Technecium: pertama elemen buatan yang menyelamatkan jutaan nyawa

Dalam tabel periodik Dmitry Ivanovich Mendeleev ada sel nomor 43. Selama bertahun-tahun, sel itu tetap kosong. Penduduknya tidak dapat dicapai oleh kimia abad ke-19, tersembunyi dari para penelusur yang paling tangguh. Namun, ternyata hal itu bukan karena kesulitan ekstraksi, tetapi karena alam sendiri zat itu: ia tak dapat disimpan di Bumi sejak formasi Bumi. Hingga kini, kita mengetahui elemen ini sebagai technecium — pertama kali elemen yang dibuat secara buatan, dan sekaligus elemen yang setiap hari menyelamatkan ribuan nyawa di rumah sakit di seluruh dunia.

Technecium adalah satu-satunya elemen yang lebih ringan daripada timbal yang tak memiliki isotop stabil. Tempatnya di tabel adalah kemenangan kekuatan prediksi ilmu dan puing tanda kreativitas manusia.

Elemen ke-43: prédiksi Mendeleev

Pada tahun 1869, ketika Dmitry Ivanovich Mendeleev merepresentasikan tabel periodiknya kepada dunia, ada 63 elemen dan beberapa tempat kosong. Dia tidak hanya meninggalkan kosong, tetapi dengan keberanian memprediksi sifat zat yang belum ditemukan. Untuk elemen nomor 43, yang berada di bawah manganes di kelompok ke-7, ilmuwan memprediksi sifatnya, menyebutnya «eka-manganes» (dari Sanskerta «eka» — satu).

Dalam dekade berikutnya, kimia mendapatkan elemen yang hilang di kerikil manganes, mineral, dan sampah produksi kimia. Ada pula pernyataan yang keras tentang penemuan: elemen disebut «ilmium», «nipponium», «lurium». Namun, tidak satu pun yang disahkan. Hingga kini kita tahu kenapa: technecium beradioaktif, dan isotop yang paling lama hidupnya dengan periode separuh hidup sekitar 4 juta tahun sudah menghilang dari kerak Bumi sejak formasi Bumi.

Kenapa «technecium»? Asal usul nama buatan

Nama elemen ini berasal dari kata Yunani «τεχνητός» (tehnnetos), yang berarti «buat sendiri». Nama ini terlihat prédiksi dua kali: technecium menjadi elemen kimia pertama yang dihasilkan secara buatan, bukan diekstraksi dari bahan alam.

Sejarah penemuan: piringan molibdenum dari Berkeley

Pada tahun 1937, fisikawan Itali Emilio Segrè bekerja di Amerika Serikat, di laboratorium Ernest Lawrence — penemu siklotron. Segrè menarik perhatian pada radioaktifitas yang aneh dari salah satu detil yang dihabiskan pengeksperimen — piringan folio molibdenum yang berfungsi sebagai target untuk deuteron.

Peneliti menduga bahwa elemen baru dengan nomor 43 yang terbentuk di molibdenum (nomor atom 42) dalam reaksi nuklir. Dia membawa folio ke Palermo, tempat bersama dengan mineralog Carlo Perrier melaksanakan serangkaian operasi kimia yang kompleks. Mereka berhasil mengekstrak elemen radioaktif baru dalam jumlah kecil, tetapi bersih.

Karakteristik fundamental: yang paling ringan tanpa isotop stabil

Technecium adalah elemen periodik yang paling ringan yang tak memiliki isotop stabil. Bentuk yang paling lama hidupnya: Tc-97 (periode separuh hidup 2,6 juta tahun), Tc-98 (4,2 juta tahun) dan isotop yang paling mudah diakses — Tc-99 (periode separuh hidup 211.000 tahun).

Walaupun demikian, technecium alami masih ada di Bumi. Dalam jumlah kecil, sekitar 1 nanogram per ton batu bahan bakar nuklir uranium. Dia terbentuk dalam proses peluncuran spontan uranium-235. Pada setiap saat, di kerak Bumi ada sekitar 18.000 ton technecium — namun logam ini «dissolusi» di dalam besar jumlah batu gunung.

Properti yang tak diharapkan: superkonduktivitas hingga kemampuan kimia yang berbahaya

Properti fisik. Technecium adalah logam transisi berwarna perak-kelabu. Kisi kristalnya di kondisi standar adalah heksagonal, ia dapat dicuci dan dapat dijalurkan. Mengejutkan, di suhu rendah technecium menjadi superkonduktor.

Beragam kekimian. Untuk technecium, karakteristik pengoksidanannya dari −1 hingga +7, dan bentuk yang paling stabil adalah technecium heksavalen (Tc⁷⁺). Walaupun demikian, kimia sering dibandingkan dengan rhenium. Kekayaan ini menciptakan masalah serius dalam pemrosesan bahan bakar nuklir usang: reaksi oksidasi-reduksi yang tak terduga yang melibatkan technecium mempersulit proses pemisahan uranium dan plutonium.

Pemakaian utama saat ini: medis nuklir dan technecium-99m

Saat ini, sebagian besar technecium diambil dari sampah industri nuklir — dari batang bahan bakar reaktor nuklir usang. Kepada Tc-99 yang dihasilkan dalam proses pemecah belah uranium-235 sekitar 6%. Namun, yang menjadi perhatian bukan Tc-99 yang lama hidup, tetapi isomer nuklirnya — Tc-99m (m berarti metastabil, keadaan nuklir yang diionisasi) dengan periode separuh hidup hanya 6 jam.

Isotop ini adalah salah satu dasar medis nuklir modern. Dari dasarnya, dihasilkan obat radiofarmasi untuk diagnosa kanker, penilaian aliran darah jantung, dan pengujian fungsi banyak organ internal. Mekanisme seperti ini: Tc-99m menyeru gamma, yang mudah dideteksi dengan kamera khusus. Isotop ini dimasukkan ke dalam tubuh (sering dalam bentuk yang disesuaikan dengan molekul yang menarik untuk organ tertentu) dan memberikan sinyal yang memungkinkan dokter «melihat» kanker, fokus inflamatari, atau area iskemia otot jantung.

Periode separuh hidup yang singkat dari radioisotop memungkinkan mendapatkan gambar yang akurat dan dengan cepat menyingkirkan zat dari tubuh, meminimalisir kerusakan radiasi. Setiap tahun di dunia dilakukan lebih dari 20 juta prosedur diagnostik dengan penggunaan technecium-99m. Di Rusia, produksi generator technecium-99m dijalankan oleh perusahaan divisi ilmiah «Rosatom».

Resiko dan ekologi: sampah yang lama hidup

Technecium yang lama hidup — Tc-99 (T_1/2 = 211.000 tahun) menimbulkan masalah ekologis yang serius. Kandungan Tc-99 di bahan bakar usang mencapai ratusan gram per ton. Isotop ini bergerak di lingkungan dan dapat disimpan dalam objek biologis. Oleh karena itu, pemakaman Tc-99 adalah salah satu tugas dalam pembuatan tempat pemakaman sampah radioaktif. Periodenya dan kemampuan kimia meminta untuk mencari matras khusus untuk isolasi yang aman.

Perkembangan masa mendatang elemen: katalis, superkonduktor dan obat radiofarmasi yang baru

Saat ini, technecium tetap menjadi elemen niшев, tetapi sangat penting dalam medis diagnostik. Namun, potensialnya lebih luas. Technecium adalah bahan potensial untuk membuat katalis (contohnya untuk dehidrasi koneksi organik) dan komponen campuran superkonduktor tinggi suhu. Juga, kimia mengembangkan metode untuk menangkap technecium dari sampah radioaktif cair dengan sorbent dan koneksi baru untuk medis nuklir yang menarik, termasuk teranostik (diagnosis dan terapi dalam molekul satu).

Pada masa mendatang, mungkin muncul metode baru untuk mengekstrak Tc-99m dari produk reaktor dan pengeksperimen, yang akan membuat diagnosa lebih mudah diakses. Juga, penggunaan isotop Tc-99 dalam baterai nuklir untuk peralatan yang bekerja berabad-abad tanpa pengisian adalah potensial.

Permanent link to this publication: