Technécium : le premier élément artificiel qui a sauvé des millions de vies

Sur le tableau périodique de Dmitri Ivanovitch Mendeleïev, il y a une cellule au numéro 43. Pendant de nombreuses années, elle est restée vide. Son habitant ne se laissait pas prendre aux chimistes du XIXe siècle, se cachant des chasseurs d'éléments les plus persistants. Mais il s'est avéré que ce n'était pas la complexité de l'extraction, mais la nature même de cette substance : elle ne pouvait tout simplement pas survivre sur Terre depuis sa formation. Aujourd'hui, nous connaissons cet élément sous le nom de technécium - le premier élément créé artificiellement, et à la fois l'élément qui sauve des milliers de vies chaque jour dans les hôpitaux du monde entier.

Le technécium est le seul élément plus léger que le plomb qui n'a pas d'isotopes stables. Sa place dans le tableau est un triomphe de la force prédictive de la science et un monument à l'inventivité humaine.

43ème élément : la prédiction de Mendeleïev

En 1869, lorsque Dmitri Ivanovitch Mendeleïev a présenté au monde son tableau périodique, il y avait 63 éléments et plusieurs espaces vides. Il n'a pas simplement laissé des blancs - il a osé prédire les propriétés des substances non découvertes. Pour l'élément au numéro 43, qui se trouvait sous le manganèse dans le groupe septième, le scientifique a prédit les propriétés, le nommant "éka-manganèse" (du sanskrit "éka" - un).

Pendant les prochaines décennies, les chimistes ont cherché l'élément manquant dans les minerais de manganèse, les minéraux et les résidus chimiques complexes. Il y a eu des déclarations retentissantes d'ouverture : l'élément était appelé "ilmium", "nipponium", "lurium". Cependant, aucune d'elles n'a été confirmée. Aujourd'hui, nous savons pourquoi : le technécium est radioactif, et ses isotopes les plus longs-vivants avec un demi-vie de l'ordre de 4 millions d'années ont disparu de la croûte terrestre depuis sa formation.

Pourquoi "technécium" ? L'origine artificielle du nom

Le nom de l'élément vient du mot grec "τεχνητός" (technetos), ce qui signifie "artificiel". Le nom s'est avéré prophétique à double titre : le technécium est devenu le premier élément chimique obtenu artificiellement, et non extrait de matières premières naturelles.

Histoire de la découverte : plaque de molybdène de Berkeley

En 1937, le physicien italien Emilio Segrè travaillait aux États-Unis, dans le laboratoire d'Ernest Lawrence - l'inventeur du cyclotron. Segrè a remarqué une radioactivité étrange d'une des pièces usées de l'accélérateur - une feuille de molybdène qui servait de cible pour les deutérons.

L'homme d' ciencia a supposé que dans le cadre des réactions nucléaires, un nouvel élément de numéro 43 s'est formé dans le molybdène (numéro atomique 42). Il a pris la feuille avec lui à Palerme, où, avec le minéralogiste Carlo Perrier, il a effectué une série d'opérations chimiques complexes. Ils ont réussi à isoler un nouvel élément radioactif en quantités purement microscopiques.

Caractéristique fondamentale : le plus léger sans isotopes stables

Le technécium est le plus léger élément du tableau périodique qui n'a pas d'isotopes stables. Ses formes "longue-vie" : Tc-97 (demi-vie de 2,6 millions d'années), Tc-98 (4,2 millions d'années) et l'isotope le plus accessible - Tc-99 (demi-vie de 211 000 ans).

Cependant, le technécium naturel existe bel et bien sur Terre. En quantités minuscules (environ 1 nanogramme par tonne de minerai d'uranium), il se forme dans le processus de fission spontanée de l'uranium-235. À tout moment, il y a environ 18 000 tonnes de technécium dans la croûte terrestre - mais ce métal "s'est dissous" dans des quantités colossales de roches.

Propriétés inattendues : de la superconduction à la toxicité chimique

Propriétés physiques. Le technécium est un métal argenté-sombre de transition. Sa structure cristalline sous les conditions normales est hexagonale, il est malléable et ductile. Incroyablement, il devient un superconducteur à basse température.

Multiplicité chimique. Pour le technécium, les degrés d'oxydation varient de -1 à +7, et la forme la plus stable est le technécium septavalent (Tc⁷⁺). Cependant, les chimistes le comparent souvent au rhénium. Cette multiplicité crée de graves problèmes lors du traitement des déchets nucléaires usagés : les réactions redox imprévisibles impliquant le technécium compliquent les processus de séparation de l'uranium et du plutonium.

Application principale aujourd'hui : médecine nucléaire et technécium-99m

Aujourd'hui, la plupart du technécium est extrait des déchets de l'industrie nucléaire - des barres de combustible usées des réacteurs nucléaires. La production de l'isotope Tc-99 lors de la fission de l'uranium-235 est d'environ 6 %. Cependant, ce n'est pas le Tc-99 à long demi-vie qui attire l'attention, mais son isomère nucléaire à court demi-vie - Tc-99m (m signifie métastable, état nucléaire excité) avec un demi-vie de seulement 6 heures.

Cet isomère est l'un des piliers de la médecine nucléaire moderne. Sur sa base, on produit des médicaments radiofarmaceutiques pour la diagnostic des tumeurs malignes, l'évaluation du flux sanguin cardiaque et l'étude des fonctions de nombreux organes internes. Le mécanisme est le suivant : Tc-99m émet des rayons gamma qui peuvent être facilement détectés par des caméras spéciales. L'isotope est administré dans l'organisme (souvent lié à des molécules spécifiques aux tissus cibles) et envoie un signal, permettant aux médecins de "voir" une tumeur, un foyer d'inflammation ou un site d'ischémie du muscle cardiaque.

Le court demi-vie du radioisotope permet d'obtenir une image précise et de retirer rapidement la substance de l'organisme, causant un minimum de dommages radiologiques. Chaque année, plus de 20 millions de procédures diagnostiques sont réalisées dans le monde avec l'utilisation du technécium-99m. En Russie, la production de générateurs de technécium-99m est réalisée par des entreprises du division scientifique de Rosatom.

Risque et écologie : déchet à long demi-vie

Le technécium-99 à long demi-vie (T_1/2 = 211 000 ans) représente une grave problème écologique. Son contenu dans les combustibles usés nucléaires atteint des centaines de grammes par tonne. Cet isotope est mobile dans l'environnement et peut s'accumuler dans des objets biologiques. Par conséquent, l'entreposage du Tc-99 est l'une des tâches lors de la création des entrepôts de déchets radioactifs. Son demi-vie et sa mobilité chimique obligent à chercher des matrices spéciales pour une isolation fiable.

Futur de l'élément : catalyseurs, superconducteurs et nouveaux médicaments radiofarmaceutiques

Aujourd'hui, le technécium reste un élément niquis mais crucial en médecine diagnostique. Cependant, son potentiel est plus large. Le technécium est un matériau prometteur pour la fabrication de catalyseurs (par exemple, pour la déhydrogénation des composés organiques) et des composants des alliages à haute température superconductrice. De plus, les chimistes développent des méthodes de capture du technécium des déchets radioactifs liquides à l'aide de sorbants et de nouveaux composés pour la médecine nucléaire ciblée, y compris la théranostique (diagnostic et thérapie par une seule molécule).

À l'avenir, il est possible de développer de nouveaux méthodes d'extraction de Tc-99m des résidus de réacteurs et accélérateurs, ce qui rendra la diagnostic encore plus accessible. De plus, l'utilisation de l'isotope Tc-99 dans les piles nucléaires pour des appareils fonctionnant des décennies sans recharge est prometteuse.

Résultat : Le 43ème élément du système périodique est un pont entre la génialité prédictive du XIXe siècle et les technologies de pointe du XXIe siècle. Le technécium, le premier élément artificiel sans isotopes stables, est le seul métal utilisé dans des millions de diagnostics médicaux chaque année sous forme de l'isomère Tc-99m.
© lib.cm

Permanent link to this publication:

https://lib.cm/m/articles/view/Technécium-élément-chimique-n-43-Tc