Technetium: der erste künstliche Element, der Millionen von Leben gerettet hat

In der Periodischen Tabelle von Dmitri Iwanowitsch Mendelejew gibt es eine Zelle unter der Nummer 43. Jahre lang blieb sie leer. Ihr Bewohner gab sich den Chemikern des 19. Jahrhunderts nicht her, er floh vor den eifrigsten Jägern nach Elementen. Aber es erwies sich, dass es nicht an der Schwierigkeit der Extraktion lag, sondern an der Natur des Substanz: Es konnte einfach nicht auf der Erde seit ihrer Entstehung erhalten bleiben. Heute kennen wir diesen Element als Technetium — den ersten künstlich geschaffenen Element und gleichzeitig den Element, der täglich Tausende von Leben in Krankenhäusern auf der ganzen Welt rettet.

Technetium ist der einzige Element, leichter als Blei, das keine stabilen Isotope hat. Sein Platz in der Tabelle ist ein Triumph der präzisierenden Kraft der Wissenschaft und gleichzeitig ein Mahnmal der menschlichen Erfindungskraft.

43. Element: das Prophezeiung Mendeleews

Im Jahr 1869, als Dmitri Iwanowitsch Mendelejew seiner Periodischen Tabelle die Welt präsentierte, gab es darin 63 Elemente und einige leere Plätze. Er ließ nicht nur Lücken, sondern prognostizierte auch die Eigenschaften noch nicht entdeckter Substanzen. Für das Element unter der Nummer 43, das sich unter dem Mangang im siebten Hauptgruppe befand, prophezeite der Wissenschaftler die Eigenschaften und nannte es «eka-Mangan» (von Sanskrit «eka» — ein).

Im folgenden Jahrzehnten suchten Chemiker nach dem fehlenden Element in Mangangeschächten, Mineralien und komplexen Resten chemischer Produktion. Es gab auch laute Bekanntmachungen über die Entdeckung: das Element wurde «Iلمением», «Nipponium», «Lurium» genannt. Allerdings wurde keins davon bestätigt. Heute wissen wir warum: Technetium ist radioaktiv, und seine längsten lebenden Isotope mit einer Halbwertszeit von etwa 4 Millionen Jahren sind seit der Entstehung der Erdkruste verschwunden.

Warum «Technetium»? Die künstliche Herkunft des Namens

Seinen Namen erhielt das Element vom griechischen Wort «τεχνητός» (technetos), was «künstlich» bedeutet. Der Name erwies sich als doppelt prophetisch: Technetium wurde der erste chemische Element, der künstlich hergestellt wurde, und nicht aus natürlichen Rohstoffen gewonnen.

Die Geschichte der Entdeckung: das Molbden-Blatt aus Berkeley

1937 arbeitete der italienische Physiker Emilio Segrè in den USA, in der Laboratorium von Ernest Lawrence — Erfinder des Cyclotrons. Segrè bemerkte die seltsame Radioaktivität einer der verbrauchten Teile des Beschleunigers — einer Molbdenfolie, die als Ziel für Deuteroны diente.

Der Wissenschaftler vermutete, dass ein neuer Element mit der Nummer 43 in dem Molbden (Atomzahl 42) durch Kernreaktionen entstanden war. Er nahm die Folie nach Palermo mit, wo er zusammen mit dem Mineralogen Carlo Perrier eine Reihe komplexer chemischer Operationen durchführte. Es gelang ihnen, den neuen radioaktiven Element in reinen, wenn auch mikroskopischen, Mengen zu isolieren.

Grundlegende Eigenschaft: der leichteste ohne stabile Isotope

Technetium ist der leichteste Element der Periodischen Tabelle, das keine stabilen Isotope hat. Seine «langlebenden» Formen: Tc-97 (Halbwertszeit 2,6 Millionen Jahre), Tc-98 (4,2 Millionen Jahre) und der am häufigsten verfügbare Isotop — Tc-99 (Halbwertszeit 211 000 Jahre).

Aber es gibt auch natürlichen Technetium auf der Erde. In geringen, Spurenquantitäten (etwa 1 Nanogramm pro Tonne Uranerz) entsteht es im Prozess des spontanen Zerfalls von Uran-235. Jederzeit gibt es in der Erdkruste etwa 18 000 Tonnen Technetium — aber dieser Metall «gelöst» sich in riesigen Mengen von Gesteinen.

Ungewöhnliche Eigenschaften: von Supraleitfähigkeit bis chemisches Kovalenzverhalten

Physikalische Eigenschaften. Technetium ist ein silbergrauer Übergangsmetall. Seine kristalline Struktur bei Standardbedingungen ist hexagonal, er ist formbar und plastisch. Erstaunlicherweise wird Technetium bei niedrigen Temperaturen ein Supraleiter.

Chemische Vielfalt. Für Technetium sind Oxidationsstufen von −1 bis +7 charakteristisch, die am stabilsten sind Form des sechswertigen Technetiums (Tc⁷⁺). Die Vielfalt schafft jedoch erhebliche Probleme bei der Verarbeitung von verbrauchtem Nuklearbrennstoff: unvorhersehbare Redoxreaktionen mit Beteiligung von Technetium erschweren die Trennung von Uran und Plutonium.

Wichtigste Anwendung heute: Nuklearmedizin und Technetium-99m

Heute wird das meiste Technetium aus den Abfällen der Atomindustrie gewonnen — aus den verbrauchten Brennstäben der Kernreaktoren. Der Ausgangs isotop Tc-99 bei der Spaltung von Uran-235 beträgt etwa 6%. Aber im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit ist nicht der lange lebende Tc-99, sondern sein kurzerlebiges Nuklearisomer — Tc-99m (m bedeutet metastabil, kernphysikalisch angereichertes Zustand) mit einer Halbwertszeit von nur 6 Stunden.