر ضروری نماید. از آنجاییکه تكنسيوم بافت هدف چندگانه دارد، پس مي توان به کمک آن تمام بدن را اسكن نمود. از این رو، به منظور عكسبرداری اسكلت استخوان ها، مغز، طحال، كبد، ماهيچه قلب، مغز استخوان، كليه، مثانه، غدد بزاقی و اشكی، سينه، شش ها، پاراتيروئيد، و… بکار می رود. در جدول زیر، بعضی از انواع شیمیایی ۹۹Tcm و کاربرد های آن را در پزشکی هسته ای و به عنوان رادیو دارو مشاهده می کنید.
| شکل شیمیایی | کاربرد |
| پرتکنتات سدیم | مغز، غدد بزاقی، تیروئید، عکس برداری استخر خونی، مکان یابی، جفت جنین |
| کلوئید آلبومین | جگر، طحال، عکسبرداری مغز استخوان |
| اتی درونات EHDP | عکسبرداری از استخوان |
| پنتتات DTPA | عکسبرداری از مغز، ریزش کلیوی، عکسبرداری تنفس شش |
| پیروفسفات PPi | عکسبرداری از استخوان، عکسبرداری از آرواره |
ترکیبات عنصر تکنسیوم
اکسید تکنسیوم یکی از مهمترین ترکیبات فلز تکنسیوم است. آنیون مربوطه، پرتکنتات (−TcO۴) می باشد. در واقع این عنصر می تواند به راحتی با هالوژن ها، اکسیژن و گوگرد واکنش دهد و هالید ها، اکسید و سولفید تولید نماید. از دیگر ترکیبات آن می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- اکسید تکنسیوم (Tc۲O۷)
- سولفید تکنسیم (Tc۲S۷)
- کربونیل تکنسیم (Tc۲(CO)۱۰)
- هگزا فلوروئید تکنسیم (TcF۶)
- تترا کلرید تکنسیم (TcCl۴)
- تری برمید تکنسیم (TcBr۳)
- پرتکنتیک اسید (HTcO۴)
- سدیم پرتکنتات (Na[TcO۴])
خطرات تکنسیم بر روی سلامتی انسان
تکنسیم دارای ترکیباتی است که خوشبختانه بیشتر مردم با آنها تماسی ندارند. این ترکیبات نه تنها در طبیعت وجود ندارند، بلکه هیچ گونه نقش بیولوژیکی نیز ندارند. با این حال دقت داشته باشید که تمام ایزوتوپ های تکنسیوم بسیار رادیواکتیو هستند. در نتیجه خطرناک و سمی می باشند. از این جهت، باید مراقب بود و با دستکش با آنها کار شود.
