التكنيций: العنصر الاصطناعي الأول الذي أنقذ ملايين الأرواح

في جدول الدورات الدورية لدmitrii ivanovich mendeleev، هناك خلية تحت الرقم 43. ظلت هذه الخلية فارغة لسنوات عديدة. لم يكن السبب في صعوبة استخراجه، بل في طبيعة هذا المادة نفسها: لم يكن يمكن أن يبقى هذا المادة على الأرض منذ تشكيلها. اليوم نعرف هذا المادة كالتكنيций - أول عنصر تم إنشاؤه اصطناعيًا، و في نفس الوقت عنصر ينقذ آلاف الأرواح يوميًا في المستشفيات في جميع أنحاء العالم.

التكنيций هو العنصر الوحيد أخف من الرصاص الذي لا يملك أي نظائر مستقرة. مكانة في الجدول هي انتصار للقوة التنبؤية للعلم و في نفس الوقت تذكير بابتكار الإنسان.

الخلية 43: النبوءة من مندلеев

في عام 1869، عندما قدم دmitrii ivanovich mendeleev جدوله الدوري للعالم، كان فيه 63 عنصرًا وعدة أماكن فارغة. لم يكن يترك فقط الثغرات - بل تنبأ بخصائص المواد التي لم تُكتشف بعد. بالنسبة للعنصر تحت الرقم 43، الذي كان يقع تحت المanganese في المجموعة السابعة، تنبأ العلماء بخصائصه و أطلقوا عليه اسم «الإكا-مارغنسيوم» (من السانسكريتية «الإكا» - واحد).

في العقود التالية، بحث الكيميائيون عن العنصر المفقود في معادن المارغنسيوم، المعادن و بقايا الإنتاج الكيميائي المعقد. كانت هناك إعلانات صاخبة عن اكتشاف: أطلقوا على العنصر اسم «إلمينيوم»، «نيبونيوم»، «لوريوم». ومع ذلك، لم يثبت أي منها. اليوم نعرف لماذا: التكنيций م radioaktive، و أطول نظائره المستقرة من حيث فترة النصف العمر حوالي 4 ملايين عام قد اختفت من القشرة الأرضية منذ تشكيلها.

لماذا «التكنيций»؟ الأصل الاصطناعي في الاسم

أخذ العنصر اسمه من الكلمة اليونانية «τεχνητός» (technetos)، التي تعني «اصطناعي». و كان الاسم نبوءة في مرتين: أصبح التكنيций أول عنصر كيميائي تم إنتاجه اصطناعيًا وليس من المواد الخام الطبيعية.

تاريخ الاكتشاف: لوحة الموليبدينوم من بيركلي

في عام 1937، كان الفيزيائي الإيطالي إميليو سيغري يعمل في الولايات المتحدة، في مختبر إرنست لورنس — مخترع المفاعل. لاحظ سيغري على خصائص الراديوaktivity الغريبة لأحد أجزاء المفاعل المنتهية الصلاحية — فولية الموليبدينوم، التي كانت تستخدم كهدف للديترونات.

توقع العلماء أن تكون قد تكونت في الموليبدينوم (رقم الذرية 42) عنصر جديد برقم 43 نتيجة تفاعلات النووية. أخذ الفولية معه إلى_palermo، حيث أجرى سلسلة من العمليات الكيميائية المعقدة مع عالم الجيولوجيا كارلو بيرري. نجحوا في استخراج العنصر الراديوaktiv العنصر الجديد في كميات قليلة، لكنها نظيفة.

الخصائص الأساسية: الأكثر خفة من بين العناصر بدون نظائر مستقرة

التكنيций هو الأكثر خفة في جدول الدورات الدورية، و لا يملك أي نظائر مستقرة. أشهر أشكاله: Tc-97 (فترة النصف العمر 2.6 مليون عام)، Tc-98 (4.2 مليون عام) و أكثر نظائره إتاحة — Tc-99 (فترة النصف العمر 211000 عام).

على الرغم من ذلك، هناك تكنيقي طبيعي على الأرض. في كميات ضئيلة، تقدر بنحو نانوغرام لكل طن من خام اليورانيوم. يتم تكوينه في عملية انقسام اليورانيوم-235. في أي لحظة، هناك حوالي 18000 طن من التكنيقي في القشرة الأرضية — لكن هذا المعدن «ذاب» في كميات هائلة من الصخور.

الخصائص غير المتوقعة: من الموصلية السوبر إلى الكоварية الكيميائية

الخصائص الفيزيائية. التكنيقي هو معدن أبيض-أزرق من الفئلة الانتقالية. شبكة كريستاله في الظروف القياسية هي مقلوبة، وهو قابل للتمدد و قابل للسحب. من المدهش، لكنه يصبح موصلًا سوبر في درجات الحرارة المنخفضة.

التنوع الكيميائي. للتكنيقي درجات الأكسدة من -1 إلى +7، و هي أكثر استقرارًا في شكل التكنيقي السبعة (Tc⁷⁺). ومع ذلك، يقارن الكيميائيون بهذه المادة. تنوعه يخلق مشاكل خطيرة في معالجة النفايات النووية المستعملة: تفاعلات الأكسدة-الاختزال غير المتوقعة التي تشمل التكنيقي تجعل من الصعب تقسيم اليورانيوم والبلوتونيوم.

التطبيق الرئيسي اليوم: الطب النووي والتكنيقي-99m

اليوم، يتم استخراج معظم التكنيقي من النفايات النووية — من قضبان الوقود المستعملة في المفاعلات النووية. يصل إنتاج نظير Tc-99 عند انقسام اليورانيوم-235 إلى حوالي 6 بالمئة. ومع ذلك، ليست الاهتمام بالTc-99 الطويل العمر، بل بالنظير النووي القصير العمر — Tc-99m (m يعني الميتاستابلي، حالة نووية مفعمة بالطاقة) مع فترة النصف العمر فقط 6 ساعات.

هذا النظير هو واحد من الأعمدة الأساسية للطب النووي. يتم إنتاج الأدوية الإشعاعية على أساسه لتحديد الأورام السرطانية، تقييم تدفق الدم في القلب ودراسة وظائف العديد من الأعضاء الداخلية. يحدث الميكانيزم كالتالي: يطلق Tc-99m إشعاعات غاما يمكن تسجيلها بسهولة باستخدام كاميرات خاصة. يتم إدخال النظير في الجسم (غالبًا في شكل متصل بالمركبات التي تفضل الأنسجة المحددة) ويبعث برسالة تسمح للأطباء «رؤية» الورم، النقطة التهابية أو منطقة الاٍشتباهة في عضلة القلب.

فترة النصف العمر القصيرة للنظير الإشعاعي تسمح بالحصول على صورة دقيقة وسريعة لإزالة المادة من الجسم، مما يقلل من الضرر الإشعاعي. يتم إجراء أكثر من 20 مليون عملية تشخيصية في العالم سنويًا باستخدام التكنيقي. في روسيا، تقوم شركات قطاع العلمي في Rosatom بصناعة مولدات التكنيقي-99m.

الخطر والبيئة: النفايات الطويلة العمر

يعد التكنيقي الطويل العمر — Tc-99 (T_1/2 = 211000 عام) مشكلة بيئية خطيرة. يصل محتواه في النفايات النووية المستعملة إلى مئات الغرامات لكل طن. هذا النظير متحرك في البيئة و يمكن أن يتراكم في الكائنات الحية. لذلك، إن التخلص من Tc-99 — واحدة من المهام عند إنشاء مخازن النفايات الإشعاعية. يُبحث عن ماتريكسات خاصة للعزل النفاذي.

مستقبل العنصر: الكاتاليزاتورات، الموصلات السوبر والمعالجات الإشعاعية الجديدة

اليوم يظل التكنيقي عنصرًا نيشيًا لكنه مهمًا للغاية في الطب التشخيصي. ومع ذلك، قدرة هذا العنصر أوسع. التكنيقي هو مادة واعدة لصنع الكاتاليزاتورات (مثل التخليق الديهيدري) و مكونات الموصلات السوبر عالية التدرج الحراري. كما يطور الكيميائيون طرق لالتقاط التكنيقي من النفايات الإشعاعية السائلة باستخدام السوربنتس و مركبات جديدة للطب الإشعاعي الموجه، بما في ذلك التيرانوستيك (التشخيص والمعالجة في نفس المولكلة).

من المحتمل ظهور طرق جديدة لاستخراج Tc-99m من المخزونات النووية والمفاعلات، مما يجعل التشخيص أكثر إمكانية. كما هو من المحتمل استخدام نظير Tc-99 في بطاريات النووية للآلات التي تعمل لعقود بدون شحن.

Permanent link to this publication: