Технеций
Технеций (лат. Technetium), Тс, радиоактивныйхимический элемент VII группы периодической системы Менделеева, атомный номер43, атомная масса 98, 9062; металл, ковкий и пластичный.
Технецийстабильных изотопов не имеет. Из радиоактивных изотопов (около 20) практическоезначение имеют два: 99Тс и 99mTc с периодами полураспадасоответственно Т1/2 = 2,12 ×105лет и T1/2= 6,04 ч. В природе элемент находится в незначительных количествах — 10-10г в 1 т урановой смолки.
Физическиеи химические свойства.
МеталлическийТехнеций 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 плотнойупаковки (а = 2,735 , с =4,391 ); втонких слоях (менее 150 ) — кубическую гранецентрированную решётку (а = 3,68? 0,0005 );плотность Т. (с гексагональной решёткой) 11,487 г/см3, tпл 2200? 50? С; tkип4700? С; удельное электросопротивление 69 * 10-6ом×см (100? С); температураперехода в состояние сверхпроводимости Тс 8,24 К.Технеций парамагнитен; его магнитная восприимчивостьпри 25 0С — 2,7 * 10-4. Конфигурация внешнейэлектронной оболочки атома Тс 4d55s2;атомный радиус 1,358 ; ионныйрадиус Тс7+ 0,56 .
По химическимсвойствам Tcблизок к Mn и особенно к Re,в соединениях проявляет степени окисления от -1 до +7. Наиболее устойчивы ихорошо изучены соединения Tc в степени окисления +7.При взаимодействии Технеция или его соединений с кислородом образуются окислыTc2O7 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 HTcO4и её соли пертехнаты MеTcO4 (где Ме — металл), карбонильные, комплексные иметаллорганические соединения. В ряду напряжений Технеций стоит правееводорода; он не реагирует с соляной кислотой любых концентраций, но легкорастворяется в азотной и серной кислотах, царской водке, перекиси водорода,бромной воде.
Получение.
Основным источником Технеция служат отходыатомной промышленности. Выход 99Tc при делении 235Uсоставляет около 6%. Из смеси продуктов деления Технеций в виде пертехнатов, окислов, сульфидов извлекают экстракциейорганическими растворителями, методами ионного обмена, осаждениеммалорастворимых производных. Металл получают восстановлением водородом NH4TcO4,TcO2, Tc2S7 при 600-1000 0С илиэлектролизом.
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 какисточник g-излучения. Технеций радиационноопасен,работа с ним требует специальной герметизированной аппаратуры.
Историяоткрытия.
Еще в 1846 году работавший вРоссии химик и минералог Р. Герман нашел в Ильменскихгорах на Урале неизвестный ранее минерал, названный им иттроильменитом.Ученый не успокоился на достигнутом и попытался выделить из него новыйхимический элемент, который, как он считал, содержится в минерале. Но не успелон открыть свой ильмений, как известный немецкийхимик Г. Розе, «закрыл» его, доказав ошибочность работ Германа.
Спустя четверть века ильмений снова появился на авансцене химии — о немвспомнили как о претенденте на роль «эка — марганца», который должен был занятьпустовавшее 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, вполнеподходили для элемента № 43, Д. И. Менделеев не стал оформлять ему прописку всвоей таблице. Дальнейшие исследования окончательно убедили научный мир втом, что ильмений может войти в историю химиилишь с печальной славой одного из многочисленных лжеэлементов.
Поскольку свято место пусто небывает, 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 немецкиеученые супруги Ида и Вальтер Ноддакопубликовали сообщение о том, что ими обнаружены два новых элемента — мазурий (№ 43) и рений (№ 75). К рению судьба оказаласьблагосклонной: он тут же был узаконен в правах и незамедлительно занялприготовленную для него резиденцию. А вот к мазуриюфортуна повернулась спиной: ни его первооткрыватели, ни другие ученые не моглинаучно подтвердить открытие этого элемента. Правда, ИдаНоддак заявила, что «в скором времени мазурий, подобно рению, можно будет покупать в магазинах»,но химики, как известно, словам не верят, а других, более убедительныхдоказательств супруги Ноддак представить не могли, — список «лжесороктретьих» пополнился еще однимнеудачником.
В этот период некоторые ученыеначали склоняться к мысли, что далеко не все элементы, предсказанныеМенделеевым, в частности элемент № 43, существуют в природе. Может быть, ихпросто нет и незачем понапрасну терять время и ломать копья? К такому выводупришел даже крупный немецкий химик Вильгельм Прандтль, наложивший «вето» наоткрытие мазурия.
Внести ясность в этот вопроспозволила младшая сестра химии — ядерная физика, успевшая уже к тому временизавоевать прочный авторитет. Одна из закономерностей этой науки (замеченная в20-х годах советским химиком С. А. Щукаревым иокончательно сформулированная в 1934 году немецким физиком Г. Маттаухом) называется правилом Маттауха — Щукарева, или правилом запрета.
Смысл его заключается в том, чтов природе не могут существовать два стабильных изобара, ядерные заряды которыхотличаются на единицу. Другими словами, если у какого — либо химическогоэлемента есть устойчивый изотоп, то его ближайшим соседям по таблице«категорически запрещается» иметь устойчивый изотоп с тем же массовым числом. Вэтом смысле элементу № 43 явно не повезло: его соседи слева и справа — молибдени рутений — позаботились о том, чтобы все стабильные вакансии близлежащих«территорий» принадлежали их изотопам. А это означало, что элементу № 43 выпалатяжкая доля: сколько бы изотопов он не имел, все они обречены нанеустойчивость, и, таким образом, им приходилось непрерывно — днем и ночью — распадаться, хотели они того или нет.
Резоннопредположить, что когда — то элемент № 43 существовална Земле в заметных количествах, но постепенно исчез, как утренний туман. Так почему же в таком случае до нашихдней сохранились уран и торий? Ведь они тоже радиоактивны и, следовательно, спервых же дней своей жизни распадаются, как говорится, медленно, но верно? Ноименно в этом и кроется ответ на наш вопрос:уран и торий только потому и сохранились, что распадаются медленно, значительномедленнее, чем другие элементы с естественной радиоактивностью (и все же завремя существования Земли запасы урана в ее природных кладовых уменьшилисьпримерно в сто раз). Расчеты американских радиохимиков показали, чтонеустойчивый изотоп того или иного элемента имеет шансы, дожить в земной коре смомента «сотворения мира» до наших дней только в том случае, если его периодполураспада превышает 150 миллионов лет. Забегая вперед, скажем, что когда былиполучены различные изотопы элемента № 43, выяснилось, что период полураспадасамого долгоживущего из них лишь немногим больше двух с половиной миллионовлет, и, значит, последние его атомы перестали существовать, видимо, дажезадолго 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 этимиже руками и создавать, поскольку природа давно внесла его в списки пропавших.Но по плечу ли науке такая задача?
Да, по плечу. Это впервыеэкспериментально доказал еще в 1919 году английский физик Эрнест Резерфорд. Онподверг ядро атомов азота ожесточенной бомбардировке, в которой орудиямислужили все время распадавшиеся атомы радия, а снарядами — образующиеся приэтом альфа — частицы. В результате длительного обстрела ядра атомов азотапополнились протонами и он превратился в кислород.
Опыты Резерфорда вооружили ученыхнеобыкновенной артиллерией: с ее помощью можно было не разрушать, а создавать — превращать одни вещества в другие, получать новые элементы.
Так почему бы не попытатьсядобыть таким путем элемент № 43? За решение этой проблемы взялся молодой итальянскийфизик Эмилио Сегре. Вначале 30 — х годов он работал в Римском университетепод руководством уже тогда знаменитого Энрико Ферми.Вместе с другими «мальчуганами» (так Ферми шутливо называл своих талантливыхучеников) Сегре принимал участие в опытах понейтронному облучению урана, решал многие другие проблемы ядерной физики. Новот молодой ученый получил заманчивое предложение — возглавить кафедру физики вПалермском университете. Когда он приехал в древнююстолицу Сицилии, его ждало разочарование: лаборатория, которой ему предстоялоруководить, была более чем скромной и вид ее отнюдь не располагал к научнымподвигам.
Но велико было желание Сегре глубже проникнуть в тайны атома. Летом 1936 года онпересекает океан, чтобы побывать в американском городе Беркли. Здесь, врадиационной лаборатории Калифорнийского университета уже несколько летдействовал изобретенный Эрнестом Лоуренсом циклотрон- ускоритель атомных частиц. Сегодня это небольшое устройство показалось быфизикам чем — то вроде детской игрушки, но в то время первый в мире циклотронвызывал восхищение и зависть ученых из других лабораторий (в 1939 году за егосоздание Э. Лоуренс был удостоен Нобелевской премии).
Незаметно подошел к концу срокпребывания Сегре в США. Трудно ему было расставаться сциклотроном — о подобном оборудовании он не мог тогда и мечтать. Незадолго доотъезда ученому пришла в голову интересная мысль: захватить с собой в Италиюпластинку молибдена, на которую в течение нескольких месяцев обрушивался мощныйпоток ускоренных на циклотроне дейтронов — ядер тяжелого водорода (дейтерия). Лоуренс охотно пошел навстречу своему коллеге, и тотвернулся в Палермо с несколькими образцами невзрачного на вид, но драгоценногомолибдена.
Зачем же они понадобились Сегре? «У нас были веские основания думать, — писал онвпоследствии, — что молибден после бомбардировки его дейтронами долженпревратиться в элемент с номером 43...» В самом деле, ведь атом молибдена имеетв своем ядре 42 протона. Если дейтрон, состоящий из протона и нейтрона, сумеетпроникнуть в ядро атома молибдена, то в нем окажется уже 43 протона, т. е. какраз столько, сколько должно быть в ядре элемента № 43.
Казалось бы, все просто, нопопробуй докажи это экспериментальным путем. Как бы то ни было, в январе 1937года Сегре и его помощник минералог Карло Перье засучили рукава и приступили к делу.
Прежде всего они выяснили, чтозаокеанский молибден излучает бета — частицы — быстрые ядерные электроны.Значит, в нем действительно «сидит» радиоактивный изотоп, но какой именно? Этоможет быть изотоп как самого молибдена, так и других элементов, напримерциркония, ниобия, рутения или искомого «сорок третьего».
В результате скрупулезногохимического «расследования» все элементы, кроме последнего, сумели доказатьсвою полную непричастность к бета — излучению. После их удаления ученыеполучили, наконец, долгожданный «эка — марганец». Правда, получили — пожалуй,слишком громко сказано: как выяснилось несколько позднее, они имели дело всегос 0,0000000001 грамма нового вещества. Впрочем, для физиков однадесятимиллиардная 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 вкрохотной булавочной головке, равномерно распределить по поверхности земногошара, то на каждом квадратном метре «обоснуется» добрый десяток миллионов)атомов.
Итак, в июне 1937 годаискусственным путем ученым удалось воссоздать первый из «вымерших» на Землехимических элементов. Не мудрствуя лукаво, Э. Сегре иК. Перье назвали сорок третий элемент технецием, чтов переводе с греческого («техникос») значитискусственный.
Хотя технеция в руках ученыхбыло, скажем прямо, не густо, они все же сумели определить некоторые свойстванового элемента и убедились, что он родственник рения, причем довольно близкий.
Вполне понятно, как велико быложелание химиков и физиков всего мира узнать побольше подробностей обискусственном новоселе таблицы Менделеева. Но чтобы изучать технеций, нужнобыло его иметь. Все понимали, что на облученный молибден рассчитывать неприходилось: слишком беден он был технецием. Требовалось подыскать болееподходящую кандидатуру на роль поставщика этого элемента.
Поиски продолжались недолго: ужев 1940 году все тот же Сегре и его ассистентка By Цзяньсюн обнаружили, что одиниз самых долгоживущих изотопов технеция в довольно солидных количествахприсутствует в так называемых «осколках», образующихся при делении урана врезультате облучения его нейтронами (этот процесс лежит в основе работы ядерныхреакторов). На один килограмм «осколков» приходится несколько граммов технеция- тут уже есть о чем поговорить всерьез. Неудивительно, что ядерные реакторыстали 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 развиваласьвесьма энергично (на то она и энергетика!). С каждым годом «сжигалось» всебольше ядерного топлива, и урановые «осколки» постепенно становились не стольдефицитным товаром, как прежде. Цена на технеций начала резко падать. Однакопроцесс извлечения его из радиоактивных «осколков» очень и очень сложен,поэтому еще в 1965 году каждый грамм «синтетического» металла оценивался намировом рынке в 90 долларов. Но производство его определялось уже не долямимиллиграмма, а десятками и сотнями килограммов, и ученые могли теперьвсесторонне изучить его свойства, попытаться определить возможные сферы егобудущей деятельности.
Важнейшая профессия технецияопределилась довольно быстро: борьба с коррозией. Эта коварная «хищница»наносит человечеству огромный ущерб, безжалостно съедая каждый год десяткимиллионов тонн стали. Металлурги, правда, умеют варить нержавеющую сталь — «блюдо», которое коррозии не по зубам. Но, во — первых, такая сталь значительнодороже обычной; во — вторых, стали всякие нужны, а сделать металл одновременнои 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 проблемуне так — то просто, но успехов на этом поприще уже немало. Ученые обнаружили, вчастности, что некоторые вещества обладают ценнейшими свойствами: они делаютповерхность металла химически пассивной и, таким образом, надежно предохраняютизделия от коррозии. Эти вещества получили название ингибиторов (от латинскогослова «ингибире» — тормозить, удерживать). Самымспособным из них оказался технеций: он обладает наибольшим ингибирующимэффектом. Если стальную деталь обработать раствором, в котором присутствуютедва уловимые количества пертехнатов (солей технециевой кислоты) — всего стотысячные доли процента, тоона окажется неприступной крепостью для ржавчины. Даже значительный нагрев (до250°С) не в силах при этом помочь «агрессору».
Немалый интерес представляет ещеодно ценное свойство технеция. Известно, что вблизи абсолютного температурногонуля (-273,16°С) многие металлы становятся сверхпроводниками, т. е. практическиперестают оказывать какое бы то ни было сопротивление прохождениюэлектрического тока. Чем выше точка перехода в сверхпроводящее состояние (такназываемая критическая температура), тем большие перспективы сулит это свойствотехнике. В этом отношении у технеция нет конкурентов: он совершеннобеспрепятственно проводит ток при 8,24 К (-264,92°С), в то время как другимметаллам для этого нужно еще немного «поостыть».
Ученые не теряют надежды найтитехнеций 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 космическихнейтронов, достигающих Земли, способны превращаться в изотопы элемента № 43.
И все же возлагать большиенадежды на нашу планету, пожалуй, не приходится. Вот почему многиеисследователи в поисках технеция обратили свой взор (в буквальном смысле) надругие небесные тела. Еще в 1951 году американский астроном ШарлоттаМур опубликовала сенсационное сообщение: спектральныманализом технеций обнаружен на Солнце. Спустя год английский астрофизик Р. Мерилл нашел линии этого элемента в спектре некоторых звездиз созвездий Андромеды и Кита. Правда, дальнейшими исследованиями открытие Мур не подтвердилось, зато существование технеция надалеких звездах неопровержимо доказывали сотни спектрограмм.
Но самое удивительное было в том,что звездные запасы этого элемента оказались вполне сопоставимыми с содержаниемциркония, ниобия, молибдена. Может быть, технеций из созвездия Андромеды, вотличие от земного, стабилен и потому распаду не подлежит? Нет, это исключено.Тогда, возможно, звезды, о которых идет речь, намного моложе земли и технецийеще 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 напрашиваетсяединственный вывод: внутри некоторых небесных тел технеций образуется и внастоящее время. Как это происходит, наука еще не может точно объяснить, а лишьвыдвигает ряд гипотез. Видимо, в процессе эволюции звезд в их недрах непрерывнопротекают термоядерные реакции и в результате на свет рождаются различныехимические элементы.
Содержание
1) Общие сведения.
2) Химические и физические свойства.
3) Получение.
4) Применение.
5) История открытия.
Уральскийхимико-технологический колледж.Реферат
На тему: «Технеций».Преподаватель
ВагановаЕ.В.
Студент
Группы ХТОВ-01
Иванов С.А.
2004г.Список литературы
1) КотеговК. В., Павлов О. Н., ШведовВ. П., Технеций, М., 1965; Получение Тс99 в виде металла и егосоединений 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.