Was genau ist Element 43 im Periodensystem?

Viele Menschen können sich nach vielen Jahren noch an die Eselsbrücken für das Periodensystem der chemischen Elemente erinnern, an die 20 Elemente können sie sich jedoch möglicherweise erst erinnern, wenn sie diese immer wieder aufsagen. Das Element, über das wir heute sprechen werden, hat die Ordnungszahl 43 und ist ein radioaktives Metallelement namens Technetium.

Technetium hat eine „legendäre Geschichte“

Nicht nur war die Entdeckung dieses Elements ein äußerst holpriger Prozess, es war auch das erste künstlich hergestellte Element der Welt. Was genau geschah also bei der Erforschung von Technetium? Warum kommt Element 43 auf der Erde fast nie vor? Als nächstes schauen wir uns das gemeinsam an!

Die Entdeckung von Technetium

Wie wir alle wissen, ist die Anordnung des Periodensystems sehr speziell, und die Platzierung des radioaktiven Elements Technetium an Position 43 ist etwas fehl am Platz, da andere radioaktive Elemente nach Position 80 rangieren. Dies hängt tatsächlich eng mit dem Entdeckungsprozess zusammen.

Schematische Darstellung des Periodensystems der Elemente

Im 19. Jahrhundert sagte Mendelejew in seinen einschlägigen Arbeiten einige unentdeckte Elemente „vorher“ und erwähnte, dass sie mehreren bereits entdeckten Elementen ähnelten.

Darunter befindet sich eine manganähnliche Substanz, die wir heute als Element 43 bezeichnen.

Mendelejew wies darauf hin, dass das Atomgewicht von Mangan etwas kleiner sein sollte als das von Ruthenium, etwa 100, und dass es in der Lage sein sollte, Salze zu bilden, die dem Kaliumpermanganat ähnlich sind.

Der russische Chemiker Mendelejew

Kurz gesagt: Seit diese Prophezeiung ans Licht kam, haben sich immer mehr Wissenschaftler der Suche nach Element 43 gewidmet, und viele Menschen dachten, sie hätten Element 43 gefunden, stellten aber später fest, dass es sich bloß um ein Missverständnis handelte.

So ist die Suche nach Element 43 immer wieder ins Stocken geraten und wird von manchen sogar als „fehlendes Element“ bezeichnet.

„Das verlorene Element“

Im Jahr 1936 entdeckte der Physiker Segel während seines Studiums in Berkeley, USA, einen Zyklotronbeschleuniger, dessen Komponenten nach dem Beschuss mit Teilchen eine starke Radioaktivität aufwiesen. Also wandte sich Segel an den Hersteller des Zyklotrons in der Hoffnung, einige Komponenten für die Forschung zu erhalten.

Später, nachdem er das Zubehör erhalten hatte, stellte Shegel fest, dass die Radioaktivität dieser Komponente lange Zeit bestehen blieb. Daher bat er Perel, der sich mit chemischer Analyse auskannte, um Hilfe und trennte schließlich eine kleine Menge radioaktiver Elemente daraus ab.

Schematische Darstellung des Zyklotronbeschleunigers

Es ist erwähnenswert, dass die beiden, nachdem sie die besonderen Eigenschaften dieses Elements entdeckt hatten, erkannten, dass dies möglicherweise das Element 43 sein könnte, nach dem alle seit Jahrzehnten gesucht hatten.

Tatsächlich scheint dieses Element, wenn man den Entdeckungsprozess von Technetium betrachtet, in der Natur „unsichtbar“ zu sein, und als man schließlich feststellte, dass es entdeckt wurde, war es nicht auf natürliche Weise entstanden, sondern wurde durch den Beschuss von Molybdänatomen mit Deuterium gewonnen.

Konzeptbild eines Molybdänatoms

Obwohl Technetium ein natürlich radioaktives Element im Periodensystem ist, kann es grundsätzlich nur künstlich hergestellt werden und ist auf der Erde fast unmöglich zu finden.

Warum ist Element 43 auf der Erde so schwer zu finden?

Da die Elemente auf der Erde relativ häufig sind, versuchten Wissenschaftler nach der Bestätigung der Existenz von Technetium, Technetium zu finden, das eine längere Lebensdauer hat oder sogar mit der Erde koexistieren kann.

Doch offensichtlich ist das zu Beginn der Entstehung der Erde vorhandene Element Technetium im Laufe der vergangenen Milliarden Jahre nahezu zerfallen. Wissenschaftler sagen, dass es in diesem Fall unmöglich sei, dass Technetium seit der Bildung der Erdkruste erhalten geblieben sei.

Die Erde ist 4,6 Milliarden Jahre alt

Natürlich kann durch den spontanen Spaltungsprozess von Uran auf der Erde kontinuierlich Technetium produziert werden, und manchmal ist kein menschliches Eingreifen erforderlich. Daher kann Technetium nicht als vollständig künstliches Element bezeichnet werden. es kann unter natürlichen Bedingungen immer noch gebildet werden.

Den Daten zufolge extrahierte jemand im Jahr 1961 1×10^-9 Gramm 99Tc aus 3,5 Kilogramm Pechblende, und ein Kilogramm Uranerz enthält 5×10^-10 Gramm 99Tc. Später wurde aus den in Kernreaktoren verbrannten Uranstäben viel Technetium gewonnen.

Pechblende ist der wichtigste Rohstoff für die Urangewinnung

Kurz gesagt: Obwohl es tatsächlich schwierig ist, diesen Kerl auf der Erde zu finden, wird eine große Menge davon durch verschiedene Reaktionen produziert, sodass viel Technetium produziert oder auf andere Weise gewonnen wird. Man erkennt, dass das Element 43 nur oberflächlich fehlt, die Menschheit aber eigentlich schon immer begleitet hat.

Es ist erwähnenswert, dass Technetium auf der Erde selten, im Universum jedoch in großen Mengen vorkommt, insbesondere bei thermonuklearen Reaktionen auf riesigen Sternen wie der Sonne, wo Technetium entstehen kann.

Schematische Darstellung der solaren thermonuklearen Fusion

In den 1950er Jahren entdeckten Wissenschaftler erstmals die Spektrallinien von Technetium im Spektrum der Sonne und fanden später die Existenz dieses Elements in den Spektren vieler Himmelskörper.

Nach diesen Entdeckungen sagten Wissenschaftler voraus, dass das Technetium-Element in einem Stern bis zu einem bestimmten Grad angereichert wird, wenn dieser das Stadium eines Roten Riesen erreicht. Aufgrund dieser Eigenschaft werden die Roten Riesen von Wissenschaftlern zu dieser Zeit auch als „Technetium-Sterne“ bezeichnet.

Schematische Darstellung der Entwicklung eines sonnenähnlichen Sterns

Natürlich wird Technetium am Ende des Lebens eines Sterns in einem fulminanten Feuerwerk ins Universum geschleudert. Dabei verrottet es weiter und es wird immer schwieriger, Spuren davon zu finden.

Welche Eigenschaften hat also das magische Element Technetium? Wofür werden sie verwendet?

Technetium: das Element, das kommt und geht, ohne Spuren zu hinterlassen

Eigenschaften und Verwendung von Technetium

Das Elementsymbol von Technetium ist Tc. Seine Kristallstruktur ist hexagonal dicht gepackt und es sieht aus wie ein silberweißes Metall. Bei niedrigen Temperaturen kann Technetium auch zu einem Supraleiter werden.

Wenn wir die Eigenschaften von Isotopen beobachten, können wir feststellen, dass ihre Halbwertszeiten stark variieren. Einige betragen nur wenige Stunden, während andere viele Jahre lang sein können.

Technetium ist ein silberweißes Metall.

Wie wir bereits im vorherigen Artikel erwähnt haben, ist die auf der Erde verbleibende Menge an Technetium sehr gering. Um dieses Element zu gewinnen, wird es manchmal nicht nur aus Uranerz gewonnen, das Kernreaktionen durchlaufen hat, sondern auch künstlich im Labor hergestellt.

Da es sich um ein radioaktives Element handelt, müssen bei der Herstellung von Technetium grundlegende Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Beispielsweise muss die Zubereitung in einer belüfteten Umgebung erfolgen. Um zu verhindern, dass die von diesem Element emittierten Röntgenstrahlen Schäden am menschlichen Auge verursachen, müssen die Experimentatoren, die das Element vorbereiten, auch mit Schutzbrillen ausgestattet sein.

Bei der Begegnung mit radioaktiven Elementen müssen Sie voll bewaffnet sein

Erwähnenswert ist, dass Beobachtungen zufolge der größte Teil des Technetiums ausgeschieden wird, wenn es versehentlich eingeatmet wird. Ein Teil davon kann jedoch immer noch über die Schilddrüse im Körper zurückgehalten werden und enthält daher immer noch bestimmte schädliche Bestandteile.

Natürlich wird man das Kind nicht mit dem Bade ausschütten. Da Technetium zu einem künstlichen chemischen Element geworden ist, dessen Produktionsvolumen sich auf Kilogramm beläuft, bedeutet dies, dass es tatsächlich seine eigenen, einzigartigen Verwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Bereichen hat.

Technetium ist für uns immer noch sehr hilfreich

Erstens ist die Korrosionsbeständigkeit dieses Elements immer noch sehr hoch, da seine chemischen Eigenschaften denen von Rhenium ähnlicher sind. Eine kleine Menge Ammoniumtechnetat kann die Korrosionsgeschwindigkeit von Stahl verlangsamen. Und weil es Neutronen nicht so leicht absorbiert, wird Technetium auch häufig bei der Herstellung von Korrosionsschutzschichten für Kernreaktoren verwendet.

Zweitens weist Technetium bei niedrigen Temperaturen eine gute Supraleitfähigkeit auf, weshalb es von Wissenschaftlern häufig als Ausgangsmaterial für entsprechende Experimente verwendet wird.

Innenraum eines Kernreaktors

Schließlich gibt es noch den Beitrag von Technetium im Bereich der Medizin, genauer gesagt den Beitrag künstlich hergestellter Technetiumisotope. Wie bereits erwähnt, variieren die Halbwertszeiten der Technetiumisotope erheblich. Das in der Medizin am häufigsten verwendete Isotop ist Technetium-99m, dessen Halbwertszeit nur etwa 6 Stunden beträgt. Also, was können wir damit machen?

Es stellt sich heraus, dass nach der Einnahme von Medikamenten, die Technetium-99m enthalten, die durch den Zerfall dieses Elements erzeugte Strahlung von externen Kameras beobachtet werden kann und so medizinische Bilder entstehen. Wenn Menschen Strahlung sehen, denken sie natürlich möglicherweise, dass diese Anwendung immer noch fehlerhaft ist, aber es ist unmöglich, dass Strahlung in der klinischen Diagnose der Nuklearmedizin vorkommt.

Medizinische Bildgebung nach Verabreichung von Technetium-99m-Pertechnetat

Die meisten Wissenschaftler gehen davon aus, dass die nach dem Zerfall von Technetium entstehenden Gammastrahlen aufgrund ihrer guten Leistung und kurzen Halbwertszeit dem menschlichen Körper nach Abschluss der Bildgebung keinen großen Schaden zufügen. Daher gilt es als eines der besten bildgebenden Nuklide.

Da die Halbwertszeit so kurz ist, ist natürlich auch die Haltbarkeit von Technetium-99m relativ kurz, sodass es im Allgemeinen zentral hergestellt und verteilt wird.

Statistiken aus den 1990er Jahren zufolge machte die Verwendung von Technetium-99m mehr als 80 % der gesamten Verwendung radioaktiver Nuklide für medizinische Diagnosen in den Vereinigten Staaten aus.

Technetium-99m-Methylendiphosphonat-Injektion

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Technetium, das auf der Erde schwer zu finden ist und in der Geschichte der Erforschung vieler Fehler Ursache war, tatsächlich sehr nützlich ist. Und mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Herstellungstechnologie hat Technetium den Rahmen der Kleinserienproduktion überschritten und ist zu einem der künstlichen Elemente geworden, die in großem Maßstab produziert werden können. Wir freuen uns darauf, dass dieses magische Element 43 in Zukunft einen größeren Beitrag zur menschlichen Gesellschaft leisten wird!

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