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tecnecio

El tecnecio es un elemento químico ; tiene símbolo Tc y número atómico 43. Es el elemento más ligero cuyos isótopos son todos radiactivos . Todo el tecnecio disponible se produce como elemento sintético . El tecnecio natural es un producto de fisión espontánea en el mineral de uranio y el mineral de torio (la fuente más común), o el producto de la captura de neutrones en los minerales de molibdeno . Este metal de transición cristalino, de color gris plateado, se encuentra entre el manganeso y el renio en el grupo 7 de la tabla periódica , y sus propiedades químicas son intermedias entre las de ambos elementos adyacentes. El isótopo natural más común es el 99 Tc, sólo en trazas.

Muchas de las propiedades del tecnecio habían sido predichas por Dmitri Mendeleev antes de su descubrimiento. Mendeleev notó un vacío en su tabla periódica y le dio al elemento no descubierto el nombre provisional de ekamanganeso ( Em ). En 1937, el tecnecio (específicamente el isótopo tecnecio-97 ) se convirtió en el primer elemento predominantemente artificial en producirse, de ahí su nombre (del griego τεχνητός , technetos , de techne , como en "artesanía", "arte" y que tiene el significado de "artificial", + -io ).

Un isómero nuclear de corta duración que emite rayos gamma , el tecnecio-99m , se utiliza en medicina nuclear para una amplia variedad de pruebas, como el diagnóstico de cáncer de huesos. El estado fundamental del nucleido tecnecio-99 se utiliza como fuente de partículas beta libre de rayos gamma . Los isótopos de tecnecio de larga duración producidos comercialmente son subproductos de la fisión del uranio-235 en reactores nucleares y se extraen de las barras de combustible nuclear . Dado que incluso el isótopo más longevo del tecnecio tiene una vida media relativamente corta (4,21 millones de años), la detección de tecnecio en gigantes rojas en 1952 ayudó a demostrar que las estrellas pueden producir elementos más pesados .

Historia

Suposiciones tempranas

Desde la década de 1860 hasta 1871, las primeras formas de la tabla periódica propuesta por Dmitri Mendeleev contenían una brecha entre el molibdeno (elemento 42) y el rutenio (elemento 44). En 1871, Mendeleev predijo que este elemento faltante ocuparía el lugar vacío debajo del manganeso y tendría propiedades químicas similares. Mendeleev le dio el nombre provisional de ekamanganeso (de eka -, la palabra sánscrita para uno ) porque el elemento predicho estaba un lugar por debajo del elemento conocido manganeso. [6]

Identificaciones erróneas tempranas

Muchos de los primeros investigadores, tanto antes como después de la publicación de la tabla periódica, estaban ansiosos por ser los primeros en descubrir y nombrar el elemento faltante. Su ubicación en la tabla sugería que debería ser más fácil de encontrar que otros elementos no descubiertos.

Resultados irreproducibles

Periodisches System der Elemente (1904-1945, ahora en la Universidad Tecnológica de Gdańsk ): falta de elementos: 84 polonio Po (aunque descubierto ya en 1898 por Maria Sklodowska-Curie ), 85 astato At (1940, en Berkeley), 87 francio Fr (1939, en Francia), 93 neptunio Np (1940, en Berkeley) y otros actínidos y lantánidos. Símbolos antiguos para: 18 argón Ar (aquí: A), 43 tecnecio Tc (Ma, masurium), 54 xenón Xe (X), 86 radón, Rn (Em, emanación)

Los químicos alemanes Walter Noddack , Otto Berg e Ida Tacke informaron del descubrimiento del elemento 75 y el elemento 43 en 1925, y denominaron al elemento 43 masurium (en honor a Masuria en el este de Prusia , ahora en Polonia , la región donde se originó la familia de Walter Noddack). [11] Este nombre causó un resentimiento significativo en la comunidad científica, porque se interpretó como una referencia a las victorias del ejército alemán sobre el ejército ruso en la región de Masuria durante la Primera Guerra Mundial; Como los Noddack permanecieron en sus posiciones académicas mientras los nazis estaban en el poder, continuaron las sospechas y la hostilidad contra su afirmación de haber descubierto el elemento 43. [12] El grupo bombardeó columbita con un haz de electrones y dedujo que el elemento 43 estaba presente examinando espectrogramas de emisión de rayos X. [13] La longitud de onda de los rayos X producidos está relacionada con el número atómico mediante una fórmula derivada por Henry Moseley en 1913. El equipo afirmó haber detectado una débil señal de rayos X en una longitud de onda producida por el elemento 43. Experimentadores posteriores no pudieron Replicó el descubrimiento y fue descartado como un error. [14] [15] Aún así, en 1933, una serie de artículos sobre el descubrimiento de elementos citaba el nombre masurium para el elemento 43. [16] Se han hecho algunos intentos más recientes para rehabilitar las afirmaciones de los Noddack, pero son refutadas por El estudio de Paul Kuroda sobre la cantidad de tecnecio que podría haber estado presente en los minerales que estudiaron: no podría haber excedido 3 × 10 −11 μg/kg de mineral y, por lo tanto, habría sido indetectable con los métodos de los Noddack. [12] [17]

Descubrimiento oficial e historia posterior.

El descubrimiento del elemento 43 fue finalmente confirmado en un experimento realizado en 1937 en la Universidad de Palermo en Sicilia por Carlo Perrier y Emilio Segrè . [18] A mediados de 1936, Segrè visitó los Estados Unidos, primero la Universidad de Columbia en Nueva York y luego el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California. Convenció al inventor del ciclotrón, Ernest Lawrence, para que le permitiera recuperar algunas piezas desechadas del ciclotrón que se habían vuelto radiactivas . Lawrence le envió por correo una lámina de molibdeno que había sido parte del deflector del ciclotrón. [19]

Segrè reclutó a su colega Perrier para intentar demostrar, mediante química comparada, que la actividad del molibdeno procedía efectivamente de un elemento con número atómico 43. En 1937, lograron aislar los isótopos tecnecio-95m y tecnecio-97 . [20] [21] Los funcionarios de la Universidad de Palermo querían que nombraran su descubrimiento " panormium ", en honor al nombre latino de Palermo , Panormus . En 1947 [20] el elemento 43 recibió el nombre de la palabra griega τεχνητός , que significa "artificial", ya que fue el primer elemento producido artificialmente. [7] [11] Segrè regresó a Berkeley y conoció a Glenn T. Seaborg . Aislaron el isótopo metaestable tecnecio-99m , que ahora se utiliza en unos diez millones de procedimientos de diagnóstico médico al año. [22]

En 1952, el astrónomo Paul W. Merrill en California detectó la firma espectral del tecnecio (específicamente longitudes de onda de 403,1  nm , 423,8 nm, 426,2 nm y 429,7 nm) en la luz de las gigantes rojas de tipo S. [23] Las estrellas estaban cerca del final de sus vidas, pero eran ricas en el elemento de vida corta, lo que indicaba que se estaba produciendo en las estrellas mediante reacciones nucleares . Esa evidencia reforzó la hipótesis de que los elementos más pesados ​​son producto de la nucleosíntesis en las estrellas. [21] Más recientemente, tales observaciones proporcionaron evidencia de que los elementos se forman por captura de neutrones en el proceso s . [24]

Desde ese descubrimiento, se han realizado muchas búsquedas en materiales terrestres de fuentes naturales de tecnecio. En 1962, el tecnecio-99 fue aislado e identificado en pechblenda del Congo belga en cantidades extremadamente pequeñas (alrededor de 0,2 ng/kg), [24] donde se origina como un producto de fisión espontánea del uranio-238 . El reactor de fisión nuclear natural de Oklo contiene evidencia de que se produjeron cantidades significativas de tecnecio-99 y que desde entonces se han desintegrado en rutenio-99 . [24]

Características

Propiedades físicas

El tecnecio es un metal radiactivo de color gris plateado con una apariencia similar al platino , comúnmente obtenido como un polvo gris. [25] La estructura cristalina del metal puro a granel es hexagonal y compacta , y las estructuras cristalinas del metal puro nanodisperso son cúbicas . El tecnecio nanodisperso no tiene un espectro de RMN dividido, mientras que el tecnecio a granel hexagonal tiene el espectro de RMN-Tc-99 dividido en 9 satélites. [25] [26] El tecnecio atómico tiene líneas de emisión características en longitudes de onda de 363,3  nm , 403,1 nm, 426,2 nm, 429,7 nm y 485,3 nm. [27] Los parámetros de celda unitaria del metal Tc ortorrómbico se informaron cuando el Tc está contaminado con carbono (a = 0,2805(4), b = 0,4958(8), c = 0,4474(5)·nm para Tc-C con 1,38 peso. % C y a = 0,2815(4), b = 0,4963(8), c = 0,4482(5) (nm para Tc-C con 1,96% en peso de C). [28] La forma metálica es ligeramente paramagnética , lo que significa que sus dipolos magnéticos se alinean con campos magnéticos externos , pero asumirán orientaciones aleatorias una vez que se elimine el campo. [ 29] El tecnecio monocristalino metálico puro se convierte en un superconductor de tipo II a temperaturas inferiores a 7,46  K. [30] [a] Por debajo de esta temperatura, el tecnecio tiene una profundidad de penetración magnética muy alta , mayor que cualquier otro elemento excepto el niobio . [31]

Propiedades químicas

El tecnecio se sitúa en el séptimo grupo de la tabla periódica, entre el renio y el manganeso . Como predice la ley periódica , sus propiedades químicas se encuentran entre esos dos elementos. De los dos, el tecnecio se parece más al renio, particularmente en su inercia química y su tendencia a formar enlaces covalentes . [32] Esto es consistente con la tendencia de los elementos del período 5 a parecerse más a sus contrapartes en el período 6 que en el período 4 debido a la contracción de los lantánidos . A diferencia del manganeso, el tecnecio no forma fácilmente cationes ( iones con carga neta positiva). El tecnecio exhibe nueve estados de oxidación de −1 a +7, siendo +4, +5 y +7 los más comunes. [33] El tecnecio se disuelve en agua regia , ácido nítrico y ácido sulfúrico concentrado , pero no es soluble en ácido clorhídrico de ninguna concentración. [25]

El tecnecio metálico se empaña lentamente en el aire húmedo [33] y, en forma de polvo, se quema en oxígeno . Al reaccionar con hidrógeno a alta presión, forma el hidruro TcH1.3 [34] mientras que al reaccionar con carbono forma Tc 6 C [35] con parámetro de celda 3,98 Å o, también, el carburo nanodisperso de bajo contenido en carbono con parámetro 4,02 Å. [36]

El tecnecio puede catalizar la destrucción de la hidracina por el ácido nítrico , y esta propiedad se debe a su multiplicidad de valencias. [37] Esto causó un problema en la separación del plutonio del uranio en el procesamiento de combustible nuclear , donde la hidracina se usa como reductor protector para mantener el plutonio en el estado trivalente en lugar del estado tetravalente más estable. El problema se vio exacerbado por la extracción con disolventes mutuamente mejorada de tecnecio y circonio en la etapa anterior [38] y requirió una modificación del proceso.

Compuestos

Pertecnetato y derivados

El pertecnetato es una de las formas de tecnecio más disponibles. Está relacionado estructuralmente con el permanganato .

La forma más frecuente de tecnecio y de fácil acceso es el pertecnetato de sodio , Na[TcO 4 ]. La mayor parte de este material se produce por desintegración radiactiva de [ 99 MoO 4 ] 2− : [39] [40]

[ 99 MoO 4 ] 2− → [ 99m TcO 4 ] − + e −

Pertecnetato ( TcO−
4) está sólo débilmente hidratado en soluciones acuosas, [41] y se comporta de manera análoga al anión perclorato, ambos tetraédricos . A diferencia del permanganato ( MnO−
4), es sólo un agente oxidante débil .

Relacionado con el pertecnetato está el heptóxido de tecnecio . Este sólido volátil de color amarillo pálido se produce por oxidación del metal Tc y precursores relacionados:

4Tc + 7O2 → 2Tc2O7 _

Es un óxido metálico molecular, análogo al heptóxido de manganeso . Adopta una estructura centrosimétrica con dos tipos de enlaces Tc-O con longitudes de enlace de 167 y 184 pm. [42]

El heptóxido de tecnecio se hidroliza a pertecnetato y ácido pertecnético , dependiendo del pH: [43] [44]

Tc 2 O 7 + 2 OH − → 2 TcO 4 − + H 2 O
Tc 2 O 7 + H 2 O → 2 HTcO 4

El HTcO 4 es un ácido fuerte. En ácido sulfúrico concentrado , [TcO 4 ] - se convierte a la forma octaédrica TcO 3 (OH)(H 2 O) 2 , la base conjugada del hipotético complejo triaquo [TcO 3 (H 2 O) 3 ] + . [45]

Otros derivados de calcogenuros

El tecnecio forma un dióxido , [46] disulfuro , diseleniuro y ditelururo . Se forma un Tc 2 S 7 mal definido al tratar el pertecnato con sulfuro de hidrógeno. Se descompone térmicamente en disulfuro y azufre elemental. [47] De manera similar, el dióxido se puede producir mediante la reducción del Tc 2 O 7 .

A diferencia del caso del renio, para el tecnecio no se ha aislado ningún trióxido. Sin embargo, el TcO 3 se ha identificado en fase gaseosa mediante espectrometría de masas . [48]

Complejos simples de hidruros y haluros.

El tecnecio forma el complejo simple TcH2-9
_. La sal de potasio es isoestructural con ReH.2-9
_. [49] A alta presión también se informó la formación de TcH1,3 a partir de elementos. [50]

El TcCl 4 forma estructuras en forma de cadena, similar al comportamiento de varios otros tetracloruros metálicos.

Se conocen los siguientes haluros de tecnecio binarios (que contienen sólo dos elementos): TcF 6 , TcF 5 , TcCl 4 , TcBr 4 , TcBr 3 , α-TcCl 3 , β-TcCl 3 , TcI 3 , α-TcCl 2 y β- TcCl2 . _ Los estados de oxidación varían desde Tc(VI) a Tc(II). Los haluros de tecnecio exhiben diferentes tipos de estructuras, como complejos octaédricos moleculares, cadenas extendidas, láminas en capas y grupos metálicos dispuestos en una red tridimensional. [51] [52] Estos compuestos se producen combinando el metal y el halógeno o mediante reacciones menos directas.

El TcCl 4 se obtiene mediante cloración de Tc metal o Tc 2 O 7. Al calentarlo, el TcCl 4 da los correspondientes cloruros de Tc(III) y Tc(II). [52]

TcCl 4 → α-TcCl 3 + 1/2 Cl 2
TcCl 3 → β-TcCl 2 + 1/2 Cl 2

La estructura del TcCl 4 está compuesta por infinitas cadenas en zigzag de octaedros de TcCl 6 que comparten bordes . Es isomorfo a los tetracloruros de metales de transición de circonio , hafnio y platino . [52]

Complejos de coordinación de tecnecio ( 99 Tc) que contienen cloro en varios estados de oxidación: representados Tc(III), Tc(IV), Tc(V) y Tc(VI).

Existen dos polimorfos de tricloruro de tecnecio , α- y β-TcCl 3 . El polimorfo α también se denomina Tc 3 ​​Cl 9 . Adopta una estructura biooctaédrica confacial . [53] Se prepara tratando el cloroacetato Tc 2 (O 2 CCH 3 ) 4 Cl 2 con HCl. Al igual que Re 3 Cl 9 , la estructura del polimorfo α consta de triángulos con distancias MM cortas. El β-TcCl 3 presenta centros de Tc octaédricos, que están organizados en pares, como se observa también en el caso del tricloruro de molibdeno . TcBr 3 no adopta la estructura de ninguna de las fases de tricloruro. En cambio, tiene la estructura del tribromuro de molibdeno , que consta de cadenas de octaedros confaciales con contactos Tc-Tc cortos y largos alternos. TcI 3 tiene la misma estructura que la fase de alta temperatura de TiI 3 , presentando cadenas de octaedros confaciales con contactos Tc-Tc iguales. [52]

Se conocen varios haluros de tecnecio aniónicos. Los tetrahaluros binarios se pueden convertir en hexahaluros [TcX 6 ] 2− (X = F, Cl, Br, I), que adoptan una geometría molecular octaédrica . [24] Los haluros más reducidos forman grupos aniónicos con enlaces Tc-Tc. La situación es similar para los elementos relacionados de Mo, W, Re. Estos grupos tienen la nuclearidad Tc 4 , Tc 6 , Tc 8 y Tc 13 . Los grupos más estables de Tc 6 y Tc 8 tienen formas de prisma donde los pares verticales de átomos de Tc están conectados por enlaces triples y los átomos planos por enlaces simples. Cada átomo de tecnecio forma seis enlaces, y los electrones de valencia restantes pueden saturarse con un átomo de halógeno de ligando axial y dos de puente , como el cloro o el bromo . [54]

Coordinación y complejos organometálicos.

El tecnecio ( 99m Tc) sestamibi ("Cardiolita") se utiliza ampliamente para obtener imágenes del corazón.

El tecnecio forma una variedad de complejos de coordinación con ligandos orgánicos. Muchos han sido bien investigados debido a su relevancia para la medicina nuclear . [55]

El tecnecio forma una variedad de compuestos con enlaces Tc-C, es decir, complejos de organotecnecio. Los miembros destacados de esta clase son complejos con ligandos de CO, areno y ciclopentadienilo. [56] El carbonilo binario Tc 2 (CO) 10 es un sólido volátil de color blanco. [57] En esta molécula, dos átomos de tecnecio están unidos entre sí; cada átomo está rodeado por octaedros de cinco ligandos carbonilo. La longitud del enlace entre los átomos de tecnecio, 303 pm, [58] [59] es significativamente mayor que la distancia entre dos átomos en el tecnecio metálico (272 pm). Los congéneres del tecnecio, el manganeso y el renio, forman carbonilos similares . [60] El interés en los compuestos de organotecnecio también ha sido motivado por aplicaciones en medicina nuclear . [56] El tecnecio también forma complejos acuocarbonílicos, siendo un complejo destacado el [Tc(CO) 3 (H 2 O) 3 ] + , que son inusuales en comparación con otros carbonilos metálicos. [56]

Isótopos

El tecnecio, con número atómico Z  = 43, es el elemento con el número más bajo en la tabla periódica para el cual todos los isótopos son radiactivos . El segundo elemento exclusivamente radiactivo más ligero, el prometio , tiene número atómico 61. [33] Los núcleos atómicos con un número impar de protones son menos estables que aquellos con números pares, incluso cuando el número total de nucleones (protones + neutrones ) es par, [61] y los elementos impares tienen menos isótopos estables .

Los isótopos radiactivos más estables son el tecnecio-97 con una vida media de 4,21 millones de años, el tecnecio-98 con 4,2 millones de años y el tecnecio-99 con 211.100 años. [62] Se han caracterizado otros treinta radioisótopos con números de masa que oscilan entre 85 y 118. [63] La mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a una hora, con las excepciones de tecnecio-93 (2,73 horas), tecnecio-94 ( 4,88 horas), tecnecio-95 (20 horas) y tecnecio-96 (4,3 días). [64]

El modo de desintegración principal de los isótopos más ligeros que el tecnecio-98 ( 98 Tc) es la captura de electrones , produciendo molibdeno ( Z  = 42). [63] Para el tecnecio-98 y los isótopos más pesados, el modo primario es la emisión beta (la emisión de un electrón o positrón ), produciendo rutenio ( Z  = 44), con la excepción de que el tecnecio-100 puede desintegrarse tanto por emisión beta como por emisión de electrones. captura. [63] [65]

El tecnecio también tiene numerosos isómeros nucleares , que son isótopos con uno o más nucleones excitados . El tecnecio-97m ( 97m Tc; "m" significa metaestabilidad ) es el más estable, con una vida media de 91 días y una energía de excitación de 0,0965 MeV. [64] Le siguen el tecnecio-95m (61 días, 0,03 MeV) y el tecnecio-99m (6,01 horas, 0,142 MeV). [64] El tecnecio-99m emite sólo rayos gamma y se desintegra en tecnecio-99. [64]

El tecnecio-99 ( 99 Tc) es un producto importante de la fisión del uranio-235 ( 235 U), lo que lo convierte en el isótopo de tecnecio más común y más fácilmente disponible. Un gramo de tecnecio-99 produce 6,2×10 8  desintegraciones por segundo (en otras palabras, la actividad específica del 99 Tc es 0,62 G Bq /g). [29]

Ocurrencia y producción

El tecnecio se encuentra naturalmente en la corteza terrestre en concentraciones diminutas de aproximadamente 0,003 partes por billón. El tecnecio es tan raro porque la vida media del 97 Tc y del 98 Tc es de sólo 4,2 millones de años. Han pasado más de mil de estos períodos desde la formación de la Tierra , por lo que la probabilidad de supervivencia de incluso un átomo de tecnecio primordial es efectivamente cero. Sin embargo, existen pequeñas cantidades como productos de fisión espontánea en minerales de uranio . Se estima que un kilogramo de uranio contiene 1  nanogramo (10 −9  g) equivalente a diez billones de átomos de tecnecio. [21] [66] [67] Algunas estrellas gigantes rojas con los tipos espectrales S-, M- y N contienen una línea de absorción espectral que indica la presencia de tecnecio. [25] [68] Estas gigantes rojas se conocen informalmente como estrellas de tecnecio .

Producto de desecho de fisión

A diferencia de lo que ocurre de forma natural, cada año se producen grandes cantidades de tecnecio-99 a partir de barras de combustible nuclear gastadas , que contienen diversos productos de fisión. La fisión de un gramo de uranio-235 en reactores nucleares produce 27 mg de tecnecio-99, lo que da al tecnecio un rendimiento de producto de fisión del 6,1%. [29] Otros isótopos fisibles producen rendimientos similares de tecnecio, como el 4,9% del uranio-233 y el 6,21% del plutonio-239 . [69] Se estima que entre 1983 y 1994 se produjeron 49.000 T Bq (78  toneladas métricas ) de tecnecio en reactores nucleares, con diferencia la fuente dominante de tecnecio terrestre. [70] [71] Sólo una fracción de la producción se utiliza comercialmente. [b]

El tecnecio-99 se produce mediante la fisión nuclear de uranio-235 y plutonio-239. Por tanto, está presente en los residuos radiactivos y en la lluvia nuclear de las explosiones de bombas de fisión . Su desintegración, medida en becquerelios por cantidad de combustible gastado, es el principal factor que contribuye a la radiactividad de los desechos nucleares después de aproximadamente 10,4 a 10,6 años  después de la creación de los desechos nucleares. [70] De 1945 a 1994, se estima que se liberaron al medio ambiente 160 T Bq (unos 250 kg) de tecnecio-99 durante las pruebas nucleares atmosféricas . [70] [72] La cantidad de tecnecio-99 procedente de reactores nucleares liberados al medio ambiente hasta 1986 es del orden de 1.000 TBq (unos 1.600 kg), principalmente mediante el reprocesamiento de combustible nuclear ; la mayor parte fue vertida al mar. Los métodos de reprocesamiento han reducido las emisiones desde entonces, pero a partir de 2005 la principal liberación de tecnecio-99 al medio ambiente se produce en la planta de Sellafield , que liberó aproximadamente 550 TBq (unos 900 kg) entre 1995 y 1999 en el Mar de Irlanda . [71] A partir de 2000, la cantidad se limitó reglamentariamente a 90 TBq (unos 140 kg) al año. [73] La descarga de tecnecio al mar provocó la contaminación de algunos mariscos con cantidades minúsculas de este elemento. Por ejemplo, la langosta europea y el pescado del oeste de Cumbria contienen aproximadamente 1 Bq/kg de tecnecio. [74] [75] [c]

Producto de fisión para uso comercial.

El isótopo metaestable tecnecio-99m se produce continuamente como producto de fisión de uranio o plutonio en reactores nucleares :

Debido a que el combustible usado se deja reposar durante varios años antes del reprocesamiento, todo el molibdeno-99 y el tecnecio-99m se descompone cuando los productos de fisión se separan de los principales actínidos en el reprocesamiento nuclear convencional . El líquido que queda después de la extracción de plutonio-uranio ( PUREX ) contiene una alta concentración de tecnecio en forma de TcO.−
4pero casi todo esto es tecnecio-99, no tecnecio-99m. [77]

La gran mayoría del tecnecio-99m utilizado en trabajos médicos se produce irradiando objetivos específicos de uranio altamente enriquecido en un reactor, extrayendo molibdeno-99 de los objetivos en instalaciones de reprocesamiento [40] y recuperando en el centro de diagnóstico el tecnecio-99m producido. tras la desintegración del molibdeno-99. [78] [79] Molibdeno-99 en forma de molibdato MoO2-4
_se adsorbe sobre alúmina ácida ( Al
2oh
3) en un cromatógrafo de columna blindado dentro de un generador de tecnecio-99m ("vaca de tecnecio", también llamada ocasionalmente "vaca de molibdeno"). El molibdeno-99 tiene una vida media de 67 horas, por lo que constantemente se produce tecnecio-99m de vida corta (vida media: 6 horas), que resulta de su desintegración. [21] El pertecnetato TcO soluble −
4Luego se puede extraer químicamente mediante elución utilizando una solución salina . Un inconveniente de este proceso es que requiere objetivos que contengan uranio-235, que están sujetos a las precauciones de seguridad de los materiales fisionables. [80] [81]

El primer generador de tecnecio-99m , sin blindaje, 1958. Se eluye una solución de pertecnetato de Tc-99m a partir de molibdato de Mo-99 unido a un sustrato cromatográfico.

Casi dos tercios del suministro mundial provienen de dos reactores; el Reactor Universal de Investigación Nacional de los Laboratorios Chalk River en Ontario (Canadá) y el Reactor de Alto Flujo del Grupo de Consultoría e Investigación Nuclear de Petten (Países Bajos). Todos los reactores importantes que producen tecnecio-99m se construyeron en la década de 1960 y están cerca del final de su vida útil . Los dos nuevos reactores canadienses del Experimento de celosía de física aplicada multipropósito planificados y construidos para producir el 200% de la demanda de tecnecio-99m liberaron a todos los demás productores de construir sus propios reactores. Con la cancelación de los reactores ya probados en 2008, el suministro futuro de tecnecio-99m se volvió problemático. [82]

Deposito de basura

La larga vida media del tecnecio-99 y su potencial para formar especies aniónicas crea una gran preocupación por la eliminación a largo plazo de desechos radiactivos . Muchos de los procesos diseñados para eliminar productos de fisión en plantas de reprocesamiento apuntan a especies catiónicas como el cesio (por ejemplo, cesio-137 ) y el estroncio (por ejemplo, estroncio-90 ). De ahí que el pertecnetato escape a través de esos procesos. Las opciones actuales de eliminación favorecen el entierro en roca continental geológicamente estable. El principal peligro de esta práctica es la probabilidad de que los desechos entren en contacto con el agua, lo que podría filtrar contaminación radiactiva al medio ambiente. El pertecnetato y el yoduro aniónicos tienden a no adsorberse en las superficies de los minerales y es probable que sean eliminados por lavado. En comparación, el plutonio , el uranio y el cesio tienden a unirse a las partículas del suelo. El tecnecio podría quedar inmovilizado en algunos entornos, como la actividad microbiana en los sedimentos del fondo de los lagos, [83] y la química ambiental del tecnecio es un área de investigación activa. [84]

En el CERN se ha demostrado un método de eliminación alternativo, la transmutación , para el tecnecio-99. En este proceso, el tecnecio (tecnecio-99 como objetivo metálico) se bombardea con neutrones para formar el efímero tecnecio-100 (vida media = 16 segundos), que se desintegra mediante desintegración beta hasta obtener rutenio estable -100. Si el objetivo es recuperar rutenio utilizable, se necesita un objetivo de tecnecio extremadamente puro; Si en el objetivo hay pequeñas trazas de actínidos menores , como americio y curio , es probable que se fisionen y formen más productos de fisión que aumentan la radiactividad del objetivo irradiado. Es probable que la formación de rutenio-106 (vida media de 374 días) a partir de la "fisión reciente" aumente la actividad del rutenio metálico final, que luego requerirá un tiempo de enfriamiento más largo después de la irradiación antes de que pueda usarse el rutenio. [85]

La separación real del tecnecio-99 del combustible nuclear gastado es un proceso largo. Durante el reprocesamiento del combustible , éste sale como componente del líquido residual altamente radiactivo. Después de permanecer inactivo durante varios años, la radiactividad se reduce a un nivel en el que la extracción de isótopos de larga vida, incluido el tecnecio-99, se vuelve factible. Una serie de procesos químicos produce el metal tecnecio-99 de alta pureza. [86]

Activación de neutrones

El molibdeno-99 , que se desintegra para formar tecnecio-99m, puede formarse mediante la activación neutrónica del molibdeno-98. [87] Cuando es necesario, otros isótopos de tecnecio no se producen en cantidades significativas mediante fisión, sino que se fabrican mediante irradiación de neutrones de los isótopos originales (por ejemplo, el tecnecio-97 se puede producir mediante irradiación de neutrones de rutenio-96 ). [88]

Aceleradores de partículas

La viabilidad de la producción de tecnecio-99m mediante el bombardeo de protones de 22 MeV sobre un objetivo de molibdeno-100 en ciclotrones médicos tras la reacción de 100 Mo(p,2n) 99m Tc se demostró en 1971. [89] La reciente escasez de tecnecio médico -99m reavivó el interés en su producción mediante bombardeo de protones de objetivos de molibdeno-100 isotópicamente enriquecidos (>99,5%). [90] [91] Se están investigando otras técnicas para obtener molibdeno-99 a partir de molibdeno-100 mediante reacciones (n,2n) o (γ,n) en aceleradores de partículas. [92] [93] [94]

Aplicaciones

Medicina nuclear y biología.

Imagen superior: dos rasgos en forma de gota fusionados en sus partes inferiores; tienen un centro amarillo y un borde rojo sobre fondo negro. Leyenda: Captación de Tc en la enfermedad de Graves 16%. Imagen inferior: puntos rojos sobre fondo negro. Leyenda: 250 Gy (30 mCi) + Prednison.
Gammagrafía con tecnecio del cuello de un paciente con enfermedad de Graves

El tecnecio-99m ("m" indica que se trata de un isómero nuclear metaestable ) se utiliza en pruebas médicas de isótopos radiactivos . Por ejemplo, el tecnecio-99m es un trazador radiactivo que los equipos de imágenes médicas rastrean en el cuerpo humano. [21] [90] Es muy adecuado para esta función porque emite  rayos gamma de 140 keV fácilmente detectables y su vida media es de 6,01 horas (lo que significa que alrededor del 94% se desintegra en tecnecio-99 en 24 horas). [29] La química del tecnecio le permite unirse a una variedad de compuestos bioquímicos, cada uno de los cuales determina cómo se metaboliza y deposita en el cuerpo, y este único isótopo se puede utilizar para una multitud de pruebas de diagnóstico. Más de 50 radiofármacos comunes se basan en el tecnecio-99m para estudios funcionales y de imagen del cerebro , músculo cardíaco, tiroides , pulmones , hígado , vesícula biliar , riñones , esqueleto , sangre y tumores . [95]

El isótopo de vida más larga, el tecnecio-95m, con una vida media de 61 días, se utiliza como trazador radiactivo para estudiar el movimiento del tecnecio en el medio ambiente y en los sistemas vegetales y animales. [96]

industriales y quimicos

El tecnecio-99 se desintegra casi por completo mediante desintegración beta, emitiendo partículas beta con energías consistentemente bajas y sin rayos gamma que las acompañen. Además, su larga vida media hace que esta emisión disminuya muy lentamente con el tiempo. También se puede extraer con una alta pureza química e isotópica a partir de desechos radiactivos. Por estos motivos, es un emisor beta estándar del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y se utiliza para la calibración de equipos. [97] También se ha propuesto el tecnecio-99 para dispositivos optoelectrónicos y baterías nucleares a nanoescala . [98]

Al igual que el renio y el paladio , el tecnecio puede servir como catalizador . En procesos como la deshidrogenación del alcohol isopropílico , es un catalizador mucho más eficaz que el renio o el paladio. Sin embargo, su radiactividad es un problema importante en aplicaciones catalíticas seguras. [99]

Cuando el acero se sumerge en agua, agregar una pequeña concentración (55  ppm ) de pertecnetato de potasio (VII) al agua protege el acero de la corrosión, incluso si la temperatura se eleva a 250 °C (523 K). [100] Por esta razón, el pertecnetato se ha utilizado como inhibidor de la corrosión anódica para el acero, aunque la radiactividad del tecnecio plantea problemas que limitan esta aplicación a sistemas autónomos. [101] Mientras que (por ejemplo) CrO2-4
_También puede inhibir la corrosión; requiere una concentración diez veces mayor. En un experimento, se mantuvo una muestra de acero al carbono en una solución acuosa de pertecnetato durante 20 años y aún no estaba corroída. [100] El mecanismo por el cual el pertecnetato previene la corrosión no se comprende bien, pero parece implicar la formación reversible de una capa superficial delgada ( pasivación ). Una teoría sostiene que el pertecnetato reacciona con la superficie del acero para formar una capa de dióxido de tecnecio que evita una mayor corrosión; el mismo efecto explica cómo se puede utilizar el polvo de hierro para eliminar el pertecnetato del agua. El efecto desaparece rápidamente si la concentración de pertecnetato cae por debajo de la concentración mínima o si se añade una concentración demasiado alta de otros iones. [102]

Como se señaló, la naturaleza radiactiva del tecnecio (3 MBq/L en las concentraciones requeridas) hace que esta protección contra la corrosión no sea práctica en casi todas las situaciones. Sin embargo, se propuso (pero nunca se adoptó) la protección contra la corrosión mediante iones pertecnetato para su uso en reactores de agua en ebullición . [102]

Precauciones

El tecnecio no desempeña ningún papel biológico natural y normalmente no se encuentra en el cuerpo humano. [25] El tecnecio se produce en cantidad mediante fisión nuclear y se propaga más fácilmente que muchos radionucleidos. Parece tener baja toxicidad química. Por ejemplo, no se pudo detectar ningún cambio significativo en la fórmula sanguínea, el peso corporal y de los órganos, ni en el consumo de alimentos en ratas que ingirieron hasta 15 µg de tecnecio-99 por gramo de alimento durante varias semanas. [103] En el cuerpo, el tecnecio se convierte rápidamente en TcO estable.−
4ion, que es altamente soluble en agua y se excreta rápidamente. La toxicidad radiológica del tecnecio (por unidad de masa) es función del compuesto, el tipo de radiación del isótopo en cuestión y la vida media del isótopo. [104]

Todos los isótopos de tecnecio deben manipularse con cuidado. El isótopo más común, el tecnecio-99, es un emisor beta débil; dicha radiación es detenida por las paredes del material de vidrio de laboratorio. El principal peligro al trabajar con tecnecio es la inhalación de polvo; Esta contaminación radiactiva en los pulmones puede suponer un importante riesgo de cáncer. Para la mayoría de los trabajos, es suficiente un manejo cuidadoso en una campana extractora y no se necesita una guantera . [105]

Notas

  1. ^ Los cristales irregulares y las trazas de impurezas elevan esta temperatura de transición a 11,2 K para un polvo de tecnecio con una pureza del 99,9%. [30]
  2. ^ A partir de 2005 , el tecnecio-99 en forma de pertecnetato de amonio está disponible para los titulares de un permiso del Laboratorio Nacional de Oak Ridge . [25]
  3. ^ Las bacterias anaeróbicas formadoras de esporas del género Clostridium pueden reducir Tc (VII) a Tc (IV). Las bacterias Clostridia desempeñan un papel en la reducción del hierro, el manganeso y el uranio, afectando así la solubilidad de estos elementos en el suelo y los sedimentos. Su capacidad para reducir el tecnecio puede determinar una gran parte de la movilidad del tecnecio en los desechos industriales y otros ambientes subterráneos. [76]

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Bibliografía

Otras lecturas

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