Реферат: Технеций
Реферат: Технеций
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: 99Тс и 99mTc
с периодами полураспада соответственно Т1/2 = 2,12 ×105лет
и T1/2 = 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/см3, tпл
2200 ? 50 ?С; tkип 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 0С - 2,7 * 10-4.
Конфигурация внешней электронной оболочки атома Тс 4d55s2;
атомный радиус 1,358 ; ионный радиус Тс7+
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 Tc2O7 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 HTcO4 и её соли пертехнаты MеTcO4
(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 99Tc при делении 235U 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 NH4TcO4, TcO2, Tc2S7
при 600-1000 0С или электролизом.
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 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 мир в 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).
Незаметно
подошел к концу срок пребывания Сегре в США. Трудно ему было расставаться с
циклотроном - о подобном оборудовании он не мог тогда и мечтать. Незадолго до
отъезда ученому пришла в голову интересная мысль: захватить с собой в Италию
пластинку молибдена, на которую в течение нескольких месяцев обрушивался мощный
поток ускоренных на циклотроне дейтронов - ядер тяжелого водорода (дейтерия).
Лоуренс охотно пошел навстречу своему коллеге, и тот вернулся в Палермо с
несколькими образцами невзрачного на вид, но драгоценного молибдена.
Зачем
же они понадобились Сегре? «У нас были веские основания думать, - писал он
впоследствии, - что молибден после бомбардировки его дейтронами должен
превратиться в элемент с номером 43...» В самом деле, ведь атом молибдена имеет
в своем ядре 42 протона. Если дейтрон, состоящий из протона и нейтрона, сумеет
проникнуть в ядро атома молибдена, то в нем окажется уже 43 протона, т. е. как
раз столько, сколько должно быть в ядре элемента № 43.
Казалось
бы, все просто, но попробуй докажи это экспериментальным путем. Как бы то ни
было, в январе 1937 года Сегре и его помощник минералог Карло Перье засучили
рукава и приступили к делу.
Прежде
всего они выяснили, что заокеанский молибден излучает бета - частицы - быстрые
ядерные электроны. Значит, в нем действительно «сидит» радиоактивный изотоп, но
какой именно? Это может быть изотоп как самого молибдена, так и других
элементов, например циркония, ниобия, рутения или искомого «сорок третьего».
В
результате скрупулезного химического «расследования» все элементы, кроме
последнего, 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 несколько
позднее, они имели дело всего с 0,0000000001 грамма нового вещества. Впрочем,
для физиков одна десятимиллиардная 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 в крохотной булавочной головке, равномерно распределить по
поверхности земного шара, то на каждом квадратном метре «обоснуется» добрый
десяток 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.
Хотя
технеция в руках ученых было, скажем прямо, не густо, они все же сумели
определить некоторые свойства нового элемента и убедились, что он родственник
рения, причем довольно близкий.
Вполне
понятно, как велико было желание химиков и физиков всего мира узнать побольше
подробностей об искусственном новоселе таблицы Менделеева. Но чтобы изучать
технеций, нужно было его иметь. Все понимали, что на облученный молибден
рассчитывать не приходилось: слишком беден он был технецием. Требовалось
подыскать более подходящую кандидатуру на роль поставщика этого элемента.
Поиски
продолжались недолго: уже в 1940 году все тот же Сегре и его ассистентка By
Цзяньсюн обнаружили, что один из самых долгоживущих изотопов технеция в
довольно солидных количествах присутствует в так называемых «осколках»,
образующихся при делении урана в результате облучения его нейтронами (этот
процесс 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.
Поначалу
продукция этих «фабрик» - тяжелый тугоплавкий серебристо - белый металл -
стоила, прямо скажем, дороговато - в тысячи раз дороже золота. Но атомная
энергетика развивалась весьма энергично (на то она и энергетика!). С каждым годом
«сжигалось» все больше ядерного топлива, и урановые «осколки» постепенно
становились не столь дефицитным товаром, как прежде. Цена на технеций начала
резко падать. Однако процесс извлечения его из радиоактивных «осколков» очень и
очень сложен, поэтому еще в 1965 году каждый грамм «синтетического» металла
оценивался на мировом рынке в 90 долларов. Но производство его определялось уже
не долями миллиграмма, а десятками и сотнями килограммов, и ученые могли теперь
всесторонне изучить его свойства, попытаться определить возможные сферы его
будущей деятельности.
Важнейшая
профессия технеция определилась довольно быстро: борьба с коррозией. Эта
коварная «хищница» наносит человечеству огромный ущерб, безжалостно съедая
каждый год десятки миллионов тонн стали. Металлурги, правда, умеют варить
нержавеющую сталь - «блюдо», которое коррозии не по зубам. Но, во - первых,
такая сталь значительно дороже обычной; во - вторых, стали всякие нужны, а
сделать металл одновременно и 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 проблему не так - то просто, но успехов на этом поприще уже
немало. Ученые обнаружили, в частности, что некоторые вещества обладают
ценнейшими свойствами: они делают поверхность металла химически пассивной и,
таким образом, надежно предохраняют изделия от коррозии. Эти вещества получили
название ингибиторов (от латинского слова «ингибире» - тормозить, удерживать).
Самым способным из них оказался технеций: он обладает наибольшим ингибирующим
эффектом. Если стальную деталь обработать раствором, в котором присутствуют
едва уловимые количества пертехнатов (солей технециевой кислоты) - всего
стотысячные доли процента, то она окажется неприступной крепостью для ржавчины.
Даже значительный нагрев (до 250°С) не в силах при этом помочь «агрессору».
Немалый
интерес представляет еще одно ценное свойство технеция. Известно, что вблизи
абсолютного температурного нуля (-273,16°С) многие металлы становятся
сверхпроводниками, т. е. практически перестают оказывать какое бы то ни было
сопротивление прохождению электрического тока. Чем выше точка перехода в
сверхпроводящее состояние (так называемая критическая температура), тем большие
перспективы сулит это свойство технике. В этом отношении у технеция нет
конкурентов: он совершенно беспрепятственно проводит ток при 8,24 К
(-264,92°С), в то время как другим металлам для этого нужно еще немного
«поостыть».
Ученые
не теряют надежды найти технеций 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
космических нейтронов, достигающих Земли, способны превращаться в изотопы
элемента № 43.
И
все же возлагать большие надежды на нашу планету, пожалуй, не приходится. Вот
почему многие исследователи в поисках технеция обратили свой взор (в буквальном
смысле) на другие небесные тела. Еще в 1951 году американский астроном Шарлотта
Мур опубликовала сенсационное сообщение: спектральным анализом технеций
обнаружен на Солнце. Спустя год английский астрофизик Р. Мерилл нашел линии
этого элемента в спектре некоторых звезд из созвездий Андромеды и Кита. Правда,
дальнейшими исследованиями открытие Мур не подтвердилось, зато существование
технеция на далеких звездах неопровержимо доказывали сотни спектрограмм.
Но
самое удивительное было в том, что звездные запасы этого элемента оказались
вполне сопоставимыми с содержанием циркония, ниобия, молибдена. Может быть,
технеций из созвездия Андромеды, в отличие от земного, стабилен и потому
распаду не подлежит? Нет, это исключено. Тогда, возможно, звезды, о которых
идет речь, намного моложе земли и технеций еще 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 напрашивается единственный вывод: внутри некоторых небесных тел
технеций образуется и в настоящее время. Как это происходит, наука еще не может
точно объяснить, а лишь выдвигает ряд гипотез. Видимо, в процессе эволюции
звезд в их недрах непрерывно протекают термоядерные реакции и в результате на
свет рождаются различные химические элементы.
Содержание
1)
Общие сведения.
2)
Химические и физические свойства.
3)
Получение.
4)
Применение.
5)
История открытия.
Уральский химико-технологический колледж.
Реферат
На тему: «Технеций».
Преподаватель
Ваганова Е.В.
Студент
Группы ХТОВ-01
Иванов С.А.
2004г.
Список литературы
1)
Котегов К. В., Павлов О. Н.,
Шведов В. П., Технеций, М., 1965; Получение Тс99 в виде металла и
его 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.
|