周期表の43番目の元素は正確には何ですか?

多くの人は、何年も経った後でも化学元素の周期表の記憶法を覚えていますが、20 個の元素については何度も繰り返し暗唱して初めて覚える場合があります。今日お話しする元素は原子番号43で、テクネチウムと呼ばれる放射性金属元素です。

テクネチウムには「伝説の物語」がある

この元素の発見過程は非常に困難な過程を経ただけでなく、人工的に生成された世界初の元素でもありました。それで、テクネチウムの探査の過程では実際に何が起こったのでしょうか?なぜ元素43は地球上でほとんど見つからないのでしょうか?次は一緒に見ていきましょう！

テクネチウムの発見

ご存知のとおり、周期表の配置は非常に特殊で、放射性元素テクネチウムが 43 番目に配置されているのは、他の放射性元素が 80 番目以降にランクされているため、やや場違いです。これは、実際にはテクネチウムの発見プロセスと密接に関係しています。

元素周期表の模式図

19 世紀、メンデレーエフは関連論文の中でいくつかの未発見の元素を「予測」し、それらがすでに発見されていたいくつかの元素と類似していると述べました。

その中にはマンガンのような物質があり、今日ではそれが元素43と呼ばれています。

メンデレーエフは、マンガンの原子量はルテニウムの原子量よりわずかに小さく、約100であり、過マンガン酸カリウムに似た塩を形成できるはずだと指摘した。

ロシアの化学者メンデレーエフ

つまり、この予言が発表されて以来、ますます多くの科学者が元素43の探索に専念し、多くの人が元素43を発見したと考えましたが、後にそれは単なる誤解であったことが判明しました。

このように、43番元素の探索は何度も行き詰まり、人々はそれを「失われた元素」と呼ぶほどです。

「失われた要素」

1936年、物理学者シーゲルが米国バークレーで研究していたとき、サイクロトロン加速器を発見しました。その部品の一部は、粒子の衝突を受けて強い放射能を示しました。そこで、シーゲルは研究用の部品を入手したいと考えてサイクロトロンの製造業者に申請しました。

その後、アクセサリーを受け取ったシェゲルは、この部品の放射能が長期間残留していることを発見し、化学分析に長けたペレルに協力を求め、最終的にそこから少量の放射性元素を分離しました。

サイクロトロン加速器の概略図

注目すべきは、この元素の特殊な特徴を発見した後、二人はこれが何十年もの間誰もが探し求めていた元素43であるかもしれないと気づいたことである。

実際、テクネチウムの発見過程から判断すると、この元素は自然界では「目に見えない」ようであり、最終的に発見されたと判明したときには、自然に生成されたものではなく、モリブデン原子に重水素を衝突させた後に得られたものであった。

モリブデン原子の概念図

したがって、テクネチウムは周期表では天然の放射性元素ですが、基本的には人工的にしか生成できず、この元素を地球上で見つけることはほとんど不可能です。

なぜ地球上で元素43を見つけるのが難しいのでしょうか?

地球上の元素は比較的豊富であるため、テクネチウムの存在が確認された後、科学者たちはより長い寿命を持つ、あるいは地球と共存するテクネチウムを見つけようとしました。

しかし、地球形成当初に保持されていたテクネチウム元素は、過去数十億年の間にほぼ崩壊してしまったことは明らかです。科学者たちは、この場合、テクネチウムが地殻の形成以来保存されていたことは不可能だと言います。

地球は46億歳です

もちろん、地球上のウランの自然核分裂プロセスではテクネチウムが継続的に生成されるため、人間の介入が不要な場合もあります。したがって、テクネチウムは完全に人工的な元素とは言えません。それは自然条件下でも形成される可能性があります。

データによれば、1961 年に誰かが 3.5 キログラムのピッチブレンドから 1×10^-9 グラムの 99Tc を抽出し、1 キログラムのウラン鉱石には 5×10^-10 グラムの 99Tc が含まれています。その後、原子炉で燃焼したウラン棒から大量のテクネチウムが回収されました。

ピッチブレンドはウラン抽出の主原料である

つまり、こいつを地球上で見つけるのは確かに難しいのですが、さまざまな反応を通じて大量に生成されるので、他の手段で生成または抽出されるテクネチウムはたくさんあるのです。元素43は表面に現れていないだけで、実際には人類と共に常に存在していたことがわかります。

テクネチウムは地球上では稀ですが、宇宙では豊富に存在し、特に太陽のような巨大な恒星の熱核反応ではテクネチウムが生成されることがあることは特筆に値します。

太陽熱核融合の模式図

1950 年代に、科学者たちは太陽のスペクトルでテクネチウムのスペクトル線を初めて発見し、その後、多くの天体のスペクトルでこの元素の存在を発見しました。

これらの発見の後、科学者たちは、恒星が赤色巨星段階に入ると、内部のテクネチウム元素が一定量まで濃縮されると予測した。この特徴のため、科学者たちは当時の赤色巨星を「テクネチウム星」とも呼んでいます。

太陽のような恒星の進化の模式図

もちろん、テクネチウムは、星の寿命が終わると、最終的には華麗な花火となって宇宙に放出されることになります。この過程で、腐敗が進み、痕跡を見つけるのが難しくなります。

それで、この魔法の元素テクネチウムの特性は何でしょうか?用途は何ですか?

テクネチウム：痕跡を残さずに現れて消えていく元素

テクネチウムの特性と用途

テクネチウムの元素記号はTcです。その結晶構造は六方最密構造で、銀白色の金属のように見えます。テクネチウムは低温に保つと超伝導体にもなります。

同位体の特性を観察すると、その半減期は大きく異なっており、数時間だけのものもあれば、数年にも及ぶものもあります。

テクネチウムは銀白色の金属です。

前回の記事で述べたように、地球上に残っているテクネチウムの量は非常に少ないため、この元素を得るためには、核反応を完了したウラン鉱石から得ることに加えて、実験室で人工的に準備することもあります。

テクネチウムは放射性元素であるため、テクネチウムを調製する際には最も基本的な保護措置を講じる必要があります。たとえば、換気の良い環境で準備する必要があります。この元素から放出されるX線が人間の目に損傷を与えないようにするために、元素を準備する実験者もゴーグルを装着する必要があります。

放射性物質に直面するときは、完全に武装する必要があります

観察によれば、テクネチウムのほとんどは誤って体内に吸入された後、排泄されることは言及する価値がある。しかし、その一部は甲状腺を通じて体内に残留する可能性があるため、依然として特定の有害成分が含まれています。

もちろん、人々は大切なものを無駄にするようなことはしないでしょう。結局のところ、テクネチウムはキログラム単位で生産される人工化学元素になったので、実際にはさまざまな分野で独自の用途があることを意味します。

テクネチウムは今でも私たちにとって非常に役立っています

まず、この元素の化学的性質はレニウムの化学的性質に似ているため、耐食性は依然として非常に強いです。少量のテクネチウムアンモニウムは鋼鉄の腐食速度を遅くすることができます。また、テクネチウムは中性子を吸収しにくいため、原子炉の腐食防止層の製造にも広く使用されています。

第二に、テクネチウムは低温で優れた超伝導性を示すため、科学者は関連実験の原料としてよく使用します。

原子炉内部

最後に、医療分野におけるテクネチウムの貢献、より正確には、人工的に生成されたテクネチウム同位体の貢献があります。前に述べたように、テクネチウム同位体の半減期は大きく異なり、医療分野で広く使用されているのは半減期がわずか約 6 時間のテクネチウム 99m です。それで、私たちは何ができるでしょうか?

テクネチウム99mを含む薬を服用すると、この元素の崩壊によって発生する放射線を外部カメラで観察し、医療画像を作成できることが判明しました。もちろん、放射線を見ると、この応用にはまだ欠陥があると思う人もいるかもしれませんが、核医学の臨床診断に放射線が存在することは不可能です。

テクネチウム99m過テクネチウム酸投与後の医療画像

ほとんどの科学者は、テクネチウムの崩壊後に生成されるガンマ線は性能が良く、半減期が短いため、画像撮影が完了した後は人体に大きな害を及ぼすことはないと考えています。そのため、最も優れた画像化核種の 1 つと見なされています。

もちろん、半減期が非常に短いため、テクネチウム99mの保存期間も比較的短く、そのため、集中的に生産および配布されるのが一般的です。

1990 年代の統計によると、米国における医療診断用放射性核種の総使用量のうち、テクネチウム 99m の使用は 80% 以上を占めていました。

テクネチウム-99mメチレンジホスホネート注射剤

まとめると、地球上で見つけるのが難しく、探検の歴史において多くの失敗を引き起こしてきたテクネチウムは、実は非常に有用である。そして、人々の製造技術の継続的な進歩により、テクネチウムは小規模生産の範囲を超え、大規模に生産できる人工元素の一つになりました。この魔法の元素43が今後人類社会にさらに貢献していくことを期待しています！

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