Технеций металл. Технеций. От ильмения до мазурия

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: 99 Тс и 99m Tc с периодами полураспада соответственно Т 1/2 = 2,12 ×10 5 лет и T 1/2 = 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

, с = 4,391 ); в тонких слоях (менее 150 ) - кубическую гранецентрированную решётку (а = 3,68 ? 0,0005 ); плотность Т. (с гексагональной решёткой) 11,487 г/см 3 , t пл 2200 ? 50 ?С; t kип 4700 ?С; удельное электросопротивление 69 * 10 -6 ом×см (100 ?С); температура перехода в состояние сверхпроводимости Тс 8,24 К. Технеций парамагнитен; его магнитная восприимчивость при 25 0 С - 2,7 * 10 -4 . Конфигурация внешней электронной оболочки атома Тс 4d 5 5s 2 ; атомный радиус 1,358 ; ионный радиус Тс 7+ 0,56 .

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 Tc 2 O 7 и TcO 2 , с хлором и фтором - галогениды ТсХ 6 , ТсХ 5 , ТсХ 4 , возможно образование оксигалогенидов, например ТсО 3 Х (где Х - галоген), с серой - сульфиды Tc 2 S 7 и TcS 2 . Технеций образует также технециевую кислоту HTcO 4 и её соли пертехнаты MеTcO 4 (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 99 Tc при делении 235 U 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 NH 4 TcO 4 , TcO 2 , Tc 2 S 7 при 600-1000 0 С или электролизом.

Применение.

Технеций - перспективный металл в технике; он может найти применение как катализатор, высокотемпературный и сверхпроводящий материал. Соединения Технеция. - эффективные ингибиторы коррозии. 99m Tc 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 мирв 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).

Технеций (лат. technetium), Те, радиоактивный химический элемент vii группы периодической системы Менделеева, атомный номер 43, атомная масса 98, 9062; металл, ковкий и пластичный.

Существование элемента с атомным номером 43 было предсказано Д. И. Менделеевым. Т. получен искусственно в 1937 итальянским учёными Э. Сегре и К. Перрье при бомбардировке ядер молибдена дейтронами; название получил от греч. technet o s - искусственный.

Т. стабильных изотопов не имеет. Из радиоактивных изотопов (около 20) практическое значение имеют два: 99 Тс и 99m tc с периодами полураспада соответственно Т 1/2 = 2,12 ? 10 5 лет и t 1/2 = 6,04 ч. В природе элемент находится в незначительных количествах - 10 -10 г в 1 т урановой смолки.

Физические и химические свойства . Металлический Т. в виде порошка имеет серый цвет (напоминает re, mo, pt); компактный металл (слитки плавленого металла, фольга, проволока) серебристо-серого цвета. Т. в кристаллическом состоянии имеет гексагональную решётку плотной упаковки (а = 2,735 å, с = 4,391 å); в тонких слоях (менее 150 å) - кубическую гранецентрированную решётку (а = 3,68 ± 0,0005 å); плотность Т. (с гексагональной решёткой) 11,487 г/см 3 , t пл 2200 ± 50 °С; t kип 4700 °С; удельное электросопротивление 69 · 10 -6 ом? см (100 °С); температура перехода в состояние сверхпроводимости Тс 8,24 К. Т. парамагнитен; его магнитная восприимчивость при 25°С 2,7 · 10 -4 . Конфигурация внешней электронной оболочки атома Тс 4 d 5 5 s 2 ; атомный радиус 1,358 å; ионный радиус Тс 7+ 0,56 å.

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 Т. или его соединений с кислородом образуются окислы tc 2 o 7 и tco 2 , с хлором и фтором - галогениды ТсХ 6 , ТсХ 5 , ТсХ 4 , возможно образование оксигалогенидов, например ТсО 3 Х (где Х - галоген), с серой - сульфиды tc 2 s 7 и tcs 2 . Т. образует также технециевую кислоту htco 4 и её соли пертехнаты mtco 4 (где М - металл), карбонильные, комплексные и металлорганические соединения. В ряду напряжений Т. 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 Т. служат отходы атомной промышленности. Выход 99 tc при делении 235 u составляет около 6%. Из смеси продуктов деления Т. в виде пертехнатов, окислов, сульфидов извлекают экстракцией органическими растворителями, методами ионного обмена, осаждением малорастворимых производных. Металл получают восстановлением водородом nh 4 tco 4 , tco 2 , tc 2 s 7 при 600-1000 °С или электролизом.

Применение. Т. - перспективный металл в технике; он может найти применение как катализатор, высокотемпературный и сверхпроводящий материал. Соединения Т. - эффективные ингибиторы коррозии. 99m tc используется в медицине как источник g -излучения. Т. радиационноопасен, работа с ним требует специальной герметизированной аппаратуры.

Лит.: Котегов К. В., Павлов О. Н., Шведов В. П., Технеций, М., 1965; Получение Тс 99 в виде металла и его соединений из отходов атомной промышленности, в кн.: Производство изотопов, М., 1973.

Впервые получен Сегрэ в 1937 г. бомбардировкой молибденовой мишени дейтронами. Как первый из искусственно полученных, был назван технецием (Technetium, от tecnh - искусство). В соответствии с правилом об устойчивости ядер он оказался нестабильным. Позднее было получено еще несколько искусственных изотопов технеция. Все они также неустойчивы. Наиболее долгоживущий изотоп технеция, найденный в 1947 г. среди продуктов распада урана (99 Тс), имеет период полураспада ~2 . 10 5 лет. Возраст Земли примерно в 10 000 раз больше. Из этого следует, что даже если первоначально технеций и содержался в земной коре, то за это время он должен был бы исчезнуть. Однако Паркеру и Курода (Parker, Kuroda, 1956) удалось доказать, что в природном уране в крайне незначительных количествах присутствует радиоактивный изотоп молибдена 99 Мо, который имеет период полураспада 67 час и в результате b -распада превращается в 99 Тс. Это указывало на то, что 99 Tc непрерывно образуется при спонтанном ядерном распаде 238 U. Следовательно, технеций, очевидно, имеется в природе, несмотря на то, что до сих пор он непосредственно еще не обнаружен.

Получение:

В заметных количествах получают изотоп 99 Тс, так как он является одним из продуктов распада урана в атомных реакторах, а также вследствие его слабой радиоактивности. В виде Тс 2 S 7 его осаждают сероводородом из водного раствора, подкисленного соляной кислотой. Черный осадок сульфида растворяют в аммиачном растворе перекиси водорода и полученное соединение, пертехнетат аммония NH 4 TcО 4 , прокаливают в токе водорода при температуре 600°.
Металлический технеций можно легко выделить из кислого раствора электролитически.

Физические свойства:

Технеций - металл серебристо-серого цвета. Кристаллизуется, по данным Муна (Моопеу, 1947), в решетке с гексагональной плотнейшей упаковкой (а = 2,735, с = 4,388 А°).

Химические свойства:

По химическим свойствам технеций очень сходен с рением, а также подобен соседнему по периодической системе молибдену. Это обстоятельство используют при работе с ничтожно малыми количествами технеция. Он нерастворим ни в соляной кислоте, ни в щелочном растворе перекиси водорода, но легко растворяется в азотной кислоте и в царской водке. При нагревании в токе кислорода сгорает с образованием светло-желтой летучей семиокиси Tс 2 О 7 .

Важнейшие соединения:

Tс 2 О 7 при растворении в воде образует технециевую ("пертехнециевую") кислоту НТсО 4 , которую при упаривании раствора можно выделить в виде темно-красных, продолговатых кристаллов. НТсО 4 - сильная одноосновная кислота. Ее темно-красные концентрированные водные растворы при разбавлении быстро обесцвечиваются. Пертехнетат аммония NH 4 TcО 4 бесцветен и в чистом состоянии негигроскопичен.
Черный осадок сульфида Тс 2 S 7 осаждают сероводородом из подкисленного водного раствора. Сульфиды технеция нерастворимы в разбавленной соляной кислоте.

Применение:

Ввиду того что из отходов атомных реакторов можно наладить непрерывное производство наиболее долгоживущего изотопа 99 Тc, не исключена возможность его технического применения в будущем. Технеций относится к числу наиболее эффективных поглотителей медленных нейтронов. В связи с этим следует, очевидно, принимать в расчет его использование для экранирования ядерных реакторов.
Изотоп Tc применяют как g излучатель в медицинской диагностике.
Количества технеция, получаемого в настоящее время, исчисляются несколькими граммами.

См. также:
С.И. Венецкий О редких и рассеянных. Рассказы о металлах.

Технеций (лат. Technetium), Тс, радиоактивный химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, атомный номер 43, атомная масса 98, 9062; металл, ковкий и пластичный.

Существование элемента с атомным номером 43 было предсказано Д. И. Менделеевым. Технеций получен искусственно в 1937 году итальянскими учеными Э. Сегре и К. Перрье при бомбардировке ядер молибдена дейтронами; название получил от греч. technetos - искусственный.

Технеций стабильных изотопов не имеет. Из радиоактивных изотопов (около 20) практическое значение имеют два: 99 Тс и 99m Тс с периодами полураспада соответственно Т ½ = 2,12·10 5 лет и T ½ = 6,04 ч. В природе элемент находится в незначительных количествах - 10 -10 г в 1 т урановой смолки.

Физические свойства Технеция. 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 решетку плотной упаковки (а = 2.735Å, с = 4,391Å); в тонких слоях (менее 150 Å) - кубическую гранецентрированную решетку (а = 3,68Å); плотность Технеция (с гексагональной решеткой) 11,487 г/см 3 ; t пл 2200°С; г кип 4700 °С; удельное электросопротивление 69·10 -6 ом·см (100 °С); температура перехода в состояние сверхпроводимости Тс 8,24 К. Технеций парамагнитен; его магнитная восприимчивость при 25°С 2,7·10 -4 . Конфигурация внешней электронной оболочки атома Тс 4d 5 5s 2 ; атомный радиус 1,358Å; ионный радиус Тс 7+ 0,56Å.

Химические свойства Технеция. По химические свойствам Тс близок к Mn и особенно к Re, в соединениях проявляет степени окисления от -1 до +7. Наиболее устойчивы и хорошо изучены соединения Тс в степени окисления +7. При взаимодействии Технеция или его соединений с кислородом образуются оксиды Тс 2 О 7 и ТсО 2 , с хлором и фтором - галогениды ТсХ 6 , TcX 5 , ТсХ 4 , возможно образование оксигалогенидов, например ТсО 3 Х (где X - галоген), с серой - сульфиды Tc 2 S 7 и TcS 2 . Технеций образует также технециевую кислоту НТсО 4 и ее соли пертехнаты МТсО 4 (где М - 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 Технеция. Основным источником Технеция служат отходы атомной промышленности. Выход 99 Тс при делении 233 U составляет около 6%. Из смеси продуктов деления Технеций в виде пертехнатов, оксидов, сульфидов извлекают экстракцией органических растворителями, методами ионного обмена, осаждением малорастворимых производных. Металл получают восстановлением водородом NH 4 TcO 4 , TcO 2 , Tc 2 S 7 при 600-1000 °С или электролизом.

Применение Технеция. Технеций - перспективный металл в технике; он может найти применение как катализатор, высокотемпературный и сверхпроводящий материал. Соединения Технеция - эффективные ингибиторы коррозии. 99m Тс используется в медицине как источник γ-излучения. Технеций радиационноопасен, работа с ним требует специальной герметизированной аппаратуры.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Технеций расположен в пятом периоде VII группе побочной (В) подгруппе Периодической таблицы.

Относится к элементам d -семейства. Металл. Обозначение - Tc. Порядковый номер - 43. Относительная атомная масса - 99 а.е.м.

Электронное строение атома технеция

Атом технеция состоит из положительно заряженного ядра (+43), внутри которого есть 43 протона и 56 нейтронов, а вокруг, по пяти орбитам движутся 43 электрона.

Рис.1. Схематическое строение атома технеция.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

43Tc) 2) 8) 18) 13) 2 ;

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 5 5s 2 .

Внешний энергетический уровень атома технеция содержит 7 электронов, которые являются валентными. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Валентные электроны атома технеция можно охарактеризовать набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l (орбитальное), m l (магнитное) и s (спиновое):

Подуровень

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

У какого элемента четвертого периода - хрома или селена - сильнее выражены металлические свойства? Запишите их электронные формулы.

Ответ

Запишем электронные конфигурации основного состояния хрома и селена: 24 Cr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3 d 5 4 s 1 ; 34 Se 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4 s 2 4 p 4 . Металлические свойства сильнее выражены у селена, чем у хрома. Правдивость данного утверждения можно доказать с помощью Периодического закона, согласно которому при переходе в группе сверху вниз металлические свойства элемента возрастают, а неметаллические убывают, что связано с тем, что при продвижении вниз по группе в атоме возрастает число электронных слоев, вследствие чего валентные электроны слабее удерживаются ядром.