Реферат: Технеций

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

Технеций стабильных изотопов не имеет. Из радиоактивныхизотопов (около 20) практическое значение имеют два: 99Тс и 99mTcс периодами полураспада соответственно Т1/2 = 2,12 ×105лети T1/2 = 6,04 ч. В природе элемент находится внезначительных количествах — 10-10 г в 1 т урановойсмолки.

Физические и химическиесвойства.

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 имеетгексагональную решётку плотной упаковки (а = 2,735 />, с = 4,391 />); втонких слоях (менее 150 />) — кубическуюгранецентрированную решётку (а = 3,68? 0,0005 />); плотность Т. (сгексагональной решёткой) 11,487 г/см3, tпл2200? 50? С; tkип 4700? С; удельное электросопротивление 69* 10-6 ом×см (100? С); температура перехода в состояниесверхпроводимости Тс 8,24 К. Технеций парамагнитен; его магнитнаявосприимчивость при 25 0С — 2,7 * 10-4.Конфигурация внешней электронной оболочки атома Тс 4d55s2;атомный радиус 1,358 />; ионный радиус Тс7+0,56 />.

По химическим свойствамTc близок к Mn и особенно к Re, в соединениях проявляет степени окисления от -1до +7. Наиболее устойчивы и хорошо изучены соединения Tc в степени окисления+7. При взаимодействии Технеция или его соединений с кислородом образуютсяокислы Tc2O7 и TcO2, с хлором и фтором — галогениды ТсХ6, ТсХ5, ТсХ4, возможнообразование оксигалогенидов, например ТсО3Х (где Х — галоген), ссерой — сульфиды Tc2S7 и TcS2. Технецийобразует также технециевую кислоту HTcO4 и её соли пертехнаты MеTcO4(где Ме — металл), карбонильные, комплексные и металлорганические соединения. Вряду напряжений Технеций стоит правее водорода; он не реагирует с солянойкислотой любых концентраций, но легко растворяется в азотной и серной кислотах,царской водке, перекиси водорода, бромной воде.

Получение.

 Основным источником Технеция служат отходы атомнойпромышленности. Выход 99Tc при делении 235U составляетоколо 6%. Из смеси продуктов деления Технеций в виде пертехнатов, окислов,сульфидов извлекают экстракцией органическими растворителями, методами ионногообмена, осаждением малорастворимых производных. Металл получают восстановлениемводородом NH4TcO4, TcO2, Tc2S7при 600-1000 0С или электролизом.

Применение.

Технеций — перспективный металл в технике; он может найтиприменение как катализатор, высокотемпературный и сверхпроводящий материал.Соединения Технеция. — эффективные ингибиторы коррозии. 99mTcиспользуется в медицине как источник g-излучения. Технеций радиационноопасен,работа с ним требует специальной герметизированной аппаратуры.

История открытия.

Ещев 1846 году работавший в России химик и минералог Р. Герман нашел в Ильменскихгорах на Урале неизвестный ранее минерал, названный им иттроильменитом. Ученыйне успокоился на достигнутом и попытался выделить из него новый химическийэлемент, который, как он считал, содержится в минерале. Но не успел он открытьсвой ильмений, как известный немецкий химик Г. Розе, «закрыл» его, доказавошибочность работ Германа.

Спустячетверть века ильмений снова появился на авансцене химии — о нем вспомнили како претенденте на роль «эка — марганца», который должен был занять пустовавшее впериодической системе место под номером 43. Но репутация ильмения была сильно«подмочена» работами Г. Розе, и, несмотря на то, что многие его свойства, в томчисле и атомный вес, вполне подходили для элемента № 43, Д. И. Менделеев нестал оформлять ему прописку в своей таблице. Дальнейшие исследованияокончательно убедили научный мирв том, что ильмений может войтив историю химии лишь с печальной славой одного из многочисленных лжеэлементов.

Посколькусвято место пусто не бывает, претензии на право занять его появлялись одна задругой. Дэвий, люций, ниппоний — все они лопались, словно мыльные пузыри, едвауспев появиться на свет.

Новот в 1925 году немецкие ученые супруги Ида и Вальтер Ноддак опубликовалисообщение о том, что ими обнаружены два новых элемента — мазурий (№ 43) и рений(№ 75). К рению судьба оказалась благосклонной: он тут же был узаконен в правахи незамедлительно занял приготовленную для него резиденцию. А вот к мазуриюфортуна повернулась спиной: ни его первооткрыватели, ни другие ученые не моглинаучно подтвердить открытие этого элемента. Правда, Ида Ноддак заявила, что «вскором времени мазурий, подобно рению, можно будет покупать в магазинах», нохимики, как известно, словам не верят, а других, более убедительныхдоказательств супруги Ноддак представить не могли, — список «лжесороктретьих»пополнился еще одним неудачником.

Вэтот период некоторые ученые начали склоняться к мысли, что далеко не всеэлементы, предсказанные Менделеевым, в частности элемент № 43, существуют вприроде. Может быть, их просто нет и незачем понапрасну терять время и ломатькопья? К такому выводу пришел даже крупный немецкий химик Вильгельм Прандтль,наложивший «вето» на открытие мазурия.

Внестиясность в этот вопрос позволила младшая сестра химии — ядерная физика, успевшаяуже к тому времени завоевать прочный авторитет. Одна из закономерностей этойнауки (замеченная в 20-х годах советским химиком С. А. Щукаревым и окончательносформулированная в 1934 году немецким физиком Г. Маттаухом) называется правиломМаттауха — Щукарева, или правилом запрета.

Смыслего заключается в том, что в природе не могут существовать два стабильныхизобара, ядерные заряды которых отличаются на единицу. Другими словами, если укакого — либо химического элемента есть устойчивый изотоп, то его ближайшимсоседям по таблице «категорически запрещается» иметь устойчивый изотоп с тем жемассовым числом. В этом смысле элементу № 43 явно не повезло: его соседи слеваи справа — молибден и рутений — позаботились о том, чтобы все стабильныевакансии близлежащих «территорий» принадлежали их изотопам. А это означало, чтоэлементу № 43 выпала тяжкая доля: сколько бы изотопов он не имел, все ониобречены на неустойчивость, и, таким образом, им приходилось непрерывно — днеми ночью — распадаться, хотели они того или нет.

Резонно предположить, что когда — то элемент № 43 существовална 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 жизнираспадаются, как говорится, медленно, но верно? Но именно в этом и кроетсяответ на наш вопрос: уран и торий только потому исохранились, что распадаются медленно, значительно медленнее, чем другиеэлементы с естественной радиоактивностью (и все же за время существования Землизапасы урана в ее природных кладовых уменьшились примерно в сто раз). Расчетыамериканских радиохимиков показали, что неустойчивый изотоп того или иногоэлемента имеет шансы, дожить в земной коре с момента «сотворения мира» до нашихдней только в том случае, если его период полураспада превышает 150 миллионовлет. Забегая вперед, скажем, что когда были получены различные изотопы элемента№ 43, выяснилось, что период полураспада самого долгоживущего из них лишьнемногим больше двух с половиной миллионов лет, и, значит, последние его атомыперестали существовать, видимо, даже задолго до появления на Земле первогодинозавра: ведь наша планета «функционирует» во Вселенной уже примерно 4,5миллиарда лет.

Стало быть, если ученые хотели «пощупать» своими руками элемент№ 43, его нужно было этими же руками и создавать, поскольку природа давновнесла его в списки пропавших. Но по плечу ли науке такая задача?

Да,по плечу. Это впервые экспериментально доказал еще в 1919 году английский физикЭрнест Резерфорд. Он подверг ядро атомов азота ожесточенной бомбардировке, вкоторой орудиями служили все время распадавшиеся атомы радия, а снарядами — образующиеся при этом альфа — частицы. В результате длительного обстрела ядраатомов азота пополнились протонами и он превратился в кислород.

ОпытыРезерфорда вооружили ученых необыкновенной артиллерией: с ее помощью можно былоне разрушать, а создавать — превращать одни вещества в другие, получать новыеэлементы.

Такпочему бы не попытаться добыть таким путем элемент № 43? За решение этойпроблемы взялся молодой итальянский физик Эмилио Сегре. В начале 30 — х годовон работал в Римском университете под руководством уже тогда знаменитого ЭнрикоФерми. Вместе с другими «мальчуганами» (так Ферми шутливо называл своихталантливых учеников) Сегре принимал участие в опытах по нейтронному облучениюурана, решал многие другие проблемы ядерной физики. Но вот молодой ученыйполучил заманчивое предложение — возглавить кафедру физики в Палермскомуниверситете. Когда он приехал в древнюю столицу Сицилии, его ждалоразочарование: лаборатория, которой ему предстояло руководить, была более чемскромной и вид ее отнюдь не располагал к научным подвигам.

Новелико 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 атомныхчастиц. Сегодня это небольшое устройство показалось бы физикам чем — то вродедетской игрушки, но в то время первый в мире циклотрон вызывал восхищение изависть ученых из других лабораторий (в 1939 году за его создание Э. Лоуренсбыл удостоен Нобелевской премии).

Незаметноподошел к концу срок пребывания 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 тот вернулся в Палермо снесколькими образцами невзрачного на вид, но драгоценного молибдена.

Зачемже 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.

Казалосьбы, все просто, но попробуй докажи это экспериментальным путем. Как бы то нибыло, в январе 1937 года Сегре и его помощник минералог Карло Перье засучилирукава и приступили к делу.

Преждевсего они выяснили, что заокеанский молибден излучает бета — частицы — быстрыеядерные электроны. Значит, в нем действительно «сидит» радиоактивный изотоп, нокакой именно? Это может быть изотоп как самого молибдена, так и другихэлементов, например циркония, ниобия, рутения или искомого «сорок третьего».

Врезультате скрупулезного химического «расследования» все элементы, кромепоследнего, сумели доказать свою полную непричастность к бета — излучению.После их удаления ученые получили, наконец, долгожданный «эка — марганец».Правда, получили — пожалуй, слишком громко сказано: как выяснилось несколькопозднее, они имели дело всего с 0,0000000001 грамма нового вещества. Впрочем,для физиков одна десятимиллиардная доля грамма — не так уж и мало: открытиеменделевия (№ 101) было зарегистрировано, когда удалось «добыть» всего 17атомов этого элемента. Для наглядности приведем такой пример: если все атомыжелеза, содержащиеся в крохотной булавочной головке, равномерно распределить поповерхности земного шара, то на каждом квадратном метре «обоснуется» добрыйдесяток миллионов) атомов.

Итак,в июне 1937 года искусственным путем ученым удалось воссоздать первый из«вымерших» на Земле химических элементов. Не мудрствуя лукаво, Э. Сегре и К.Перье назвали сорок третий элемент технецием, что в переводе с греческого(«техникос») значит искусственный.

Хотятехнеция в руках ученых было, скажем прямо, не густо, они все же сумелиопределить некоторые свойства нового элемента и убедились, что он родственникрения, причем довольно близкий.

Вполнепонятно, как велико было желание химиков и физиков всего мира узнать побольшеподробностей об искусственном новоселе таблицы Менделеева. Но чтобы изучатьтехнеций, нужно было его иметь. Все понимали, что на облученный молибденрассчитывать не приходилось: слишком беден он был технецием. Требовалосьподыскать более подходящую кандидатуру на роль поставщика этого элемента.

Поискипродолжались недолго: уже в 1940 году все тот же Сегре и его ассистентка ByЦзяньсюн обнаружили, что один из самых долгоживущих изотопов технеция вдовольно солидных количествах присутствует в так называемых «осколках»,образующихся при делении урана в результате облучения его нейтронами (этотпроцесс лежит в основе работы ядерных реакторов). На один килограмм «осколков»приходится несколько граммов технеция — тут уже есть о чем поговорить всерьез.Неудивительно, что ядерные реакторы стали по совместительству своеобразными«фабриками», производящими технеций.

Поначалупродукция этих «фабрик» — тяжелый тугоплавкий серебристо — белый металл — стоила, прямо скажем, дороговато — в тысячи раз дороже золота. Но атомнаяэнергетика развивалась весьма энергично (на то она и энергетика!). С каждым годом«сжигалось» все больше ядерного топлива, и урановые «осколки» постепенностановились не столь дефицитным товаром, как прежде. Цена на технеций началарезко падать. Однако процесс извлечения его из радиоактивных «осколков» очень иочень сложен, поэтому еще в 1965 году каждый грамм «синтетического» металлаоценивался на мировом рынке в 90 долларов. Но производство его определялось ужене долями миллиграмма, а десятками и сотнями килограммов, и ученые могли теперьвсесторонне изучить его свойства, попытаться определить возможные сферы егобудущей деятельности.

Важнейшаяпрофессия технеция определилась довольно быстро: борьба с коррозией. Этаковарная «хищница» наносит человечеству огромный ущерб, безжалостно съедаякаждый год десятки миллионов тонн стали. Металлурги, правда, умеют варитьнержавеющую сталь — «блюдо», которое коррозии не по зубам. Но, во — первых,такая сталь значительно дороже обычной; во — вторых, стали всякие нужны, асделать металл одновременно и нержавеющим, и, например, износостойким не всегдавозможно; наконец, в — третьих, просто не напастись столько хрома и никеля, безкоторых «нержавейку» не сваришь, как не приготовишь уху без рыбы. Металловеды,химики, физики постоянно ищут способы умерить аппетит коррозии, сделать ееменее прожорливой.

Решитьантикоррозионную проблему не так — то просто, но успехов на этом поприще уженемало. Ученые обнаружили, в частности, что некоторые вещества обладаютценнейшими свойствами: они делают поверхность металла химически пассивной и,таким образом, надежно предохраняют изделия от коррозии. Эти вещества получилиназвание ингибиторов (от латинского слова «ингибире» — тормозить, удерживать).Самым способным из них оказался технеций: он обладает наибольшим ингибирующимэффектом. Если стальную деталь обработать раствором, в котором присутствуютедва уловимые количества пертехнатов (солей технециевой кислоты) — всегостотысячные доли процента, то она окажется неприступной крепостью для ржавчины.Даже значительный нагрев (до 250°С) не в силах при этом помочь «агрессору».

Немалыйинтерес представляет еще одно ценное свойство технеция. Известно, что вблизиабсолютного температурного нуля (-273,16°С) многие металлы становятсясверхпроводниками, т. е. практически перестают оказывать какое бы то ни былосопротивление прохождению электрического тока. Чем выше точка перехода всверхпроводящее состояние (так называемая критическая температура), тем большиеперспективы сулит это свойство технике. В этом отношении у технеция нетконкурентов: он совершенно беспрепятственно проводит ток при 8,24 К(-264,92°С), в то время как другим металлам для этого нужно еще немного«поостыть».

Ученыене теряют надежды найти технеций в земной коре, поскольку теоретически можнопредположить, что «осколки» урана образуются и в природных кладовых этогоэлемента; кроме того, не исключена возможность появления технеция в различныхгорных породах, содержащих молибден, рутений, ниобий: их изотопы под действиемкосмических нейтронов, достигающих Земли, способны превращаться в изотопыэлемента № 43.

Ивсе же возлагать большие надежды на нашу планету, пожалуй, не приходится. Вотпочему многие исследователи в поисках технеция обратили свой взор (в буквальномсмысле) на другие небесные тела. Еще в 1951 году американский астроном ШарлоттаМур опубликовала сенсационное сообщение: спектральным анализом технецийобнаружен на Солнце. Спустя год английский астрофизик Р. Мерилл нашел линииэтого элемента в спектре некоторых звезд из созвездий Андромеды и Кита. Правда,дальнейшими исследованиями открытие Мур не подтвердилось, зато существованиетехнеция на далеких звездах неопровержимо доказывали сотни спектрограмм.

Носамое удивительное было в том, что звездные запасы этого элемента оказалисьвполне сопоставимыми с содержанием циркония, ниобия, молибдена. Может быть,технеций из созвездия Андромеды, в отличие от земного, стабилен и потомураспаду не подлежит? Нет, это исключено. Тогда, возможно, звезды, о которыхидет речь, намного моложе земли и технеций еще просто не успел превратиться вдругие элементы? И такая версия отпадает, потому что эти звезды и наша планетапринадлежат к одному «поколению».

Втаком случае напрашивается единственный вывод: внутри некоторых небесных телтехнеций образуется и в настоящее время. Как это происходит, наука еще не можетточно объяснить, а лишь выдвигает ряд гипотез. Видимо, в процессе эволюциизвезд в их недрах непрерывно протекают термоядерные реакции и в результате насвет рождаются различные химические элементы.

1)Общие сведения.

2)Химические и физические свойства.

3)Получение.

4)Применение.

5)История открытия.

Уральский химико-технологический колледж.

На тему: «Технеций».

Ваганова Е.В.

Студент

Группы ХТОВ-01

Иванов С.А.

2004г.

1) Котегов К. В., Павлов О. Н.,Шведов В. П., Технеций, М., 1965; Получение Тс99 в виде металла иего соединений 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.