元素周期表中，43號元素究竟是什么？

時(shí)隔多年，不少人依舊能記起化學(xué)元素周期表的記憶口訣，只不過背來背去可能就記住了那20個(gè)元素。而今天咱們要說的這個(gè)元素的原子序數(shù)為43，是一種放射性金屬元素，名叫锝。

有“傳奇故事”的锝元素

這個(gè)元素不僅發(fā)現(xiàn)歷程十分坎坷，還是世界上第一個(gè)用人工方法制得的元素。那么，探索锝元素的歷程中到底經(jīng)歷了什么？為什么在地球上幾乎找不到這個(gè)43號元素呢？接下來，就讓我們一起來看看吧！

锝元素的發(fā)現(xiàn)歷程

大家都知道，元素周期表的排列是很講究的，而锝這個(gè)放射性元素放在43的位置卻有些格格不入，因?yàn)槠渌姆派湫栽囟寂旁?0以后了，這其實(shí)與它的發(fā)現(xiàn)歷程有著密切的關(guān)系。

元素周期表示意圖

在19世紀(jì)時(shí)門捷列夫就在相關(guān)的論文當(dāng)中對某些尚未發(fā)現(xiàn)的元素進(jìn)行了“預(yù)言”，預(yù)言中提到它們與已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的幾種元素類似。

其中有一個(gè)名為類錳的，就是咱們今天所說的43號元素。

門捷列夫指出：類錳的原子量應(yīng)該略小于釕，大約是100，它應(yīng)能形成和高錳酸鉀類似的鹽。

俄國化學(xué)家門捷列夫

總之，自從這個(gè)預(yù)言出現(xiàn)之后，越來越多的科學(xué)家投入到了尋找43號元素的工作中去，并且有不少人曾以為自己找到了43號元素，只不過到后來卻發(fā)現(xiàn)只是一場烏龍。

就這樣，43號元素的尋找屢屢陷入了僵局，人們甚至將其稱為“失蹤的元素”。

“消失的元素”

當(dāng)時(shí)間來到1936年時(shí)，物理學(xué)家謝格爾在美國伯克利學(xué)習(xí)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)這里有一臺回旋加速器，它其中的一些部件在經(jīng)過粒子的轟擊之后，表現(xiàn)出了極強(qiáng)的放射性。于是，謝格爾就向回旋加速器的制造者申請希望能夠獲得一部分部件進(jìn)行研究。

后來，接收到配件的謝格爾發(fā)現(xiàn)這個(gè)部件的放射性保持時(shí)間很久，所以就讓擅長化學(xué)分析的佩列爾來幫忙，最終從這之上分離出了一小部分放射性元素。

回旋加速器原理示意圖

值得一提的是，在發(fā)現(xiàn)這個(gè)元素的特殊之處后，二人就意識到這可能是大家在幾十年間苦苦尋找的43號元素。

實(shí)際上，從锝元素的發(fā)現(xiàn)歷程來看，這種元素確實(shí)像是在自然界中“隱身”一樣，并且最終被確定發(fā)現(xiàn)時(shí)的它也不是自然產(chǎn)生的，而是由鉬原子受到氘轟擊之后得到的。

鉬原子概念圖

因此锝元素在周期表中雖然是自然放射性元素，卻基本只能依靠人工制得，在地球上幾乎找不到這個(gè)元素。

地球上難以覓得43號元素的原因

地球上的元素還是比較豐富的，所以在锝元素被確認(rèn)存在之后，科學(xué)家就試圖找到壽命更長甚至是與地球共生的锝元素。

但顯然，在地球形成之初保留的锝元素，早就隨著幾十億年的光陰流逝，衰變的差不多了?？茖W(xué)家表示，在這種情況下，锝是不可能從地殼形成時(shí)就保留到現(xiàn)在的。

地球已有46億年的歷史

當(dāng)然，在地球上鈾的自發(fā)裂變過程等都能夠不斷地生成锝，這之中有時(shí)候并不需要人為去干涉。因此，锝元素并不能稱為完全人造的元素，它在自然情況下還是可以形成的。

資料顯示，1961年時(shí)有人從3.5千克的瀝青鈾礦當(dāng)中提煉出了1×10^-9克99Tc，一千克鈾含量的鈾礦石當(dāng)中含有5×10^-10克99Tc。后來，在核反應(yīng)堆燃燒過的鈾棒當(dāng)中，也回收到了不少锝。

瀝青鈾礦是提取鈾的主要原料

總之別看這家伙在地球上確實(shí)是蹤跡難尋，但是在各種反應(yīng)之下誕生的量并不少，因此通過其他方式制得或者提取的锝不在少數(shù)?？梢?3號元素只是表面失蹤，實(shí)際一直陪伴著人類。

值得一提的是，锝元素在地球上很少，在宇宙中卻很多，尤其是像太陽這種巨大的恒星上的熱核反應(yīng)都是可以制造出锝元素的。

太陽熱核聚變示意圖

上世紀(jì)五十年代時(shí)，科學(xué)家先是在太陽的光譜當(dāng)中發(fā)現(xiàn)了锝的譜線，后來又在不少星體的光譜上也發(fā)現(xiàn)了這個(gè)元素的存在。

在有了這些發(fā)現(xiàn)之后，科學(xué)家預(yù)測當(dāng)恒星步入紅巨星階段的時(shí)候，內(nèi)部的锝元素將會富集，達(dá)到一定的豐度。由于這種特性，科學(xué)家還將此時(shí)的紅巨星稱之為“锝星”。

類太陽恒星的演化過程示意圖

當(dāng)然，锝最終還是會隨著恒星生命的終結(jié)，在絢麗的“煙花”當(dāng)中將自己拋向宇宙。而在這個(gè)過程中，它是會不斷衰變的，從此成為難以尋覓蹤跡的存在。

那么，這樣神奇的锝元素到底有什么樣的性質(zhì)？它又有哪些用途呢？

“來無影去無蹤”的锝元素

锝元素的性質(zhì)和用途

锝元素的元素符號是Tc，晶體的結(jié)構(gòu)是六方密堆積的，外表看起來是銀白色的金屬。當(dāng)處在低溫之下時(shí)，锝還可以成為超導(dǎo)體。

當(dāng)我們觀察得同位素的性質(zhì)就能發(fā)現(xiàn)，它們的半衰期差異還是比較大的，有的只有幾小時(shí)，有的卻長達(dá)多年。

锝元素的單質(zhì)為銀白色金屬

咱們在前文中說了，地球上留存的锝是微乎其微的，所以想要獲得這種元素，除了從完成核反應(yīng)的鈾礦中獲取以外，有時(shí)人們還會在實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中進(jìn)行人工制備。

由于是放射性元素，所以制備锝元素的時(shí)候還是要做好最基本的防護(hù)，比如說一定要在通風(fēng)的情況下，且為了避免這一元素放射出的X射線對人的眼睛造成損傷，制備的實(shí)驗(yàn)人員還需要配備護(hù)目鏡。

面對放射性元素時(shí)必須要全副武裝

值得一提的是，根據(jù)觀察來看，锝元素在被意外吸入體內(nèi)之后，大部分是會被排出的。不過仍然可以通過甲狀腺滯留部分在體內(nèi)，所以本身還是具備一定有害成分的。

當(dāng)然，人們并不會因噎廢食，畢竟锝元素在成為產(chǎn)量以公斤計(jì)算的人造化學(xué)元素之后，就代表著它其實(shí)在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中都有自己獨(dú)特的用處。

仍對我們有很大幫助的锝元素

首先由于這種元素的化學(xué)性質(zhì)與錸更為相似，所以它的耐腐蝕性質(zhì)還是很強(qiáng)的，少量的锝酸銨就可以讓鋼材的腐蝕速度減慢。并且由于不易吸收中子，所以锝元素還廣泛運(yùn)用于核反應(yīng)堆的防腐層制造。

其次就是锝在低溫之下有著良好的超導(dǎo)性，所以常常被科學(xué)家們用來做相關(guān)實(shí)驗(yàn)的原材料。

核反應(yīng)堆內(nèi)部照

最后就是锝元素在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)了，準(zhǔn)確來說是人工制得的锝同位素的貢獻(xiàn)。咱們在前面說了，锝的同位素對應(yīng)的半衰期有著比較大的差異，而廣泛用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的正是那個(gè)半衰期只有6小時(shí)左右的锝-99m。那么，咱們可以用它來做什么呢？

原來，人們將含有锝-99m的藥服用之后，這種元素衰變之后產(chǎn)生的輻射就可以被外部的攝影機(jī)觀察到，從而形成醫(yī)學(xué)成像。當(dāng)然，大家看到輻射的時(shí)候可能就覺得這種運(yùn)用還是有缺陷的，但是在核醫(yī)學(xué)臨床診斷當(dāng)中是不可能沒有輻射存在的。

服用锝-99m高锝酸鹽后的醫(yī)學(xué)成像

絕大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為由于锝衰變之后產(chǎn)生的γ射線性能很好，并且半衰期較短，所以在成像完成后也不會對人體造成太大的傷害。因此，它一直被人們當(dāng)做是最優(yōu)良的顯像核素之一。

當(dāng)然，由于半衰期太短，所以锝-99m的保存時(shí)間也比較短，所以一般會由統(tǒng)一制得并分配。

根據(jù)上世紀(jì)九十年代的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，锝-99m的用量約占到美國全國醫(yī)學(xué)診斷用放射性核素總用量的80%以上。

锝99m亞甲基二膦酸鹽注射液

綜上所述，在地球上難以尋覓，且在探索歷史上鬧出許多烏龍事件的锝元素，確實(shí)還是很有用的。并且隨著人們制備技術(shù)的不斷進(jìn)步，锝已經(jīng)脫離了小規(guī)模生產(chǎn)的范疇，成為了可以大規(guī)模生產(chǎn)的人工元素之一期待著這個(gè)神奇的43號元素，會在未來為人類社會做出更大的貢獻(xiàn)！

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