Tecnezio

43 molybdenumtechnetiumruthenium
Mn

Tc

Re
Generalità
Nome, Simbolo, Numero atomico tecnezio, Tc, 43
Serie chimica metalli di transizione
Gruppo, Periodo, Blocco 7, 5 , d
Densità 11500 kg/m3
Aspetto metallico, grigio-argenteo
Proprietà atomiche
Peso atomico 98 amu
Raggio atomico (calc.) 135 (183) pm
Raggio covalente 156 pm
Raggio di van der Waals nessun dato
Configurazione elettronica [Kr]4d6 5s1
elettroni (e-) per livello energetico 2, 8, 18, 14, 1
Stati di ossidazione 0, +1, +2, +4, +5, +6 e +7
Struttura cristallina esagonale
Proprietà fisiche
Stato a temperatura ambiente solido
Punto di fusione 2430 K (2157°C)
Punto di ebollizione 4538 K (4265°C)
Volume molare 8,63×10-6 m3/mol
Calore di evaporazione 660 kJ/mol
Calore di fusione 24 kJ/mol
Tensione di vapore 0,0229 Pa a 2473 K
Varie
Elettronegatività 1,9 (scala di Pauling)
Affinità elettronica -53 kJ/mol
Calore specifico 210 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica 6,7×106/(m·ohm)
Conducibilità termica 50,6 W/(m*K)
Energia di prima ionizzazione 702 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 1470 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione 2850 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP
97Tc sintetico 2,6×106 anni ε 0,320 97Mo
98Tc sintetico 4,2×106 anni β- 1,796 98Ru
99Tc sintetico 211.100 anni β- 0,294 99Ru

iso = isotopo
NA = abbondanza in natura
TD = tempo di dimezzamento
DM = modalità di decadimento
DE = energia di decadimento in MeV
DP = prodotto del decadimento

Caratteristiche

Il tecnezio (Tc), elemento chimico di numero atomico Z=43, appartiene alla seconda serie dei metalli di transizione. Esso si colloca, nella tavola periodica, tra il renio e il manganese (posizione lungo il gruppo), e perciò, come prevedibile in base alla legge della periodicità che la governa, le sue proprietà risultano essere intermedie rispetto a quelle di tali elementi.
In particolare, a causa dell'effetto di contrazione lantanidica (anomalia rispetto al periodico aumento delle dimensioni atomiche dall'alto verso il basso lungo il gruppo: il modesto schermaggio operato dagli elettroni che riempiono gli orbitali 4f dei lantanidi comporta una crescita molto ridotta, rispetto alle previsioni teoriche, del raggio atomico degli elementi al passaggio dalla II alla III serie di transizione) si riscontra una notevole somiglianza di comportamento chimico soprattutto tra il tecnezio e il renio (Re), suo corrispondente nella terza serie; mentre entrambi hanno certe proprietà che differiscono considerevolmente da quelle del manganese (Mn, I serie di transizione).[1]

Il tecnezio è il più leggero tra gli elementi chimici completamente privi d'isotopi stabili. Si ricava artificialmente, in concentrazioni fino al 6%, dai prodotti di fissione dell'uranio-235/238 nelle centrali nucleari.
Se ne conoscono ben 25 isotopi le cui masse atomiche variano da 86 a 118 unità di massa atomica. Tutti gli isotopi del tecnezio sono radioattivi ed hanno associati tempi di dimezzamento molto diversi tra loro: essi spaziano dall'ordine dei microsecondi (es. 86mTc) alle centinaia di migliaia di anni (es. 97Tc, 98Tc, 99Tc).[2]

Tecnezio metallico

Fig.1 - Tecnezio metallico.

Si tratta di un metallo, di aspetto grigio-argenteo, che cristallizza, come il renio, secondo un reticolo di tipo esagonale compatto.[3] Esso tuttavia esiste prevalentemente come anione pertecnectato, [TcO4]- (Tc-VII), che forma a sua volta composti di varia struttura cristallina con differenti metalli. Ad esempio, il composto AgTcO4 (argento pertecnetato), cristallizza in un gruppo spaziale ad alta simmetria (I41/a) che fa capo al sistema cristallino tetragonale[4]; lo stesso vale per il pertecnetato di potassio (KTcO4)[5], mentre, in caso di legame con un altro metallo alcalino quale in cesio (CsTcO4), la struttura diventa ortorombica [6].

Data la sua radioattività non è praticamente usato come metallo; inoltre, non avendo isotopi stabili, è molto raro. Tuttavia sono da sottolineare le sue proprietà come ottimo inibitore della corrosione degli acciai (in forma di pertecnetato) ed eccellente superconduttore a temperature inferiori agli 11 K.[7]

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Applicazioni

La radioattività del tecnezio è un rilevante problema nell'individuazione di sicure applicazioni.

La medicina nucleare, che ne sfrutta proprio tale caratteristica, rappresenta l'ambito principale d'impiego del tecnezio. Diversi suoi radioisotopi, infatti, sono usati a fini diagnostici come traccianti. Il principale tra questi è il 99mTc, isotopo metastabile emettitore di raggi gamma di energia sufficientemente alta da consentire il rilevamento di quantità anche molto piccole di metallo (142keV); questo, per la sua breve emivita (6,01 ore) e per la capacità di legarsi a numerose molecole di interesse biologico, è impiegato in numerosi test-diagnostici.

L'esposizione alle radiazioni dovuta ai trattamenti diagnostici basati sull'uso del Tc-99m può essere mantenuta ad un livello piuttosto basso grazie al rapido decadimento del 99mTc a 99Tc, beta emettitore molto meno radioattivo (t1/2 = 2x105 anni); inoltre, entrambi questi radioisotopi si trovano in forma tale (anione pertecnetato o altre specie altamente solubili nei liquidi biologici), da poter essere rapidamente eliminati dall'organismo, generalmente nel giro di pochi giorni.

Fig.2 - John Lawrence, il padre della medicina nucleare. Fondò il suo laboratorio nel 1936 e fu il primo ad applicare la radioterapia. [8]
John Lawrence, il padre della medicina nucleare (1936)
Hal Anger, inventore della gamma camera (1952)
Fig.3 - Hal Anger, inventore della gamma camera (1952), lo strumento diagnostico di base della medicina nucleare.[9]

Il tecnezio è anche riconosciuto come un efficace agente anti-ruggine. [10] Sotto certe condizioni, una piccola quantità (5×10−5 mol/L) di anione pertecnetato in acqua può proteggere gli acciai dalla corrosione molto più efficacemente di altri comuni agenti antiruggine. Il CrO42-, per esempio, è anch'esso in grado di impedire la corrosione dell'acciao, ma, per assolvere allo scopo con analoghi risultati, è necessario impiegarne una quantità almeno dieci volte superiore. E' stato riferito di un'esperimento in cui, un campione di prova mantenuto in soluzione acquosa di pertecnetato risultava ancora non corroso dopo ben 20 anni! Il meccanismo tramite il quale il pertecnetato previene la corrosione non è stato ancora ben compreso; sembra tuttavia, che esso coinvolga la formazione, per reazione reversibile del pertecnetato con l'acciaio, di un sottile strato protettivo superficiale di diossido di Tc. Con ciò si spiegherebbe anche l'efficacia dell'utilizzo di polveri di ferro e/o di carbonio attivo nella rimozione del pertecnetato dall'acqua.
L'ammonio pertecnectato (NH4TcO4) è un sale espressamente usato per proteggere l'acciaio dalla corrosione, anche se, data la radioattività del tecnezio, l'uso di tali sostanze risulta limitato a circuiti chiusi.

Come renio e palladio, inoltre, il tecnezio può servire da catalizzatore. [11][12] Per certe reazioni anzi, ad esempio per la deidrogenazione dell'alcol isopropilico, esso risulta essere un catalizzatore di gran lunga migliore rispetto ad entrambi!

Certamente la radioattività del tecnezio pone ancora oggi severi limiti alla possibilità d'impiego chimico e industriale di tale metallo.

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Scoperta e Disponibilità

Fig.4 - Emilio Segrè, uno degli scopritori del tecnezio (1937)

Emilio Segrè, uno degli scopritori del tecnezio (1937)

La scoperta del tecnezio risale al 1937, quando Carlo Perrier ed Emilio Segrè, che lavoravano in Italia nei laboratori dell'Istituto di Fisica dell'Università di Palermo, riuscirono ad isolare del 97Tc da un campione di molibdeno sottoposto a bombardamento con deuteroni (nuclei di deuterio) nel ciclotrone dell'Università californiana di Berkeley.[13]
All'elemento 43 fu attribuito il nome ufficiale di tecnezio subito dopo la fine della seconda guerra mondiale.[14] Esso è stato il primo elemento prodotto artificialmente nella storia.


Per molti anni era rimasta una lacuna nella tavola periodica al posto dell'elemento numero 43. Dmitri Mendeleev predisse che l'elemento mancante avrebbe dovuto essere chimicamente simile al manganese e lo battezzò pertanto ekamanganese.
Già nel 1925 Walter Noddack e Ida Tacke, gli scopritori del renio, avevano annunciato la scoperta dell'elemento 43 chiamandolo masurio (da Masuria, una regione polacca)[15], ma il loro annuncio non fu mai confermato ed oggi è comunemente ritenuto erroneo benché alcuni chimici abbiano contestato questa conclusione.

Sin dalla scoperta di questo elemento "artificiale" (traduzione dal greco τεχνητός) sono state condotte molte ricerche per trovare delle fonti naturali di tecnezio.
Nel 1956 Merrill identificò il 99Tc nello spettro di emissione di alcune giganti rosse, fortificando così le teorie relative alla nucleosintesi di elementi pesanti nelle stelle.[16]
Più tardi, nel 1961, B. T. Kenna e P. K. Kuroda isolarono dalla pechblenda africana (un minerale ricco di uranio) piccolissime quantità di 99Tc come prodotto della fissione spontanea di 238U.[17]
Betelgeuse, una gigante rossa
Fig.5 - Betelgeuse, una gigante rossa.

Inizialmente, la scarsa disponibilità di tecnezio in natura ostacolò lo studio delle sue caratteristiche chimiche, in quanto i suoi radionuclidi più stabili (con t1/2 più lunghi) erano reperibili solo a costi esorbitanti.
Long-lived
fission products
t½(my) Yield% KeV β
99Tc .211 6.0507 294
126Sn .230 .0236 4050 γ
79Se .295 .0508 151
93Zr 1.53 6.2956 91 γ
135Cs 2.3  6.3333 269
107Pd 6.5  .1629 33
129I 15.7  .6576 194 γ

Oggi invece, il 99Tc (t1/2 = 2.1 x 105 anni) si ricava molto facilmente, e in grandi quantità, come sottoprodotto della fissione nucleare dell'uranio-235, condotta nei reattori nucleari. Viene ottenuto isolandolo dalle scorie radioattive dei reattori mediante cromatografia di scambio ionico. La fissione di un grammo di 235U produce circa 27 mg di 99Tc, corrispondenti ad un rendimento del 6.1%. Altri isotopi fissili producono analoghe quantità di tecnezio: dall'uranio-233, ad esempio, se ne ricava un rendimento del 4.9%; dal plutonio-239, invece, il 6.21%.

Fissione nucleare uranio
Fig.6 - Fissione nucleare indotta. Un neutrone lento è assorbito da un nucleo di 235U, questo a sua volta si scinde in elementi più leggeri (prodotti di fissione) rilasciando neutroni liberi.

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Isotopi

Non esistono isotopi stabili del tecnezio. I radioisotopi più stabili sono il 98Tc, con un t1/2 di 4,2 milioni di anni, il 97Tc (t1/2 = 2,6 milioni di anni) e il 99Tc (t1/2 = 211.100 anni).

Ne sono stati individuati altri 22 isotopi caratterizzati da tempi di dimezzamento molto più brevi che variano dall'ordine dei secondi alle decine di giorni. Tra questi, vi sono diversi isotopi metastabili (forma particolarmente instabile destinata a convertirsi più o meno rapidamente in uno stato più stabile tramite emissione di fotoni) di cui il più importante è il 99mTc (t1/2 = 6,01 ore; E = 0.143 MeV).

Per gli isotopi fino al 96Tc la principale modalità di decadimento è la cattura elettronica o l'emissione di positroni (b+); per gli isotopi più pesanti è invece il decadimento beta (b-, g). [18]

Il Tecnezio-99 è l'isotopo più comune e il più prontamente disponibile in quanto si tratta del prodotto principale della fissione dell'uranio-235. Un grammo di 99Tc produce 6.2×108 disintegrationi al secondo (0.62 GBq/g).

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Precauzioni

È rarissimo imbattersi casualmente in composti del tecnezio, ed è praticamente impossibile trovarne in natura: questo elemento, infatti, non ha alcun ruolo biologico. Tutti gli isotopi del tecnezio devono essere maneggiatti con cautela. L'isotopo più comune, il tecnezio-99, è un debole beta-emettitore; tale radiazione è bloccata dalle pareti della vetreria per laboratorio. Deboli raggi X sono emessi quando le particelle beta vengono frenate, ma essi possono essere evitati stando a più di 30 cm di distanza. Il rischio principale, quando si lavora col Tc, è l'inalazione della polvere; tale contaminazione radioattiva nei polmoni può comportare un rischio significativo di cancro. Per questo, il 99Tc dovrebbe essere sempre maneggiato in un box sigillato dotato di guanti manipolatori.

Fig.6 - Una versione commerciale del generatore per la produzione in situ del Tc99m.
Una versione commerciale del generatore per la produzione in situ del Tc99m Una versione commerciale del generatore per la produzione in situ del Tc99m
Il montaggio di uno dei generatori commerciali di Tc99m


Fig.7 - Il montaggio di uno dei generatori commerciali di Tc99m.

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Collegamenti esterni

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Le informazioni riportate in questa pagina sono tratte prevalentemente dal sito internet http://en.wikipedia.org/wiki/Technetium.

Bibliografia

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