تدریس خصوصی آنلاین| استاد آنلاین

چکیده

تکنسیم (Tc)، اولین عنصری است که به‌طور مصنوعی کشف شد، یکی از عناصر مهم در جدول تناوبی با عدد اتمی‌۴۳ است. این عنصر به دلیل نبود ایزوتوپ پایدار در طبیعت، چالش‌های خاصی در جداسازی و مطالعه دارد. در این مقاله، ابتدا به تاریخچه کشف تکنسیم پرداخته شده و سپس ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و ایزوتوپی آن مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه، کاربردهای گسترده این عنصر در پزشکی هسته‌ای، صنعت و پژوهش‌های علمی‌مورد بحث قرار خواهد گرفت.

۱. مقدمه

تکنسیم عنصری با عدد اتمی‌۴۳ و یکی از عناصر واسطه است که به دلیل رادیواکتیویته آن در طبیعت به شکل خالص یافت نمی‌شود. این عنصر نقشی اساسی در کاربردهای پزشکی و صنعتی دارد و به دلیل نبود ایزوتوپ‌های پایدار، عمدتاً از طریق فرآیندهای مصنوعی تولید می‌شود.

۲. تاریخچه کشف تکنسیم

در قرن نوزدهم، دانشمندان شکاف‌هایی در جدول تناوبی مندلیف شناسایی کردند و عنصری با عدد اتمی‌۴۳ را به‌عنوان عنصری ناشناخته پیش‌بینی کردند. این عنصر ابتدا به‌طور اشتباه "ماسوریوم" (Masurium) نام‌گذاری شد، اما کشف رسمی‌آن در سال ۱۹۳۷ توسط کارلو پریر و امیلیو سگره در ایتالیا صورت گرفت. آن‌ها موفق به جداسازی تکنسیم از پرتودهی مولیبدن شدند و آن را "Technetium" نامیدند که از واژه یونانی technetosبه معنی "مصنوعی" گرفته شده است.

۳. ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی

تکنسیم عنصری فلزی با رنگ نقره‌ای-خاکستری است که شباهت زیادی به رنیوم (Re) و مولیبدن (Mo) دارد. برخی از ویژگی‌های مهم آن شامل:

• عدد اتمی: ۴۳

• جرم اتمی‌نسبی: حدود ۹۸ (برای ایزوتوپ Tc-98)

• ساختار بلوری: هگزاگونال

• نقطه ذوب: ۲۱۵۷ درجه سانتی‌گراد

• نقطه جوش: ۴۲۶۵ درجه سانتی‌گراد

• حالت اکسیداسیون رایج: +۷، +۶، +۴، +۳

تکنسیم به‌دلیل رادیواکتیویته خود به‌ندرت در محیط زیست یافت می‌شود، اما می‌تواند در مقادیر بسیار کم در سنگ‌های اورانیوم به‌عنوان محصول واپاشی هسته‌ای مشاهده شود.

۴. ایزوتوپ‌ها و پایداری

تمام ایزوتوپ‌های تکنسیم رادیواکتیو هستند. مهم‌ترین ایزوتوپ‌های این عنصر شامل:

• Tc-99m: پرکاربردترین ایزوتوپ در پزشکی هسته‌ای

• Tc-99: نیمه‌عمر ۲۱۳,۰۰۰ سال، یکی از محصولات شکافت هسته‌ای

• Tc-98 و Tc-97: ایزوتوپ‌هایی با نیمه‌عمر طولانی‌تر

۵. کاربردهای تکنسیم

۵.۱. پزشکی هسته‌ای

مهم‌ترین کاربرد تکنسیم در پزشکی، استفاده از Tc-99mاست که به دلیل ویژگی‌های خاص خود (نیمه‌عمر کوتاه، پرتوی گاما مناسب و عدم انتشار ذرات بتا) برای تصویربرداری پزشکی ایده‌آل است. برخی از کاربردهای پزشکی شامل:

• اسکن استخوانی: شناسایی متاستازهای استخوانی و بیماری‌های ارتوپدی

• اسکن قلبی (SPECT): بررسی عملکرد عروق کرونر

• اسکن کلیوی و کبدی: ارزیابی عملکرد ارگان‌های داخلی

۵.۲. صنعت و مهندسی

• تشخیص عیوب فلزات و مواد: از Tc-99m در آزمایش‌های غیرمخرب برای بررسی ترک‌های میکروسکوپی در قطعات فلزی استفاده می‌شود.

• کنترل کیفیت در لوله‌های نفت و گاز: به‌کمک ترکیبات تکنسیم می‌توان نشتی‌ها را تشخیص داد.

۵.۳. تحقیق در فیزیک و شیمی‌هسته‌ای

• تکنسیم یکی از مهم‌ترین محصولات شکافت هسته‌ای در نیروگاه‌های اتمی‌است و مطالعه خواص آن در زمینه مدیریت پسماند هسته‌ای اهمیت دارد.

• بررسی نقش آن در رآکتورهای هسته‌ای به‌عنوان یک عنصر مداخله‌گر در بازدهی انرژی هسته‌ای.

۶. چالش‌ها و مسائل زیست‌محیطی

به‌دلیل رادیواکتیویته تکنسیم، مدیریت پسماندهای هسته‌ای آن چالشی مهم است. ایزوتوپ Tc-99 با نیمه‌عمر طولانی می‌تواند در محیط زیست باقی بماند و به منابع آب و خاک نفوذ کند. تحقیقات جدید بر روی روش‌های حذف تکنسیم از پسماندهای هسته‌ای و کاهش خطرات زیست‌محیطی آن متمرکز شده است.

۷. نتیجه‌گیری

تکنسیم به‌عنوان اولین عنصر مصنوعی کشف‌شده، جایگاه ویژه‌ای در علم و فناوری دارد. نقش کلیدی آن در پزشکی هسته‌ای و صنعت، آن را به عنصری ارزشمند تبدیل کرده است. بااین‌حال، چالش‌های مرتبط با پایداری و مدیریت پسماندهای آن همچنان مورد توجه محققان است. پژوهش‌های آینده می‌توانند به بهبود روش‌های تولید و کاهش اثرات زیست‌محیطی این عنصر کمک کنند.

منابع

۱. Segrè, E. (1937). "Technetium". Physical Review.
۲. IAEA (International Atomic Energy Agency). Technetium-99m: Its Radiopharmaceutical Chemistry and Applications in Nuclear Medicine.
۳. Choppin, G., Liljenzin, J. O., & Rydberg, J. (2002). Radiochemistry and Nuclear Chemistry.

عباس بهروز مدرس بین المللی شیمی