Tegnesium

Tc-99m (die m dui aan dat dit 'n metastabiele kernisomeer is) word gebruik in radio-aktiewe isotoop mediese toetse. Dit word byvoorbeeld as 'n radio-aktiewe spoorder gebruik wat geneeskundige toerusting in die liggaam kan waarneem. Dit is uiters geskik vir dié doeleinde omdat dit geredelik waarneembare 140 keV gammastrale uitstraal, nie enige betastrale uitstraal nie en 'n kort halfleeftyd van so kort as 6.01 ure het (wat beteken dat dit byna geheel en al na Tc-99 binne bestek van 24 ure sal verval). In die boek Tegnesium deur Klaus Schwochau word 31 radiofarmaseutiese produkte wat op Tc-99m gebaseer is, gelys vir verbeelding en ander funksionele studies van die brein, miokardium, skildklier, longe, lewer, galblaas, niere, skelet, bloed en kwaadaardige gewasse.

In Immunosintografie word Tc-99m in 'n monoklone teenliggaam ('n tipe proteïen van die immuniteitstelsel) geïnkorporeer wat in staat is om aan kankerselle te verbind. 'n Paar ure na inspuiting kan mediese toerusting gebruik word om die gammastraling wat deur Tc-99m uitgestraal word op te spoor. Daar waar die stralingsdigtheid hoër is, is waar die kanker teenwoordig is. Hierdie tegniek is veral nuttig vir kankers wat moeilik is om te vind, soos onder andere kanker wat die ingewande aantas. Hierdie veranderde teenliggame word deur die Duitse maatskappy Hoechst onder die handelsmerk Scintium verkoop.

Wanneer Tc-99m gekombineer word met 'n tinverbinding bind dit ook aan rooibloedselle en word daarom gebruik om 'n prent te vorm oor die afwykings in die bloedsomloopstelsel. 'n pirofosfaatioon met Tc-99m verbind aan kalsium neerslae in beskadigde hartspiere, wat dit dus nuttig maak om die omvang van die skade wat deur 'n hartaanval veroorsaak is, vas te stel. Die swael-kolloïde van Tc-99m word deur die milt geabsorbeer wat dit moontlik maak om 'n afbeelding van die struktuur van dié orgaan te maak.

Blootstelling aan straling vanweë diagnostiese behandelings wat Tc-99m bevat kan laag gehou word. Terwyl Tc-99m nogal hoogs radio-aktief is (wat dit moontlik maak om klein hoeveelhede maklik op te spoor) het dit 'n kort halfleeftyd wat verval na die minder reaktiewe Tc-99. In die vorm waarin dit tydens bogenoemde mediese toetse toegedien word (gewoonlik pertegnaat) word beide hierdie isotope vinnig deur die liggaam uitgeskei (gewoonlik binne 'n kwessie van 'n paar dae).

Onder sekere omstandighede kan 'n klein konsentrasie (5×10⁻⁵ M van die pertegnaat ioon in water yster en staal teen korrosie beskerm. CrO₄^2- kan ook hierdie funksie verrig maar word in konsentrasies vereis wat tien keer so hoog kan wees. In 'n eksperiment, wat uitgevoer is, het 'n monster wat in 'n waterige oplossing van pertegnaat vir 20 jaar lank laat staan is, heeltemal ongekorrodeer gebly. Die meganisme waarop die pertegnaatioon teen korrosie beskerm word nie goed verstaan nie, maar dit wil voorkom asof dit iets met die omkeerbare vorming van 'n dun oppervlaklagie te doen het. Die effek verdwyn baie vinnig as die konsentrasie van pertegnaat onder die minimum konsentrasie val of as die konsentrasie van ander ione te hoog word. Die radio-aktiewe aard van tegnesium ( 3 MBq per liter teen die vereiste konsentrasies) maak die metode van korrosiebeskerming onprakties in die meeste gevalle.

Soos renium en palladium, kan tegnesium ook as 'n katalis dien. Vir sekere reaksies, byvoorbeeld die dehidrogenasie van isopropielalkohol, is dit by verre 'n meer effektiewe katalis as renium of palladium. Natuurlik is die radio-aktiwiteit daarvan 'n hindernis tot die veilige benutting van hierdie eienskappe.

Tegnesium-99 verval bykans geheel en al deur betaverval, met die uitstraling van beta partikels met eenvormige lae energie en geen gepaardgaande gammastrale nie. Merendeels beteken sy baie lang halfleeftyd dat die emissie baie stadig met tyd afneem. Dit kan ook in hoë chemiese en isotopiese suiwerheid uit radio-aktiewe afval onttrek word. Dis om hierdie rede dat dit 'n NIST standaard beta-emitter is vir gebruik in die kalibrasie van toerusting.

Tc-95 met 'n halfleeftyd van 61 dae, word gebruik as 'n radio-aktiewe spoorder om die beweging van tegnesium in plant- en dierestelsels in die omgewing te bestudeer.

Dmitri Mendelejef het tegnesium se eienskappe voorspel voordat dit ontdek is.

'n Aantal jare lank het daar 'n gaping in die periodieke tabel tussen molibdeen (element 42) en rutenium (element 44) bestaan. Baie vroeëre navorsers was ywerig om eerste te wees om die ontbrekende element te ontdek en te benoem; die ligging daarvan op die tabel het daarop gedui dat dit makliker sou wees om die element te ontdek as wat die ander onbekende elemente sou wees. Daar is eers gereken dat dit in platinumerts in 1828 gevind is. Die ontdekking is polinium genoem maar daar is later vasgestel dat dit slegs onsuiwer iridium is wat ontdek is. Daarna is daar in 1846 beweer dat 'n nuwe element ilmenium ontdek is, maar daar is toe later vasgestel dat die stof slegs onsuiwer niobium was. Hierdie fout is in 1847 herhaal met die 'ontdekking' van pelopium. Dmitri Mendelejef het voorspel dat hierdie vermiste element chemiese eienskappe soortgelyk aan die van mangaan sou hê en dit ekamangaan genoem (sien Elemente deur Mendelejef voorspel).

In 1877 het die Russiese chemikus Serge Kern die ontdekking van die vermiste element in platinumerts gerapporteer. Kern het wat hy gedink het die nuwe element was davyum genoem ter ere van die bekende Engelse chemikus Sir Humphry Davy, maar daar is ook later vasgestel dat hierdie stof 'n mengsel van iridium, rodium en yster was. 'n Ander kandidaat, lucium, het in 1896 gevolg maar daar is toe vasgestel dat dit yttrium was. Toe is daar in 1908 bewyse gevind deur die Japannese chemikus Masataka Ogawa wat volgens hom gedui het op die teenwoordigheid van die element in die mineraal torianiet. Ogawa het toe die element nipponium (van Nippon wat Japan in Japannees beteken). Latere ondersoeke het egter aan die lig gebring dat dit renium (element 75) was en nie element 43 nie.

Die Duitse chemici Walter Noddack, Otto Berg en Ida Tacke (later Mev. Noddack) het die ontdekking van element 43 in 1925 aangekondig en dit masurium genoem. Die groep het kolumbiet met elektrone bombardeer en uit die X-straal diffraksie spektrogram afgelei dat die element daarin teenwoordig was. Die golflengte van die X-strale wat ontstaan toon 'n verband met die atoomgetal volgens 'n formule wat deur Henry Moseley afgelei is. Die span het beweer dat hulle 'n flou X-straal sein bespeur het wat deur element 43 veroorsaak is. Hul tydgenote kon egter nie die eksperiment herhaal nie en is dit vir baie jare as 'n fout afgemaak.

Dis eers in 1998 dat die verwerping van hulle eis bevraagteken is. John T. Armstrong van die National Institute of Standards and Technology in die V.S.A het rekenaarsimulasies gedoen van die eksperimente en resultate verkry wat noue ooreenstemming met die resultate van die 1925 span getoon het; David Curtis van die Los Alamos National Laboratory het ook baie klein hoeveelhede tegnesium wat natuurlik voorkom, gemeet. Die ontdekking word egter steeds betwis.

Emilio Segrè was 'n mede-ontdekker van tegnesium.

Die ontdekking van element 43 word tradisioneel toegeskryf aan 'n eksperiment in 1937 in Sisilië wat deur Carlo Perrier en Emilio Segrè uitgevoer is. Die navorsers van die Universiteit van Palermo het die tegnesium-isotoop Tc-97 in 'n monster van molibdeen waargeneem, wat Ernest Lawrence 'n jaar tevore aan Segrè gegee het. Die monster is voorheen oor 'n tydperk van verskeie maande met deuteriumkerne gebombardeer by die siklotron van die Universiteit van Kalifornië, Berkeley. Die Universiteit van Palermo wou hê dat die element panormium gedoop word, maar daar is toe uiteindelik besluit om die element tegnesium te noem aangesien dit die eerste kunsmatig vervaardigde element was.

In 1952 het die sterrekundige Paul Merril in Kalifornië die spektraalafdruk van tegnesium in die lig van S-tipe rooi-reuse waargeneem. Hierdie massiewe sterre naby aan die einde van hulle lewensiklus was ryk in die element met sy kort lewensduur, wat beteken dat kernreaksies in die sterre dit moes vervaardig het. Hierdie waarneming is gebruik om die toe onbevestigde teorie dat sterre die plek is waar swaar elemente vervaardig word, te versterk. Meer onlangs het dit ook as bewys gedien dat elemente gevorm word deur die neutronvangs in die s-proses.

Sedert die ontdekking daarvan was daar baie pogings om die element in natuurlike aardse bronne op te spoor. In 1962 is tegnesium-99 in klein hoeveelhede (ongeveer 0.2 ng/kg) geïsoleer en geïdentifiseer in pikblende uit die Belgiese Kongo (hedendaagse DRK); dit ontstaan in hierdie mineraal as 'n spontane fisie-produk van uraan-238. Hierdie ontdekking is deur B.T. Kenna en P.K. Kuroda gemaak.

In teenstelling met sy uiters beperkte natuurlike voorkoms, word massahoeveelhede tegnesium-99 elke jaar vanuit uitgeputte kernbrandstofstawe herwin. Die fisie van 'n gram uraan-235 in kernreaktore lewer 27 mg Tc-99, wat aan tegnesium 'n splitsingsrendement van 6.1% gee.

Daar is na raming tot en met 1994 ongeveer 49 000 TBq (78 metrieke ton) tegnesium in kernreaktore vervaardig. Slegs 'n klein hoeveelheid hiervan word kommersieel benut. Tegnesium is vanaf 2005 aan houers van 'n ORNL-permit teen 'n prys van $83/g beskikbaar (verpakkingskostes uitgesluit).

Die produksieproses van tegnesium-99 vanuit uitgeputte kernstawe is 'n omslagtige proses. Tydens die herverwerking van die kernbrandstof, kom dit in die uitvloeisel voor, wat hoogs radio-aktief is. Wanneer dit vir 'n paar jaar laat staan word, val die radio-aktiwiteit tot so 'n mate dat die onttrekking van die langlewende isotope, wat tegnesium-99 insluit, lewensvatbaar word.

Die metastabiele (waar die kern in 'n opgewekte toestand verkeer) isotoop Tc-99m word as 'n byproduk van die splitsing van uraan in kernreaktore vervaardig. Molibdeen (Mo) wat 'n groot hoeveelheid Tc-99m, moederisotoop Mo-99 bevat, word vanuit die reaktor se radio-aktiewe afval onttrek en aan hospitale verkoop. Molibdeen-99 het 'n halfleeftyd van 67 ure, dus word die kort leeftyd tegnesium-99m (halfleeftyd: 6 ure), wat 'n vervalproduk is, voortdurend geproduseer. Hospitale onttrek dan die tegnesium uit die oplossing deur van 'n tegnesium-99m opwekker ("tegnesium koei") gebruik te maak.

Ander tegnesium isotope word nie in noemenswaardige hoeveelhede deur splitsing vervaardig nie; indien hulle benodig word, word hulle vervaardig deur die neutronbestraling van moederisotope (byvoorbeeld, Tc-97 word gemaak deur die neutronbestraling van Ru-96).

Aangesien tegnesium-99 'n hoofproduk is van kernfisie van beide uraan-235 en plutonium-239, is dit teenwoordig in radio-aktiewe afval van fisie reaktore en word vervaardig wanneer 'n fisie-bom ontplof. Die hoeveelheid kunsmatig vervaardigde tegnesium in die omgewing oortref die natuurlike bronne tot 'n groot mate. Dit is die gevolg van die atmosferiese kerntoetse asook die wegdoen en prosessering van hoë-vlak radio-aktiewe afval. Vanweë sy hoë splitsingsrendement en relatief hoë halfleeftyd, maak tegnesium-99 'n groot deel van kernafval uit. Die verval daarvan, gemeet in becquerel per hoeveelheid uitgeputte brandstof, is nog hoog tot ongeveer 10⁴ tot 10⁶ jaar na die skep van die kernafval.

Na raming is ongeveer 160 TBq (ongeveer 250 kg) tegnesium-99 in die omgewing vrygestel tydens atmosferiese kerntoetse tot en met 1994. Die hoeveelheid tegnesium-99 vanaf kernreaktore wat tot en met 1986 in die omgewing vrygestel is word geraam op ongeveer 1000 Tbq (ongeveer 1600 kg), primêr as gevolg van die herprossesering van kernbrandstof; die meeste hiervan het in die see beland. Die herprosesseringsmetodes het in die afgelope paar jare verbeter en is uitvloeisels heelwat verminder, maar in 2005 word daar steeds deur die Sellafield-aanleg uitvloeisel in die Ierse See gestort. Tussen 1995–1999 is soveel as 550 Tbq (ongeveer 900 kg) vrygestel en sedert 2000 word die jaarlikse hoeveelheid deur regulasies beperk tot 90 Tbq (ongeveer 140 kg).

As gevolg van die herprosessering van kernafval, is tegnesium op verskeie plekke reeds in die see gestort en bevat sommige seekosse klein, maar meetbare hoeveelhede. Kreef uit Wes-Cumbria bevat byvoorbeeld klein hoeveelhede tegnesium.

Die lang halfleeftyd van tegnesium-99 maak die langtermyn stoor van hoëvlak radio-aktiewe afval 'n groot kopseer. Tans word dit in geologies stabiele rotsformasies gestoor. Die primêre gevaar wat hierdie metode inhou is dat die afval met grondwater in kontak kan kom, waar die radio-aktiewe afval dan na die omgewing kan uitloog. Dit is om hierdie rede dat die omgewingschemie van tegnesium 'n aktiewe navorsingsveld is. 'n Alternatiewe verwyderingsmetode, transmutasie, werk goed met tegnesium-99.

Tegnesium en prometium is merkwaardig onder die ligte elemente in die sin dat hulle geen stabiele isotope het nie. Die rede daarvoor is egter ietwat kompleks.