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Tecnecio,  43 Tc
Technetium.jpg
Tecnecio
Pronunciación/ T ɛ k n i ʃ i əm / ( tek- NEE -shee-əm )
Aparienciametal gris brillante
Número de masa[97]
Tecnecio en la tabla periódica
HidrógenoHelio
LitioBerilioBoroCarbónNitrógenoOxígenoFlúorNeón
SodioMagnesioAluminioSilicioFósforoAzufreCloroArgón
PotasioCalcioEscandioTitanioVanadioCromoManganesoHierroCobaltoNíquelCobreZincGalioGermanioArsénicoSelenioBromoCriptón
RubidioEstroncioItrioCirconioNiobioMolibdenoTecnecioRutenioRodioPaladioPlataCadmioIndioEstañoAntimonioTelurioYodoXenón
CesioBarioLantanoCerioPraseodimioNeodimioPrometeoSamarioEuropioGadolinioTerbioDisprosioHolmioErbioTulioIterbioLutecioHafnioTantalioTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurio (elemento)TalioDirigirBismutoPolonioAstatineRadón
FrancioRadioActinioTorioProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmericioCurioBerkelioCalifornioEinstenioFermioMendelevioNobelioLawrencioRutherfordioDubniumSeaborgioBohriumHassiumMeitnerioDarmstadtiumRoentgenioCopérnicoNihoniumFlerovioMoscoviumLivermoriumTennessineOganesson
Mn
↑
Tc
↓
Re
molibdeno ← tecnecio → rutenio
Número atómico ( Z )43
Grupogrupo 7
Períodoperíodo 5
Cuadra  bloque d
Configuración electronica[ Kr ] 4d 5 5s 2
Electrones por capa2, 8, 18, 13, 2
Propiedades físicas
Fase en  STPsólido
Punto de fusion2430  K (2157 ° C, 3915 ° F)
Punto de ebullición4538 K (4265 ° C, 7709 ° F)
Densidad (cerca de  rt )11 g / cm 3
Calor de fusión33,29  kJ / mol
Calor de vaporización585,2 kJ / mol
Capacidad calorífica molar24,27 J / (mol · K)
Presión de vapor (extrapolada)
P  (Pa)1101001 k10 k100 k
en  T  (K)272729983324372642344894
Propiedades atómicas
Estados de oxidación−3, −1, 0, +1, [1] +2, +3, [1] +4 , +5, +6, +7 (un óxido fuertemente ácido )
ElectronegatividadEscala de Pauling: 1,9
Energías de ionización
  • 1 °: 702 kJ / mol
  • 2do: 1470 kJ / mol
  • Tercero: 2850 kJ / mol
Radio atómicoempírico: 136  pm
Radio covalente147 ± 7 pm
Líneas espectrales de tecnecio
Otras propiedades
Ocurrencia naturalde la descomposición
Estructura cristalinahexagonal compacta (hcp)
Velocidad de sonido varilla fina16.200 m / s (a 20 ° C)
Expansión térmica7,1 µm / (m⋅K) [2] (a  ta )
Conductividad térmica50,6 W / (m⋅K)
Resistividad electrica200 nΩ⋅m (a 20 ° C)
Orden magnéticoParamagnético
Susceptibilidad magnética molar+270,0 × 10 −6  cm 3 / mol (298 K) [3]
Número CAS7440-26-8
Historia
PredicciónDmitri Mendeleev (1871)
Descubrimiento y primer aislamientoEmilio Segrè y Carlo Perrier (1937)
Isótopos principales del tecnecio
IsótopoAbundanciaVida media ( t 1/2 )Modo de decaimientoProducto
95m Tcsyn61 díasε95 meses
γ-
ESO95 Tc
96 Tcsyn4,3 díasε96 meses
γ-
97 Tcsyn4,21 × 10 6  yε97 meses
97m Tcsyn91 díasESO97 Tc
98 Tcsyn4,2 × 10 6  yβ -98 Ru
γ-
99 Tcrastro2,111 × 10 5  yβ -99 Ru
99 m Tcsyn6,01 horasESO99 Tc
γ-
Categoría Categoría: tecnecio
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El tecnecio es un elemento químico con el símbolo Tc y número atómico 43. Es el elemento más ligero cuyos isótopos son todos radiactivos , ninguno de los cuales es estable salvo el estado completamente ionizado de 97 Tc. [4] Casi todo el tecnecio disponible se produce como elemento sintético . El tecnecio de origen natural es un producto de fisión espontáneo en el mineral de uranio y el mineral de torio , la fuente más común, o el producto de la captura de neutrones en los minerales de molibdeno . El gris plateado, cristalinoEl metal de transición se encuentra entre el manganeso y el renio en el grupo 7 de la tabla periódica , y sus propiedades químicas son intermedias entre las de ambos elementos adyacentes. El isótopo natural más común es el 99 Tc, solo en trazas.

Dmitri Mendeleev había predicho muchas de las propiedades del tecnecio antes de que fuera descubierto. Mendeleev notó un espacio en su tabla periódica y le dio al elemento no descubierto el nombre provisional ekamanganese ( Em ). En 1937, el tecnecio (específicamente el isótopo tecnecio-97 ) se convirtió en el primer elemento predominantemente artificial en ser producido, de ahí su nombre (del griego τεχνητός , que significa "Artesanía o Arte", + -io ).

Un isómero nuclear emisor de rayos gamma de corta duración , el tecnecio-99m , se utiliza en medicina nuclear para una amplia variedad de pruebas, como el diagnóstico de cáncer de huesos. El estado fundamental del nucleido tecnecio-99 se utiliza como fuente de partículas beta libre de rayos gamma . Los isótopos de tecnecio de vida larga producidos comercialmente son subproductos de la fisión del uranio-235 en los reactores nucleares y se extraen de las barras de combustible nuclear . Debido a que ningún isótopo de tecnecio tiene una vida media superior a 4,21 millones de años ( tecnecio-97), la detección de tecnecio en 1952 en gigantes rojas ayudó a demostrar que las estrellas pueden producir elementos más pesados .

Historia [ editar ]

Busque el elemento 43 [ editar ]

Desde la década de 1860 hasta 1871, las primeras formas de la tabla periódica propuesta por Dmitri Mendeleev contenían una brecha entre el molibdeno (elemento 42) y el rutenio (elemento 44). En 1871, Mendeleev predijo que este elemento faltante ocuparía el lugar vacío debajo del manganeso y tendría propiedades químicas similares. Mendeleev le dio el nombre provisional ekamanganese (de eka -, la palabra sánscrita para uno ) porque el elemento predicho estaba un lugar por debajo del elemento conocido manganeso. [5]

Identificaciones erróneas tempranas [ editar ]

Muchos de los primeros investigadores, tanto antes como después de la publicación de la tabla periódica, estaban ansiosos por ser los primeros en descubrir y nombrar el elemento faltante. Su ubicación en la tabla sugirió que debería ser más fácil de encontrar que otros elementos no descubiertos.

AñoDemandanteNombre sugeridoMaterial real
1828Gottfried OsannPolinioIridio
1846R. HermannIlmenioNiobio - aleación de tantalio
1847Heinrich RosePelopium [6]Aleación de niobio-tantalio
1877Serge KernDavyumIridio - rodio - aleación de hierro
1896Prosper BarrièreLuciumItrio
1908Masataka OgawaNipponioRenio , que era el dvi -manganeso desconocido [7]

Resultados irreproducibles [ editar ]

Periodisches System der Elemente (1904-1945, ahora en la Universidad Tecnológica de Gdańsk ): falta de elementos: 84 polonium Po (aunque descubierto ya en 1898 por Maria Sklodowska-Curie ), 85 astatine At (1940, en Berkeley), 87 francium Fr (1939, en Francia), 93 neptunium Np (1940, en Berkeley) y otros actínidos y lantánidos. Símbolos antiguos para: 18 argón Ar (aquí: A), 43 tecnecio Tc (Ma, masurio), 54 xenón Xe (X), 86 radón, Rn (Em, emanación)

Los químicos alemanes Walter Noddack , Otto Berg e Ida Tacke informaron del descubrimiento del elemento 75 y el elemento 43 en 1925, y nombraron al elemento 43 masurium (en honor a Masuria en el este de Prusia , ahora en Polonia , la región donde se originó la familia de Walter Noddack). [8] El grupo bombardeado columbita con un haz de electrones y el elemento deducida 43 estaba presente mediante el examen de rayos X de emisión espectrogramas . [9] La longitud de onda de los rayos X producidos está relacionada con el número atómico por unfórmula derivada por Henry Moseley en 1913. El equipo afirmó haber detectado una débil señal de rayos X en una longitud de onda producida por el elemento 43. Experimentadores posteriores no pudieron replicar el descubrimiento, y fue descartado como un error durante muchos años. [10] [11] Aún así, en 1933, una serie de artículos sobre el descubrimiento de elementos citó el nombre masurium para el elemento 43. [12] [nota 1] Aún se debate si el equipo de 1925 realmente descubrió el elemento 43. [13]

Descubrimiento oficial e historia posterior [ editar ]

El descubrimiento del elemento 43 fue finalmente confirmado en un experimento de 1937 en la Universidad de Palermo en Sicilia por Carlo Perrier y Emilio Segrè . [14] A mediados de 1936, Segrè visitó los Estados Unidos, primero la Universidad de Columbia en Nueva York y luego el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California. Convenció al inventor del ciclotrón Ernest Lawrence para que le permitiera recuperar algunas partes del ciclotrón desechadas que se habían vuelto radiactivas . Lawrence le envió por correo una lámina de molibdeno que había sido parte del deflector en el ciclotrón. [15]

Segrè reclutó a su colega Perrier para intentar demostrar, a través de la química comparativa, que la actividad del molibdeno era de hecho de un elemento con el número atómico 43. En 1937, lograron aislar los isótopos tecnecio-95m y tecnecio-97 . [16] [17] Los funcionarios de la Universidad de Palermo querían que nombraran su descubrimiento " panormium ", en honor al nombre latino de Palermo , Panormus . En 1947 [16] el elemento 43 recibió su nombre de la palabra griega τεχνητός , que significa "artificial", ya que fue el primer elemento en ser producido artificialmente. [6][8] Segrè regresó a Berkeley y conoció a Glenn T. Seaborg . Aislaron el isótopo tecnecio-99m metaestable , que ahora se utiliza en unos diez millones de procedimientos de diagnóstico médico al año. [18]

En 1952, el astrónomo Paul W. Merrill en California detectó la firma espectral de tecnecio (específicamente las longitudes de onda de 403,1  nm , 423,8 nm, 426,2 nm, y 429,7 nm) a la luz de tipo S gigantes rojas . [19] Las estrellas estaban cerca del final de sus vidas, pero eran ricas en el elemento de corta duración, lo que indica que se estaba produciendo en las estrellas por reacciones nucleares . Esa evidencia reforzó la hipótesis de que los elementos más pesados ​​son el producto de la nucleosíntesis en las estrellas. [17] Más recientemente, tales observaciones proporcionaron evidencia de que los elementos se forman por captura de neutrones.en el s-proceso . [20]

Desde ese descubrimiento, se han realizado muchas búsquedas en materiales terrestres en busca de fuentes naturales de tecnecio. En 1962, se aisló e identificó tecnecio-99 en la pecblenda del Congo Belga en cantidades extremadamente pequeñas (alrededor de 0,2 ng / kg), [20] donde se origina como un producto de fisión espontánea del uranio-238 . El reactor de fisión nuclear natural de Oklo contiene evidencia de que se produjeron cantidades significativas de tecnecio-99 y desde entonces se han desintegrado en rutenio-99 . [20]

Características [ editar ]

Propiedades físicas [ editar ]

El tecnecio es un metal radiactivo gris plateado con una apariencia similar al platino , que se obtiene comúnmente como un polvo gris. [21] La estructura cristalina del metal puro a granel es hexagonal compacta . La estructura cristalina del metal puro nanodisperso es cúbica . El tecnecio nanodisperso no tiene un espectro NMR dividido, mientras que el tecnecio a granel hexagonal tiene el espectro Tc-99-NMR dividido en 9 satélites. [21] [22] El tecnecio atómico tiene líneas de emisión características en longitudes de onda de 363,3  nm , 403,1 nm, 426,2 nm, 429,7 nm y 485,3 nm.[23]

La forma metálica es ligeramente paramagnética , lo que significa que sus dipolos magnéticos se alinean con campos magnéticos externos , pero asumirán orientaciones aleatorias una vez que se elimine el campo. [24] Pure, metálico, tecnecio de un solo cristal se convierte en un superconductor de tipo II a temperaturas inferiores a 7,46  K . [nota 2] [25] Por debajo de esta temperatura, el tecnecio tiene una profundidad de penetración magnética muy alta , mayor que cualquier otro elemento excepto el niobio . [26]

Propiedades químicas [ editar ]

El tecnecio se encuentra en el séptimo grupo de la tabla periódica, entre el renio y el manganeso . Como predice la ley periódica , sus propiedades químicas se encuentran entre esos dos elementos. De los dos, el tecnecio se parece más al renio, particularmente en su inercia química y tendencia a formar enlaces covalentes . [27] Esto es consistente con la tendencia de los elementos del período 5 a parecerse a sus contrapartes en el período 6 más que en el período 4 debido a la contracción de los lantánidos . A diferencia del manganeso, el tecnecio no forma fácilmente cationes ( ionescon una carga neta positiva). El tecnecio exhibe nueve estados de oxidación de -1 a +7, siendo +4, +5 y +7 los más comunes. [28] El tecnecio se disuelve en agua regia , ácido nítrico y ácido sulfúrico concentrado , pero no es soluble en ácido clorhídrico de ninguna concentración. [21]

El tecnecio metálico se empaña lentamente con el aire húmedo [28] y, en forma de polvo, se quema con el oxígeno .

El tecnecio puede catalizar la destrucción de la hidracina por el ácido nítrico , y esta propiedad se debe a su multiplicidad de valencias. [29] Esto causó un problema en la separación del plutonio del uranio en el procesamiento de combustible nuclear , donde la hidracina se usa como reductor protector para mantener el plutonio en el estado trivalente en lugar del tetravalente más estable. El problema se vio agravado por la extracción por solventes mutuamente mejorada de tecnecio y circonio en la etapa anterior, [30] y requirió una modificación del proceso.

Compuestos [ editar ]

Pertecnetato y derivados [ editar ]

El pertecnetato es una de las formas más disponibles de tecnecio. Está relacionado estructuralmente con el permanganato .

La forma más prevalente de tecnecio que es fácilmente accesible es el pertecnetato de sodio, Na [TcO 4 ]. La mayor parte de este material se produce por desintegración radiactiva de [ 99 MoO 4 ] 2− : [31] [32]

[ 99 MoO 4 ] 2− → [ 99m TcO 4 ] - + e -

Pertecnetato (tetroxidotecnetato) TcO-
4se comporta de forma análoga al perclorato, ambos tetraédricos . A diferencia del permanganato ( MnO-
4), es solo un agente oxidante débil.

Relacionado con el pertecnetato está el heptóxido . Este sólido volátil de color amarillo pálido se produce por oxidación del metal Tc y precursores relacionados:

4 Tc + 7 O 2 → 2 Tc 2 O 7

Es un ejemplo muy raro de un óxido de metal molecular, siendo otros ejemplos OsO 4 y RuO 4 . Adopta una estructura centrosimétrica con dos tipos de enlaces Tc-O con longitudes de enlace de 167 y 184 pm. [33]

El heptóxido de tecnecio se hidroliza a pertecnetato y ácido pertecnético , según el pH: [34]

[35]
Tc 2 O 7 + 2 OH - → 2 TcO 4 - + H 2 O
Tc 2 O 7 + H 2 O → 2 HTcO 4

HTcO 4 es un ácido fuerte. En ácido sulfúrico concentrado , [TcO 4 ] - se convierte en la forma octaédrica TcO 3 (OH) (H 2 O) 2 , la base conjugada del hipotético complejo tri aquo [TcO 3 (H 2 O) 3 ] + . [36]

Otros derivados de los calcogenuros [ editar ]

El tecnecio forma un dióxido, [37] disulfuro , di seleniuro y di telururo . Se forma un Tc 2 S 7 mal definido al tratar el pertecnato con sulfuro de hidrógeno. Se descompone térmicamente en disulfuro y azufre elemental. [38] De manera similar, el dióxido se puede producir mediante la reducción del Tc 2 O 7 .

A diferencia del caso del renio, no se ha aislado un trióxido de tecnecio. Sin embargo, el TcO 3 se ha identificado en fase gaseosa mediante espectrometría de masas . [39]

Complejos simples de hidruros y haluros [ editar ]

El tecnecio forma el complejo simple TcH2−
9. La sal de potasio es isoestructural con ReH2− 9. [40]

El TcCl 4 forma estructuras en forma de cadena, similar al comportamiento de varios otros tetracloruros metálicos.

Se conocen los siguientes haluros de tecnecio binarios (que contienen solo dos elementos): TcF 6 , TcF 5 , TcCl 4 , TcBr 4 , TcBr 3 , α-TcCl 3 , β-TcCl 3 , TcI 3 , α-TcCl 2 y β- TcCl 2 . Los estados de oxidación van desde Tc (VI) a Tc (II). Los haluros de tecnecio exhiben diferentes tipos de estructuras, como complejos octaédricos moleculares, cadenas extendidas, láminas en capas y grupos de metales dispuestos en una red tridimensional. [41] [42] Estos compuestos se producen combinando el metal y el halógeno o mediante reacciones menos directas.

El TcCl _ { 4} se obtiene mediante cloración de Tc metálico o Tc _ { 2} O _ { 7}. Tras calentar, el TcCl _ { 4} da los correspondientes cloruros de Tc (III) y Tc (II). [42]

TcCl 4 → α-TcCl 3 + 1/2 Cl 2
TcCl 3 → β-TcCl 2 + 1/2 Cl 2

La estructura de TcCl 4 se compone de infinitas cadenas en zigzag de octaedros de TcCl 6 que comparten bordes . Es isomorfo a los tetracloruros de metales de transición de circonio , hafnio y platino . [42]

Complejos de coordinación de tecnecio (Tc-99) que contienen cloro en varios estados de oxidación: Tc (III), Tc (IV), Tc (V) y Tc (VI) representados.

Existen dos polimorfos de tricloruro de tecnecio , α- y β-TcCl 3 . El polimorfo α también se indica como Tc 3 Cl 9 . Adopta una estructura bioctaédrica confacial . [43] Se prepara tratando el cloroacetato Tc 2 (O 2 CCH 3 ) 4 Cl 2 con HCl. Como Re 3 Cl 9 , la estructura del polimorfo α consiste en triángulos con distancias MM cortas. El β-TcCl 3 presenta centros de Tc octaédricos, que están organizados en pares, como se ve también para el tricloruro de molibdeno . TcBr3 no adopta la estructura de ninguna de las fases de tricloruro. En cambio, tiene la estructura del tribromuro de molibdeno , que consta de cadenas de octaedros confaciales con contactos alternados Tc-Tc cortos y largos. TcI 3 tiene la misma estructura que la fase de alta temperatura de TiI 3 , con cadenas de octaedros confaciales con contactos Tc-Tc iguales. [42]

Se conocen varios haluros de tecnecio aniónicos. Los tetrahaluros binarios se pueden convertir en los hexahaluros [TcX 6 ] 2− (X = F, Cl, Br, I), que adoptan una geometría molecular octaédrica . [20] Los haluros más reducidos forman grupos aniónicos con enlaces Tc-Tc. La situación es similar para los elementos relacionados de Mo, W, Re. Estos grupos tienen la nuclearidad Tc 4 , Tc 6 , Tc 8 y Tc 13 . Los más estables Tc 6 y Tc 8Los grupos tienen formas de prisma donde los pares verticales de átomos de Tc están conectados por enlaces triples y los átomos planos por enlaces simples. Cada átomo de tecnecio forma seis enlaces, y los electrones de valencia restantes pueden saturarse con un átomo de halógeno ligando axial y dos ligandos puente , como el cloro o el bromo . [44]

Coordinación y complejos organometálicos [ editar ]

El tecnecio (99mTc) sestamibiis ("Cardiolita") se usa ampliamente para obtener imágenes del corazón.

El tecnecio forma una variedad de complejos de coordinación con ligandos orgánicos. Muchos han sido bien investigados debido a su relevancia para la medicina nuclear . [45]

El tecnecio forma una variedad de compuestos con enlaces Tc-C, es decir, complejos de organotecnecio. Los miembros prominentes de esta clase son complejos con ligandos de CO, areno y ciclopentadienilo. [46] El carbonil Tc 2 (CO) 10 binario es un sólido volátil blanco. [47] En esta molécula, dos átomos de tecnecio están unidos entre sí; cada átomo está rodeado por octaedros de cinco ligandos carbonilo. La longitud del enlace entre los átomos de tecnecio, 303 pm, [48] [49] es significativamente mayor que la distancia entre dos átomos en el tecnecio metálico (272 pm). Los carbonilos similares están formados por congéneres del tecnecio , el manganeso y el renio. [50] El interés en los compuestos de organotecnecio también ha sido motivado por aplicaciones en medicina nuclear . [46] Inusual para otros carbonilos metálicos, Tc forma complejos aquo-carbonil, siendo prominentes [Tc (CO) 3 (H 2 O) 3 ] + . [46]

Isótopos [ editar ]

Artículo principal: Isótopos de tecnecio

El tecnecio, con número atómico Z  = 43, es el elemento con el número más bajo en la tabla periódica para el cual todos los isótopos son radiactivos . El segundo elemento más ligero exclusivamente radiactivo, el prometio , tiene un número atómico 61. [28] Los núcleos atómicos con un número impar de protones son menos estables que aquellos con números pares, incluso cuando el número total de nucleones (protones + neutrones ) es par, [51] y los elementos impares tienen menos isótopos estables .

Los isótopos radiactivos más estables son el tecnecio-97 con una vida media de 4,21 millones de años, el tecnecio-98 con 4,2 millones de años y el tecnecio-99 con 211,100 años. [52] Se han caracterizado otros treinta radioisótopos con números de masa que oscilan entre 85 y 118. [53] La mayoría de estos tienen vidas medias inferiores a una hora, con las excepciones de tecnecio-93 (2,73 horas), tecnecio-94 ( 4,88 horas), tecnecio-95 (20 horas) y tecnecio-96 (4,3 días). [54]

El modo de desintegración principal para los isótopos más ligeros que el tecnecio-98 ( 98 Tc) es la captura de electrones , que produce molibdeno ( Z  = 42). [53] Para el tecnecio-98 y los isótopos más pesados, el modo principal es la emisión beta (la emisión de un electrón o positrón ), que produce rutenio ( Z  = 44), con la excepción de que el tecnecio-100 puede decaer tanto por emisión beta como por electrones. capturar. [53] [55]

El tecnecio también tiene numerosos isómeros nucleares , que son isótopos con uno o más nucleones excitados . El tecnecio-97m ( 97m Tc; "m" significa metaestabilidad ) es el más estable, con una vida media de 91 días y una energía de excitación de 0,0965 MeV. [54] A esto le siguen el tecnecio-95m (61 días, 0,03 MeV) y el tecnecio-99m (6,01 horas, 0,142 MeV). [54] El tecnecio-99m emite sólo rayos gamma y se desintegra en tecnecio-99. [54]

El tecnecio-99 ( 99 Tc) es un producto importante de la fisión del uranio-235 ( 235 U), lo que lo convierte en el isótopo de tecnecio más común y más fácilmente disponible. Un gramo de tecnecio-99 produce 6,2 × 10 8  desintegraciones por segundo (en otras palabras, la actividad específica del 99 Tc es 0,62 G Bq / g). [24]

Ocurrencia y producción [ editar ]

El tecnecio se encuentra naturalmente en la corteza terrestre en concentraciones diminutas de aproximadamente 0,003 partes por billón. El tecnecio es tan raro porque las vidas medias de 97 Tc y 98 Tc son de solo 4,2 millones de años. Han pasado más de mil de esos períodos desde la formación de la Tierra , por lo que la probabilidad de supervivencia de incluso un átomo de tecnecio primordial es efectivamente cero. Sin embargo, existen pequeñas cantidades como productos de fisión espontánea en los minerales de uranio . Un kilogramo de uranio contiene aproximadamente 1 nanogramo (10 −9  g) equivalente a diez billones de átomos de tecnecio. [17] [56][57] Algunasestrellas gigantes rojas con los tipos espectrales S-, M- y N contienen una línea de absorción espectral que indica la presencia de tecnecio. [21] [58] Estas gigantes rojas se conocen informalmente como estrellas de tecnecio .

Producto de desecho de fisión [ editar ]

En contraste con la rara ocurrencia natural, cada año se producen grandes cantidades de tecnecio-99 a partir de barras de combustible nuclear gastado , que contienen varios productos de fisión. La fisión de un gramo de uranio-235 en reactores nucleares produce 27 mg de tecnecio-99, lo que le da al tecnecio un rendimiento de producto de fisión del 6,1%. [24] Otros isótopos fisionables producen rendimientos similares de tecnecio, como el 4,9% del uranio-233 y el 6,21% del plutonio-239 . [59] Se estima que 49.000 T Bq (78  toneladas métricas) de tecnecio se produjo en reactores nucleares entre 1983 y 1994, con mucho la fuente dominante de tecnecio terrestre. [60] [61] Solo una fracción de la producción se utiliza comercialmente. [nota 3]

El tecnecio-99 es producido por la fisión nuclear tanto del uranio-235 como del plutonio-239. Por lo tanto, está presente en los desechos radiactivos y en la lluvia radiactiva de las explosiones de bombas de fisión . Su desintegración, medida en becquerelios por cantidad de combustible gastado, es el principal contribuyente a la radiactividad de los desechos nucleares después de aproximadamente 10 4 a 10 6  años después de la creación de los desechos nucleares. [60] De 1945 a 1994, se estima que 160 T Bq (unos 250 kg) de tecnecio-99 se liberaron al medio ambiente durante las pruebas nucleares atmosféricas . [60] [62]La cantidad de tecnecio-99 de los reactores nucleares liberada al medio ambiente hasta 1986 es del orden de 1000 TBq (alrededor de 1600 kg), principalmente mediante el reprocesamiento de combustible nuclear ; la mayor parte se vertió en el mar. Los métodos de reprocesamiento han reducido las emisiones desde entonces, pero a partir de 2005 la principal liberación de tecnecio-99 al medio ambiente es la planta de Sellafield , que liberó aproximadamente 550 TBq (unos 900 kg) de 1995 a 1999 en el mar de Irlanda . [61] A partir de 2000, la cantidad se ha limitado por reglamento a 90 TBq (unos 140 kg) por año. [63] La descarga de tecnecio en el mar resultó en la contaminación de algunos mariscos con cantidades minúsculas de este elemento. Por ejemplo,La langosta europea y el pescado del oeste de Cumbria contienen aproximadamente 1 Bq / kg de tecnecio. [64] [65] [nota 4]

Producto de fisión para uso comercial [ editar ]

El isótopo metaestable tecnecio-99m se produce continuamente como un producto de fisión a partir de la fisión de uranio o plutonio en reactores nucleares :

Debido a que el combustible usado se deja reposar durante varios años antes de su reprocesamiento, todo el molibdeno-99 y el tecnecio-99m se descomponen en el momento en que los productos de fisión se separan de los principales actínidos en el reprocesamiento nuclear convencional . El líquido que queda después de la extracción de plutonio-uranio ( PUREX ) contiene una alta concentración de tecnecio como TcO-
4pero casi todo esto es tecnecio-99, no tecnecio-99m. [66]

La gran mayoría del tecnecio-99m utilizado en trabajos médicos se produce irradiando objetivos específicos de uranio altamente enriquecido en un reactor, extrayendo molibdeno-99 de los objetivos en instalaciones de reprocesamiento [32] y recuperando en el centro de diagnóstico el tecnecio-99m producido tras la descomposición del molibdeno-99. [67] [68] Molibdeno-99 en forma de molibdato MoO2−
4se adsorbe en alúmina ácida ( Al
2O
3) en un cromatógrafo de columna blindado dentro de un generador de tecnecio-99m ("vaca de tecnecio", también llamada ocasionalmente "vaca de molibdeno"). El molibdeno-99 tiene una vida media de 67 horas, por lo que el tecnecio-99m de vida corta (vida media: 6 horas), que resulta de su descomposición, se produce constantemente. [17] El pertecnetato soluble TcO -
4A continuación, se puede extraer químicamente mediante elución con una solución salina . Un inconveniente de este proceso es que requiere objetivos que contengan uranio 235, que están sujetos a las precauciones de seguridad de los materiales fisibles. [69] [70]

El primer generador de tecnecio-99m, sin blindaje, 1958. Se está eluyendo una solución de pertecnetato de Tc-99m del molibdato de Mo-99 unido a un sustrato cromatográfico

Casi dos tercios del suministro mundial proviene de dos reactores; el Reactor Universal de Investigación Nacional en Chalk River Laboratories en Ontario, Canadá, y el Reactor de Alto Flujo en el Grupo de Consultoría e Investigación Nuclear en Petten, Países Bajos. Todos los grandes reactores que producen tecnecio-99m se construyeron en la década de 1960 y están cerca del final de su vida útil . Los dos nuevos reactores canadienses del Experimento de celosía de física aplicada multipropósito planeados y construidos para producir el 200% de la demanda de tecnecio-99m liberaron a todos los demás productores de construir sus propios reactores. Con la cancelación de los reactores ya probados en 2008, el suministro futuro de tecnecio-99m se volvió problemático.[71]

Eliminación de desechos [ editar ]

La larga vida media del tecnecio-99 y su potencial para formar especies aniónicas crea una gran preocupación para la eliminación a largo plazo de desechos radiactivos . Muchos de los procesos diseñados para eliminar productos de fisión en plantas de reprocesamiento apuntan a especies catiónicas como el cesio (por ejemplo, cesio-137 ) y el estroncio (por ejemplo, estroncio-90 ). De ahí que el pertecnetato se escape a través de esos procesos. Las opciones de eliminación actuales favorecen el entierroen roca continental geológicamente estable. El peligro principal de esta práctica es la probabilidad de que los desechos entren en contacto con el agua, lo que podría filtrar contaminación radiactiva al medio ambiente. El pertecnetato y el yoduro aniónicos tienden a no adsorberse en las superficies de los minerales y es probable que se eliminen por lavado. En comparación , el plutonio , el uranio y el cesio tienden a unirse a las partículas del suelo. El tecnecio podría ser inmovilizado por algunos entornos, como la actividad microbiana en los sedimentos del fondo del lago, [72] y la química ambiental del tecnecio es un área de investigación activa. [73]

En el CERN se ha demostrado un método de eliminación alternativo, la transmutación , para el tecnecio-99. En este proceso, el tecnecio (tecnecio-99 como objetivo metálico) es bombardeado con neutrones para formar el tecnecio-100 de vida corta (vida media = 16 segundos) que se desintegra por desintegración beta a rutenio -100. Si la recuperación de rutenio utilizable es un objetivo, se necesita un objetivo de tecnecio extremadamente puro; Si hay pequeñas trazas de los actínidos menores como el americio y el curio en el objetivo, es probable que se sometan a fisión y formen más productos de fisión.que aumentan la radiactividad del objetivo irradiado. Es probable que la formación de rutenio-106 (vida media 374 días) a partir de la 'fisión fresca' aumente la actividad del rutenio metálico final, que luego requerirá un tiempo de enfriamiento más prolongado después de la irradiación antes de que se pueda usar el rutenio. [74]

La separación real del tecnecio-99 del combustible nuclear gastado es un proceso largo. Durante el reprocesamiento del combustible , sale como un componente del líquido residual altamente radiactivo. Después de permanecer sentado durante varios años, la radiactividad se reduce a un nivel en el que la extracción de los isótopos de larga duración, incluido el tecnecio-99, se vuelve factible. Una serie de procesos químicos produce tecnecio-99 metal de alta pureza. [75]

Activación de neutrones [ editar ]

El molibdeno-99 , que se desintegra para formar tecnecio-99m, puede formarse mediante la activación neutrónica del molibdeno-98. [76] Cuando es necesario, otros isótopos de tecnecio no se producen en cantidades significativas por fisión, sino que se fabrican mediante la irradiación de neutrones de los isótopos originales (por ejemplo, el tecnecio-97 se puede producir mediante la irradiación de neutrones de rutenio-96 ). [77]

Aceleradores de partículas [ editar ]

La viabilidad de la producción de tecnecio-99m con el bombardeo de 22-MeV-protones de un objetivo de molibdeno-100 en ciclotrones médicos después de la reacción de 100 Mo (p, 2n) 99m Tc se demostró en 1971. [78] La reciente escasez de tecnecio médico -99m reavivó el interés en su producción mediante bombardeo de protones de objetivos de molibdeno-100 enriquecidos isotópicamente (> 99,5%). [79] [80] Se están investigando otras técnicas para obtener molibdeno-99 a partir de molibdeno-100 mediante reacciones (n, 2n) o (γ, n) en aceleradores de partículas. [81] [82] [83]

Aplicaciones [ editar ]

Medicina y biología nuclear [ editar ]

Gammagrafía con tecnecio de un paciente con enfermedad de Graves en el cuello
Artículo principal: tecnecio-99m

El tecnecio-99m ("m" indica que se trata de un isómero nuclear metaestable ) se utiliza en pruebas médicas de isótopos radiactivos . Por ejemplo, el tecnecio-99m es un marcador radiactivo que el equipo de imágenes médicas rastrea en el cuerpo humano. [17] [79] Se adapta bien al papel porque emite rayos gamma de 140 keV fácilmente detectables  y su vida media es de 6,01 horas (lo que significa que alrededor del 94% se desintegra en tecnecio-99 en 24 horas). [24]La química del tecnecio permite que se una a una variedad de compuestos bioquímicos, cada uno de los cuales determina cómo se metaboliza y se deposita en el cuerpo, y este isótopo único se puede utilizar para una multitud de pruebas de diagnóstico. Más de 50 radiofármacos comunes se basan en tecnecio-99m para estudios de imágenes y funcionales del cerebro , músculo cardíaco, tiroides , pulmones , hígado , vesícula biliar , riñones , esqueleto , sangre y tumores . [84]

El isótopo de vida más larga, tecnecio-95m con una vida media de 61 días, se utiliza como marcador radiactivo para estudiar el movimiento del tecnecio en el medio ambiente y en sistemas vegetales y animales. [85] >

Industrial y químico [ editar ]

El tecnecio-99 se desintegra casi en su totalidad por desintegración beta, emitiendo partículas beta con energías bajas consistentes y sin rayos gamma acompañantes. Además, su larga vida media hace que esta emisión disminuya muy lentamente con el tiempo. También se puede extraer a una alta pureza química e isotópica a partir de desechos radiactivos. Por estas razones, es un emisor beta estándar del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y se utiliza para la calibración de equipos. [86] También se ha propuesto el tecnecio-99 para dispositivos optoelectrónicos y baterías nucleares a nanoescala . [87]

Como el renio y el paladio , el tecnecio puede servir como catalizador . En procesos como la deshidrogenación de alcohol isopropílico , es un catalizador mucho más eficaz que el renio o el paladio. Sin embargo, su radiactividad es un problema importante en aplicaciones catalíticas seguras. [88]

Cuando el acero se sumerge en agua, agregar una pequeña concentración (55  ppm ) de pertecnetato de potasio (VII) al agua protege al acero de la corrosión, incluso si la temperatura se eleva a 250 ° C (523 K). [89] Por esta razón, el pertecnetato se ha utilizado como inhibidor de la corrosión anódica para el acero, aunque la radiactividad del tecnecio plantea problemas que limitan esta aplicación a los sistemas autónomos. [90] Mientras (por ejemplo) CrO2−
4también puede inhibir la corrosión, requiere una concentración diez veces mayor. En un experimento, una muestra de acero al carbono se mantuvo en una solución acuosa de pertecnetato durante 20 años y aún no estaba corroída. [89] El mecanismo por el cual el pertecnetato previene la corrosión no se comprende bien, pero parece implicar la formación reversible de una capa superficial delgada ( pasivación ). Una teoría sostiene que el pertecnetato reacciona con la superficie del acero para formar una capa de dióxido de tecnecio.que previene una mayor corrosión; el mismo efecto explica cómo se puede usar polvo de hierro para eliminar el pertecnetato del agua. El efecto desaparece rápidamente si la concentración de pertecnetato cae por debajo de la concentración mínima o si se agrega una concentración demasiado alta de otros iones. [91]

Como se señaló, la naturaleza radiactiva del tecnecio (3 MBq / L en las concentraciones requeridas) hace que esta protección contra la corrosión no sea práctica en casi todas las situaciones. No obstante, se propuso (pero nunca se adoptó) la protección contra la corrosión por iones pertecnetato para su uso en reactores de agua hirviendo . [91]

Precauciones [ editar ]

El tecnecio no desempeña ningún papel biológico natural y normalmente no se encuentra en el cuerpo humano. [21] El tecnecio se produce en cantidad por fisión nuclear y se propaga más rápidamente que muchos radionucleidos. Parece tener baja toxicidad química. Por ejemplo, no se pudo detectar ningún cambio significativo en la fórmula sanguínea, el peso corporal y de órganos y el consumo de alimentos en ratas que ingirieron hasta 15 µg de tecnecio-99 por gramo de alimento durante varias semanas. [92] En el cuerpo, el tecnecio se convierte rápidamente en el TcO estable .-
4ion, que es altamente soluble en agua y se excreta rápidamente. La toxicidad radiológica del tecnecio (por unidad de masa) es función del compuesto, el tipo de radiación para el isótopo en cuestión y la vida media del isótopo. [93]

Todos los isótopos de tecnecio deben manipularse con cuidado. El isótopo más común, tecnecio-99, es un emisor beta débil; tal radiación es detenida por las paredes del material de vidrio de laboratorio. El principal peligro al trabajar con tecnecio es la inhalación de polvo; tal contaminación radiactiva en los pulmones puede representar un riesgo de cáncer significativo. Para la mayoría de los trabajos, es suficiente un manejo cuidadoso en una campana extractora y no se necesita una guantera . [94]

Notas [ editar ]

  1. ^ En 1998 John T. Armstrong del Instituto Nacional de Estándares y TecnologíaEjecutó "simulaciones por computadora" de los experimentos de 1925 y obtuvo resultados bastante cercanos a los reportados por el equipo de Noddack. "Utilizando algoritmos de generación espectral de emisión de rayos X de los primeros principios desarrollados en el NIST, simulé los espectros de rayos X que se esperarían para las estimaciones iniciales de Van Assche de las composiciones de residuos de los Noddack. Los primeros resultados fueron sorprendentemente cercanos a los publicados Durante los dos años siguientes, refinamos nuestra reconstrucción de sus métodos analíticos y realizamos simulaciones más sofisticadas. La concordancia entre los espectros simulados y reportados mejoró aún más.Nuestro cálculo de la cantidad de elemento 43 requerido para producir su espectro es bastante similar a las mediciones directas de la abundancia de tecnecio natural en el mineral de uranio publicadas en 1999 por Dave Curtis y sus colegas en Los Alamos. No podemos encontrar otra explicación plausible para los datos de los Noddack que el hecho de que efectivamente detectaron el "masurium" de fisión.
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  2. ↑ Los cristales irregulares y las trazas de impurezas elevan esta temperatura de transición a 11,2 K para un polvo de tecnecio puro al 99,9% ( Schwochau 2000 , p. 96).
  3. ^ A partir de 2005, el tecnecio-99 en forma de pertecnetato de amonio está disponible para los titulares de unpermiso del Laboratorio Nacional de Oak Ridge : Hammond, CR (2004). "Los Elementos" . Manual de Química y Física (81ª ed.). Prensa CRC. ISBN 978-0-8493-0485-9.
  4. ^ La anaeróbico , esporas -Formar bacterias en los Clostridium género son capaces de reducir Tc (VII) a Tc (IV). La bacteria clostridia juega un papel en la reducción del hierro, manganeso y uranio, lo que afecta la solubilidad de estos elementos en el suelo y los sedimentos. Su capacidad para reducir el tecnecio puede determinar una gran parte de la movilidad del tecnecio en los desechos industriales y otros entornos subterráneos. Francis, AJ; Dodge, CJ; Meinken, GE (2002). "Biotransformación de pertecnetato por Clostridia " . Radiochimica Acta . 90 (9-11): 791-797. doi: 10.1524 / ract.2002.90.9-11_2002.791 . S2CID  83759112 .

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Bibliografía [ editar ]

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Lectura adicional [ editar ]

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  • EnvironmentalChemistry.com - tecnecio
  • Gráfico de nucleidos Nudat 2 del Centro Nacional de Datos Nucleares, Laboratorio Nacional de Brookhaven
  • F Poineau, EV Johnstone, KR Czerwinski, et al. Avances recientes en la química de haluros de tecnecio. Acc. Chem. Res. , 2014, 47 (2), págs. 624–632. DOI: 10.1021 / ar400225b

Enlaces externos [ editar ]

  • Tecnecio en la tabla periódica de videos (Universidad de Nottingham)