Els empèdocles moderns – Carlo Perrier (1937) i l’element 43 (Tc) – tecneci (nilquaditri, Nqt)

En molts dissenys de la taula periòdica, les caselles o els símbols reben quatre colors. Tres es destinen a designar en quin dels tres estats d’agregació de la matèria (sòlid, líquid, gasós) es troba l’element en condicions estàndards. El quart es destina als elements sintètics. És un criteri problemàtic, certament. Molts elements es troben a la natura de manera combinada i cal aplicar mètodes químics artificials per aconseguir-los en estat elemental. Aquests elements, però, no solen ser considerats elements sintètics. D’altra banda, els elements sintètics, en condicions estàndards, es troben en estat sòlid, líquid o gasós, tal com els elements no-sintètics. Acceptem, però, el criteri dels quatre colors. Habitualment, com a elements sintètics, es consignen tots els elements transurànics (Z > 92), el prometi (Z = 61) i el tecneci (Z = 43). La definició més habitual d’element sintètic és la d’element químic que no existeix de forma natural a la Terra (combinada o elemental), i que tan sols pot ser creat artificialment a partir d’un altre element. Una altra, més extensa, diu que és tot element que no presenta isòtops estables. Però aquesta definició és perillosa. Si el protó és una partícula inestable, i decau per alguna de les vies teòriques proposades (antimuònica o positrònica), no hi hauria, per definició, cap isòtop estable. Ara bé, com que la semivida del protó, en qualsevol cas, no hauria de ser inferior a 2•1041 s, podem prescindir d’aquest fet. Llavors tindríem uns 90 isòtops estables, corresponents als 40 primers elements químics. A aquests isòtops hauríem de sumar uns 164 isòtops que, si bé teòricament són inestables, ningú no n’ha observat la radioactivitat (isòtops observacionalment estables). Val a dir, que entre els isòtops presents a la Terra, n’hi ha 34 isòtops radioactius amb una semivida prou llarga com perquè encara quedi un romanent de la dotació inicial (radioisòtops primordials). A més, hi ha uns 51 isòtops radioactius que, si bé no són primordials, sí són presents a la Terra bé per generació continuada per l’acció dels raigs còsmics sobre l’atmosfera o com a producte de la desintegració continuada d’isòtops radioactius primordials. Comptat i debatut, tindríem 339 isòtops naturals. La resta serien sintètics, i els elements que només consisteixen en isòtops sintètics, entrarien en la categoria esmentada abans. Hi ha però una gradació. Els elements de Z de 1 a 42, de 44 a 60, de 62 a 82, són elements naturals perquè tenen, si més no, un isòtop observacionalment estable. El bismut (83) hi entraria, per tindre un isòtop marginalment estable, de caràcter primordial. El tori (90) i l’urani (92) són presents a la natura, per bé que tots els seus isòtops són radioactius. El tecneci (43), el prometi (61), els elements de 84 a 89, el protactini (91) i els elements de 93 a 98, tot i considerats elements sintètics, són presents a la natura en quantitats marginals (si bé és més car extreure’n que sintetitzar-ne). Purament sintètics són tots els elements de Z superior a 99, dels quals s’han fet intents de síntesi fins al 119 (per bé que les dels elements 113, 115 i 117-119 són pendents de confirmació). La síntesi d’elements viola la llei de conservació dels elements que defineix les reaccions químiques. En una reacció química poden canviar els estats d’oxidació i les combinacions entre àtoms, però no els nombres Z i A que caracteritzen els nuclis d’aquests àtoms. La transmutació nuclear és com la reencarnació moderna de la llargament cercada transmutació dels metalls. Certament, hi ha transmutació nuclear en cada desintegració radioactiva dels isòtops inestables, i també en els casos d’espal•lació induïda per raigs còsmics i en la fusió nuclear que té lloc en els estels. La transmutació artificial, però, és possible si hi ha prou energia. En el 1941, hom va sintetitzar or radioactiu a partir del bombardeig de neutrons damunt d’àtoms de mercuri. Però l’objectiu de la transmutació és aconseguir or estable, és a dir 197Au, bé a partir de mercuri o de platí. De moment, però, els procediments en reactors nuclears són més cars que no pas el preu de mercat de l’or. Nosaltres arribem així al nombre 43 de la nostra sèrie.

Les caselles reben colors segons les categories de metalls alcalins (rosa fosc), metalls alcalino-terris (rosa clar), metalls de transició (gris clar), metalls de terres rares (groc), metalls pobres (gris fosc), metal•loids (blau), no-metalls (verd), halògens (lila clar) i gasos nobles (lila fosc). Però cada símbol, al seu torn, és es escrit en vermell, blau, negre o gris per representar, respectivament, la fase a la qual es troba l’element en condicions estàndards de pressió i de temperatura

Carlo Perrier i la descoberta del tecneci

Carlo Perrier

Carlo Perrier va nàixer a Torí el 7 de juliol del 1886. Es va graduar en química a la Universitat de Torí (1908) on també es doctoraria. Col•laborà amb el laboratori de físico-química de Baur, a Zuric. A partir del 1913, s’interessa en la mineralogia, disciplina dinamitzada en aquells anys pels estudis de Ferruccio Zambonini sobre el mont Vesuvi. Perrier, de fet, esdevingué professor ajudant a la Universitat de Nàpols, i més tard, passà a la Universitat de Torí.

En el 1921, Perrier esdevé director del Laboratori Químic-Petrogràfic de l’Ofici Geològic, a Roma. En el 1927 guanya una plaça de professor a la Universitat de Messina, que deixa en el 1929 en accedir a una plaça a la Universitat de Palerm. Serà a Palerm, on el 1936, coneix a Emilio G. Segrè, tot just nomenat professor de física i director de l’Institut de Física de la universitat.

Emilio Segrè

Emilio G. Segrè havia nascut el 30 de gener del 1905 a Tivoli (Laci), tercer fill del matrimoni jueu format per l’empresari Giuseppe Segré (propietari d’un molí paperer) i Amelia Susanna Treves. Havia estudiat enginyeria a La Sapienza, i en el 1927 havia començat a col•laborar amb Franco Rasetti i Enrico Fermi. Sota la direcció de Fermi, es va graduar el juliol del 1928, amb una tesi sobre “la dispersió anòmala i la rotació magnètica”. Després de fer el servei militar, com a tinent segon en l’artilleria antiaèria, reprengué la seva carrera científica. Des del 1932 era professor ajudant a la Universitat de Roma. El 1934 s’havia promès amb Elfriede Spiro, una jove jueva alemanya, emigrada per la persecució antisemita del nou govern d’Adolf Hitler. S’havien casat en la Gran Sinagoga de Roma el 2 de febrer del 1936. En la seva nova situació, Segré volia una posició estable, i l’aconseguí, com hem dit, en esdevindre professor de física a la Universitat de Palerm.

La Universitat de Palerm comptava amb figures notables, com els matemàtics Michele Cipolla i Michele De Franchis, o el botànic Luigi Montemartini, o el mateix Perrier en mineralogia. Però Segrè no podia deixar de notar les diferències respecte de Roma, tant en l’equipament del laboratori com en l’escassedat de la biblioteca.

Pocs mesos després d’instal•lar-se a Palerm, Segrè féu una visita al Laboratori de Radiació d’Ernest O. Lawrence, a Berkeley. La visita li serví per conèixer personalment noms consagrats i joves promeses, com els d’Edwin McMillan, Donald Cooksey, Franz Kurie, Philip Abelson i Robert Oppenheimer. Segrè mostrà interès en el ciclotró del laboratori, i considerà una línia meritòria de treball la d’explicar la radioactivitat de peces metàl•liques retirades de l’aparell. Segrè se n’endugué mostres a Palerm, i hi identificà tota una sèrie d’isòtops radioactius. El febrer del 1937, Lawrence l’envià una nova mostra, una tira de molibdè, també radioactiva. Per a l’anàlisi química comptà, com en ocasions anteriors, amb Perrier. Perrier i Segrè sospitaren que aquesta mostra i les anteriors contenia l’element de nombre atòmic 43, és a dir el forat més pregon de tota la taula periòdica dels elements.

Aquest buit ja era present en la taula periòdica proposta per Dmitri Mendeleev en el 1871. No era pas l’únic buit, car havien d’altres en el quart i cinquè períodes. El buit al qual ens referim apareixia en aquella taula en el període 6 i Grup VII, situat entre el molibdè (pes atòmic de 96) i el ruteni (pes atòmic de 104). Mendeleev predeia per a aquest element un pes atòmic de 100. Hom esperaria que formes òxids de fórmula X2O7 i hidrurs de fórmula XH.

Taula periòdica de Dmitri Mendeleev del 1871. En el sisè període, dins del Grup VII, mancaria un element de pes atòmic predit de 100. Per a denominar aquests elements, Mendeleev proposà emprar els prefixs numerals sànscrits eka-, dvi- i tri-, seguits del nom de l’element que es trobés a 1, 2 o 3 caselles per damunt seu.

D’acord amb Mendeleev, aquest element predit de pes atòmic de 100, rebé el nom provisional d’ekamanganès (Em), i hom partia de la idea que havia de presentar propietats anàlogues a les del manganès.

Hi hagué qui pensà que l’ekamanganès podria identificar-se amb alguns dels elements proposats en dècades anteriors, i que no havien guanyat acceptació. Per exemple, en el 1828, Gottfired Wilhelm Osann havia identificat en un mineral de platí, tres elements, que designà amb els noms de plurani, ruteni i polini. Dels tres elements, únicament el ruteni havia estat acceptat per la literatura, gràcies a Karl Klaus en el 1844. Potser el polini (que Osann havia designat així pel seu color gris) era l’ekamanganès. No obstant, l’opinió majoritària era que el polini no era més que una combinació de l’iridi amb impureses.

Una altra possibilitat era que l’ekamanganès s’identifiqués amb l’ilmeni o el pelopi, suposats elements del grup del tàntal-niobi. Hermann, en el 1871, encara sostenia, contra l’opinió majoritària, que l’ilmeni era un element químic diferent del niobi, i no pas una barreja de tàntal i niobi.

En el 1877, Serge Kern reportà la descoberta en un mineral de platí d’un possible candidat a ekamanganès. Kern proposà de denominar-lo davi (davyum), en honor de sir Humphry Davy. D’altres anàlisis conclogueren que el davi de Kern no era més una barreja d’iridi, rodi i ferro. Kern (1878) sostingué que la tècnica de separació de Bunsen aplicada a la sorra platinífera, havia eliminat la presència de rodi i d’iridi. En qualsevol cas, el davi no fou incorporat a la llista d’elements.

En el 1896, Prosper Barrièr proposà la descoberta en la monazita, d’un nou element, al que denominà luci i identificà amb l’ekamanganès. La descoberta fou contestada per William Crookes, que l’interpretà com una observació d’itri impur. Aquesta i altres atribucions discutides motivà C. Winkler a escriure una famosa revisió sobre les controvertides descobertes d’elements del darrer mig segle.

En el 1908, Masataka Ogawa (1865-1930) proposà la descoberta en la torianita d’un element al que denominà niponi (en honor del nom autòcton del Japó) i que identificà amb l’ekamanganès. Però les proves d’espectre de raigs X aportades no foren acceptades.

La identificació, especialment a partir del 1920, de la base subatòmica del nombre Z com el nombre de protons d’un element, va fer pensar en la possibilitat de “sintetitzar” els elements hipotètics a partir d’elements coneguts. En el 1925, Walter Noddack, Otto Berg i Ida Tacke pensaren en aquesta possibilitat per sintetitzar ekamanganès (Z=43) i dvimanganès (Z=75) a partir, respectivament, del niobi (Z=41) i del tàntal (Z=73). El niobi i el tàntal són els elements característics de la columbita. Així, Noddack et al. bombardejaren una mostra de columbita amb un corrent d’electrons. Examinaren el resultat amb espectrogrames de difracció de raigs X, i afirmaren detectar la presència d’ekamanganès i dvimanganès. Noddack et al. recolzaven en les fórmules desenvolupades per Henry Moseley en el 1913 i que relacionaven directament longitud d’ona de raigs X amb el nombre atòmic. Noddack proposà per a l’element 43 el nom de masuri, en honor de Masúria, la regió prussiana d’on era originària la seva família. L’element 75 fou batejat amb el nom de reni (en honor del Rin, l’altre extrem del món germànic). La síntesi dels elements 43 i 75 per part de Noddack no fou universalment acceptada. Mary Elvira Weeks la dóna per bona en una revisió del 1933. L’opinió majoritària, però, acceptà només la descoberta del reni, que Noddack et al. foren capaços de detectar de forma nativa en diversos minerals (gadolinita, molibdenita).

La descoberta de Perrier i Segrè tampoc no fou del tot assumida. La idea era que l’element 43 havia aparegut en les mostres a partir de la transmutació del molibdè per l’acció del ciclotró. Concretament, el molibdè hauria estat bombardejat amb nuclis de deuteri (hidrogen-2), donant lloc a tecneci-97 i, potser, tecneci-95. Tot i les pressions per batejar l’element 43 amb algun nom sicilià, com ara panormi (per Panormus, el nom llatí de Palerm) o trinacri (per Trinàcria, el nom grec de Sicília), ni Perrier ni Segrè feren cap passa en aquest sentit.

El juny del 1938, Segrè tornà de visita a Califòrnia. La vida mitjana dels isòtops de tecneci era massa breu com per voler estudiar a Palerm els materials generats a Berkeley. La intenció, però, era tornar a Palerm abans de començar el curs. La situació a Europa empitjorava de setmana en setmana. Les noves lleis antisemites del govern de Mussolini deixaven Segrè fora de la universitat. L’amenaça d’una guerra continental era cada vegada més clara. A Califòrnia se li uniren la dona i el fill, Claudio, que no tenia ni un any. El novembre del 1938 viatjà a Mèxic per poder canviar el seu visat de turista per un visat d’immigració. De mentres, a Berkeley havia obtingut una plaça d’investigador associat, amb contracte de sis mesos per 300 $ mensuals. Els visats del matrimoni Segrè, renovats a Mèxic una altra vegada el febrer del 1939, lligava Segrè a Califòrnia, cosa que Lawrence aprofità per renovar-li el contracte a la baixa (116 $ mensuals).

Amb Glenn Seaborg, Segrè aconseguí aïllar l’isòtop metastable 9943. També féu esforços per trobar l’element 93, que devia pertànyer també al grup del manganès, i que seria el primer dels elements transurànics. Però, com explicà en un article del 1939, no reeixí. Amb Alexander Langsdorf, Jr., i Chien-Shiung Wu, sí foren capaços de descobrir el xenó-135.

Per a la síntesi de l’element 85, l’ekaiode, Segrè proposà bombardejar bismut-209 amb partícules alfa. Juntament amb Dale R. Corson, Robert A. Cornog i Kenneth Ross MacKenzie ho aconseguiren en el 1940.

Si donem per bones les descobertes/síntesis dels elements 43 i 85, ja només quedava un buit entre els elements cisurànics: l’element 61. Segrè ho intentà amb Wu, però no reeixiren a separar químicament l’element. Segrè també col•laborà en la síntesi del plutoni-239, assolida el desembre del 1940.

La guerra ja s’havia desfermat a Europa. Els Estats Units mantenien formalment la neutralitat. Però l’atac japonès a Pearl Harbor el desembre del 1941, motivà que els Estats Units declaressin la guerra no tan sols al Japó sinó als aliats europeus dels japonesos: Alemanya i Itàlia. Segrè, ben preocupat per la sort dels seus pares a Itàlia i la dels seus sogres a Alemanya, ara hi restava del tot incomunicat. La mobilització de col•legues seus, va fer que Segrè accedís a tasques de docència.

A final del 1942, Segrè fou cridat per Oppenheimer per encapçalar el laboratori del Grup P-5 del Projecte Manhattan, a Los Alamos. El Grup P-5 estudiava la radioactivitat en el marc de la Divisió P (Física Experimental), que era sota la direcció de Robert Bacher. Segrè hi operà amb el nom d’Earl Seaman. S’instal•là definitivament a Los Alamos amb la família el juny del 1943. Estudiaren els productes de fissió i la radioactivitat del tori i dels principals isòtops d’urani (234, 235 i 238) i, a partir de l’abril del 1944, del plutoni.

El juny del 1944, alliberada Roma, se li comunicà a Segrè que el seu pare es trobava bé, però que la seva mare havia estat treta de Roma pels nazis l’octubre del 1943. Es tractava d’una mitja veritat, ja que si el seu pare no havia estat evacuat, era perquè s’havia mort precisament l’octubre del 1943. A final del 1944, Segrè i la seva dona esdevingueren ciutadans americans. El Grup P-5, reconvertit en Grup R-4, havia d’estudiar ara la radiació gamma dels tests nuclears, el primer dels quals va ser Trinity, el 16 de juliol del 1945. La guerra ja havia acabat a Europa, però continuava al Pacífic i a Àsia. La continuació del programa d’armes nuclears havia de servir per vèncer el Japó però també per imposar-se als mateixos aliats, en especial a la Unió Soviètica. Dues bombes, a Hiroshima i Nagasaki, l’agost del 1945, feren el fet.

La guerra havia acabat. Segrè, ja consagrat del tot, va haver de triar entre diferents ofertes, i s’orientà el gener del 1946 per tornar a Berkeley amb una plaça de professor titular i 6500$ anuals.

Segrè reprengué el contacte amb Carlo Perrier. Perrier havia deixat Palermo el 1939, per ser professor de mineralogia a la Universitat de Gènova, alhora que cap de l’Institut de Mineralogia. Fent una revisió dels estudis de Wu & Segré sobre la presència de l’element 43, Perrier & Segré publicaren un article a Nature sobre l’element. Friedrich Paneth els havia demanat que donessin un nom a l’element 43. I en aquell article de Nature, Perrier & Segré proposaven “el nom de tecneci [technetium], del grec τεχνητός, artificial, en reconeixement al fet que el tecneci és el primer element generat artificialment”. Com a símbol químic del tecneci es proposà el de Tc. Cada llengua adaptà fonèticament i ortogràfica el nom llatí de “technetium”. Quedaven descartades les propostes sicilianes (panormi, trinacri) i les derivades d’altres investigadors (masuri, danubi).

Carlo Perrier es va morir a Gènova el 22 de maig del 1948. La qüestió de si el “tecneci” havia estat descobert abans, continuà oberta. J. Newton Friend & J. G. F. Druce consideraren el 1950, que el davi, proposat per Kern el 1877, no era pas un precursor del tecneci sinó del reni.

Segrè, de mentres, trobava l’ambient de Berkeley més i més asfixiant. Se li havia retret que hagués pres accions legals contra els Estats Units per patents de pre-guerra. Tampoc no li entusiasmava la idea d’un laboratori d’armes nuclears a Livermore, Califòrnia. Finalment, deixà Berkeley per la Universitat d’Illinois a Urbana-Champaign, però hi tornà en el 1952. Juntament amb Owen Chamberlain, aconseguí detectar per primera vegada l’antiprotó (l’element -1), descoberta per la qual els dos rebrien el Premi Nobel de Física del 1959.

D’altra banda, el tecneci no era pas tan artificial com semblava. En el 1952, Paul W. Merrill detectava unes línies espectrals (403,1 nm, 423,8 nm, 426,2 nm, 429,7 nm) en llum d’estels gegants vermells de tipus S que indicaven la presència de tecneci. La descoberta de Merrill únicament se podia entendre si en els estels hi havia reaccions nuclears actives. Això acabà d’impulsar la idea que els elements pesants són sintetitzats en estels gegants.

En el 1960, Powell Richards fou pioner en proposar l’aplicació del 99mTc com a radiotraçador en medicina diagnòstica. En el 1958, Walter Tucker & Margaret Green havien dissenyat el primer generador de 99mTc, que treballava amb molibdat radioactiu com a matèria primera. La tècnica fou demostrada per Sorensen & Archambault per visualitzar el fetge, bo i que ells injectaven directament molibdat radioactiu.

En el 1962, hom trobà per primera vegada tecneci en un mineral terrestre, concretament en una pechblenda procedent del Congo. El contingut de tecneci era força baix (0,2 ng/kg) i calia atribuir-lo a la fissió espontània continuada de l’urani-238 present en la pechblenda.

Els minerals d’urani contenen traces de tecneci (de l’ordre d’1 ng per cada 1 kg d’urani), la qual cosa fa que no sigui tècnicament cert que sigui un element “artificial”

En el 1970, es moria Elfriede Segrè, i Emilio Segrè es tornà a casar, el febrer del 1972, amb Rosa Mines. Segrè publicà diverses obres sobre la història recent de la física: “Enrico Fermi: Physicist” (1970), “From X-rays to Quarks: Modern Physicists and Their Discoveries” (1980), “From Failing Bodies to Radio Waves: Classical Physicists and Their Discoveries” (1984). Si en els anys 1960 s’havia dedicat particularment a la política universitària, en els anys 1970 ho faria sobretot en la docència d’història de la física. El 1974 va passar a la Universitat de Roma, on es retiraria en el 1975. Jubilat, tornà a Lafayette, Califòrnia. Es va morir el 22 d’abril del 1989, als 84 anys. En el 1993 aparegueren les seves memòries, “A Mind Always in Motion”. El seu llegat fotogràfic fou donat per Rosa Segrè al American Institute of Physics.

El tecneci: isòtops i abundància

Per la seva natura, la massa atòmica estàndard del tecneci no pot ser definida ni com en el cas dels elements monoisotòpics (a partir de la de l’únic isòtop natural), ni com en els casos dels altres elements naturals (a partir de la mitjana ponderada dels isòtops naturals). En taules sol aparèixer com a 98 uma, sovint expressades en claudàtor. El llistat dels isòtops coneguts del tecneci fa:
– tecneci-85 (85Tc; 84,94883 uma). Nucli format per 43 protons i 42 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de menys de 1,1•10-7 s. Decau bé a molibdè-85 (amb emissió d’un positró), a molibdè-84 (amb emissió d’un protó) o a niobi-84 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– tecneci-86 (86Tc; 85,94288 uma). Nucli format per 43 protons i 43 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,055 s. Decau a molibdè-86, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (86mTc) a 1500 keV, que té una semivida de 1,11•10-6 s.
– tecneci-87 (87Tc; 86,93653 uma). Nucli format per 43 protons i 44 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,18 s. Decau a molibdè-87, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (87mTc) a 20 keV, que té una semivida de vora 2 s.
– tecneci-88 (88Tc; 87,93268 uma). Nucli format per 43 protons i 45 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,8 s. Decau a molibdè-88, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (88mTc), que té una semivida de 6,4 s, i que decau a molibdè-88.
– tecneci-89 (89Tc; 88,92717 uma). Nucli format per 43 protons i 46 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 12,8 s. Decau a molibdè-89, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (89mTc) a 62,6 keV, que té una semivida de 12,9 s, i que decau a molibdè-89.
– tecneci-90 (90Tc; 89,92356 uma). Nucli format per 43 protons i 47 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8,7 s. Decau a molibdè-90, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (90mTc) a 310 keV, que té una semivida de 49,2 s, i que decau a molibdè-90
– tecneci-91 (91Tc; 90,91843 uma). Nucli format per 43 protons i 48 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 188 s (3 minuts). Decau a molibdè-91, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (91mTc) a 139,3 keV, que té una semivida de 200 s, i que decau bé a l’estat basal (1%) o directament a molibdè-91 (99%).
– tecneci-92 (92Tc; 91,915260 uma). Nucli format per 43 protons i 49 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 255 s (4 minuts). Decau a molibdè-92, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (92mTc) a 270,15 keV, que té una semivida de 1,03•10-6 s.
– tecneci-93 (93Tc; 92,910249 uma). Nucli format per 43 protons i 50 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9900 s (3 hores). Decau a molibdè-93, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastable, un a 391,84 keV (93m1Tc; que té una semivida de 2610 s; que decau a l’estat basal en un 76,6% i a molibdè-93 en un 23,4%) i un altre a 2185,16 keV (93m2Tc; que té una semivida de 1,02•10-5 s).
– tecneci-94 (94Tc; 93,909657 uma). Nucli format per 43 protons i 51 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 1,76•104 s (5 hores). Decau a molibdè-94, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (94mTc) a 75,5 keV, que té una semivida de 3120 s, i que decau bé a l’estat basal (0,1%) o directament a molibdè-94 (99,9%).
– tecneci-95 (95Tc; 94,907657 uma). Nucli format per 43 protons i 52 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7,20•104 s (20 hores). Decau a molibdè-95, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (95mTc) a 38,89 keV, que té una semivida de 5,2•106 s, i que decau bé a l’estat basal (3,88%) o directament a molibdè-95 (96,12%). El 95mTc és emprat com a radiomarcador per seguir la cinètica del tecneci en sistemes biològics i ecosistemes.
– tecneci-96 (96Tc; 95,907871 uma). Nucli format per 43 protons i 53 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,70•105 s (4 dies). Decau a molibdè-96, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (96mTc) a 34,28 keV, que té una semivida de 3090 s, i que decau bé a l’estat basal (98%) o directament a molibdè-96 (2%).
– tecneci-97 (97Tc; 96,906365 uma). Nucli format per 43 protons i 54 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 8,2•1013 s (2,6 milions d’anys). Decau a molibdè-97, per captura electrònica. Posseeix un estat metastable (97mTc) a 96,56 keV, que té una semivida de 7,90•106 s (91 dies), i que decau bé a l’estat basal (99,66%) o directament a molibdè-97 (0,34%).
– tecneci-98 (98Tc; 97,907216 uma). Nucli format per 43 protons i 55 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,3•1014 s (4,2 milions d’anys). Decau a ruteni-98, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (98mTc) a 90,76 keV, que té una semivida de 1,47•10-5 s.
– tecneci-99 (99Tc; 98,9062547 uma). Nucli format per 43 protons i 56 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,662•1012 s (0,21 milions d’anys). Decau a ruteni-99, amb emissió d’un electró. És present a la natura en forma de traça, ja que és producte de relativa llarga durada de la fissió d’isòtops radioactius més pesants. De fet, és un dels productes més significatius de la fissió d’urani (rendiment de 6,0507% d’urani-235), i és el major responsable de les radioactivitat de llarg termini dels residus nuclears. Hom calcula que un total 250 kg de 99Tc (160 TBq) foren alliberats a l’ambient com a resultat de les proves nuclears en el període del 1945 al 1994. Entre el 1948 i el 1986, els reactors nuclears haurien alliberat a l’ambient 1600 kg de 99Tc (1000 TBq). Només la planta de Sellafield, entre el 1995 i el 1999, hauria alliberat al Mar Irlandesa uns 900 kg de 99Tc. D’acord amb les regulacions actuals, el límit d’emissions serien d’uns 140 kg de 99Tc. En la natura formaria anió pertecnetat. S’ha proposat la transmutació artificial (per bombardeig de neutrons) de 99Tc a 100Tc com una forma de tractament, ja que aquest segon decau a ruteni estable en qüestió de minuts. El tecneci-99 posseeix un estat metastable (99mTc) a 142,6832 keV, que té una semivida de 2,1620•104 s, i que decau bé a l’estat basal (99,99%) o directament a ruteni-99 (0,0037%). El 99mTc té diverses aplicacions mèdiques.
– tecneci-100 (100Tc; 99,9076578 uma). Nucli format per 43 protons i 57 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 15,8 s. Decau normalment (99,99%) a ruteni-100 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,0018%), a molibdè-100 (per captura electrònica). Posseeix dos estats metastables, un a 200,67 keV (100m1Tc; que té una semivida de 8,32•10-6 s) i un altre a 243,96 keV (100m2Tc; que té una semivida de 3,2•10-6 s).
– tecneci-101 (101Tc; 100,907315 uma). Nucli format per 43 protons i 58 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 853,2 s (14 minuts). Decau a ruteni-101, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (101mTc) a 207,53 keV, que té una semivida de 6,36•10-4 s.
– tecneci-102 (102Tc; 101,909215 uma). Nucli format per 43 protons i 59 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,28 s. Decau a ruteni-102, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (102mTc) a 20 keV, que té una semivida de 261 s, i que decau bé a l’estat basal (2%) o directament a ruteni-102 (98%).
– tecneci-103 (103Tc; 102,909181 uma). Nucli format per 43 protons i 60 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 54,2 s. Decau a ruteni-103, amb emissió d’un electró.
– tecneci-104 (104Tc; 103,91145 uma). Nucli format per 43 protons i 61 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1100 s (18 minuts). Decau a ruteni-104, amb emissió d’un electró. Posseeix dos estats metastables, un a 69,7 keV (104m1Tc; que té una semivida de 3,5•10-6 s) i un altre a 106,1 keV (104m2Tc; 4,0•10-7 s).
– tecneci-105 (105Tc; 104,91166 uma). Nucli format per 43 protons i 62 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 460 s (8 minuts). Decau a ruteni-105, amb emissió d’un electró.
– tecneci-106 (106Tc; 105,914358 uma). Nucli format per 43 protons i 63 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 35,6 s. Decau a ruteni-106, amb emissió d’un electró.
– tecneci-107 (107Tc; 106,91508 uma). Nucli format per 43 protons i 64 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 21,2 s. Decau a ruteni-107, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (107mTc) a 65,7 keV, que té una semivida de 1,84•10-7 s.
– tecneci-108 (108Tc; 107,91846 uma). Nucli format per 43 protons i 65 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,17 s. Decau a ruteni-108, amb emissió d’un electró.
– tecneci-109 (109Tc; 108,91998 uma). Nucli format per 43 protons i 66 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,86 s. Decau normalment (99,92%) a ruteni-109 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,08%), a ruteni-108 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– tecneci-110 (110Tc; 109,92382 uma). Nucli format per 43 protons i 67 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,92 s. Decau normalment (99,96%) a ruteni-110 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,04%), a ruteni-109 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– tecneci-111 (111Tc; 110,92569 uma). Nucli format per 43 protons i 68 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,29 s. Decau normalment (99,15%) a ruteni-111 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,85%), a ruteni-110 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– tecneci-112 (112Tc; 111,92915 uma). Nucli format per 43 protons i 69 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,29 s. Decau majoritàriament (97,4%) a ruteni-112 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (2,6%), a ruteni-111 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– tecneci-113 (113Tc; 112,93159 uma). Nucli format per 43 protons i 70 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,17 s. Decau a ruteni-113, amb emissió d’un electró.
– tecneci-114 (114Tc; 113,93588 uma). Nucli format per 43 protons i 71 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,15 s. Decau a ruteni-114, amb emissió d’un electró.
– tecneci-115 (115Tc; 114,93869 uma). Nucli format per 43 protons i 72 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,1 s. Decau a ruteni-115, amb emissió d’un electró.
– tecneci-116 (116Tc; 115,94337 uma). Nucli format per 43 protons i 73 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,09 s.
– tecneci-117 (117Tc; 116,94648 uma). Nucli format per 43 protons i 74 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,04 s.
– tecneci-118 (118Tc; 117,95148 uma). Nucli format per 43 protons i 75 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,03 s.

L’àtom neutre de tecneci conté 43 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d55s2. Això el situa com l’element del cinquè període del grup 7 (el grup del manganès), dins del bloc d (metalls de transició). Els estats d’oxidació més habituals són +7 (ionització dels electrons dels nivells 4d i 5s) i +4. També el podem trobar amb +6, +5, +3 (p.ex. TcI3), +2, +1, 0, -1 i -3. El radi atòmic és de 1,36•10-10 m.

Dues peces de tecneci

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, el tecneci es presenta com un sòlid metàl•lic de color gris argentí, que recorda al platí. Segueix una estructura cristal•lina hexagonal estretament empacada, amb una densitat de 11000 kg•m-3. Habitualment, per aïllament o per síntesi, se l’obté en forma d’una pols grisa. Les línies espectrals d’emissió característiques són a 363,3 nm, 403,1 nm, 426,2 nm, 429,7 nm i 485,3 nm. És lleugerament paramagnètic. El cristall pur de tecneci esdevé superconductor de tipus II a temperatures inferiors a 7,46 K (de fet, sota aquesta temperatura, presenta una profunditat de penetració magnètica únicament superada entre els altres elements pel niobi). Pot formar a nivell atòmic grups covalents com Tc4, Tc6, Tc8 i Tc13.

En condicions estàndards de pressió, el tecneci elemental fon a 2430 K i bull a 4538 K.

El tecneci metàl•lic és soluble en aigua règia, àcid nítric i àcid sulfúric concentrat, i no ho és en àcid clorhídric. En presència d’aire atmosfèric, adquireix lentament una pàtina oxidada, mentre que a temperatures de més de 700 K s’oxida completament a Tc2O7. El tecneci elemental en pols és inflamable en un atmosfera d’oxigen.

Estructura de l’ió hidrur de tecneci (TcH92-)

Entre els compostos del tecneci podem esmentar:
– òxids: TcO2 (de color negre) i Tc2O7 (de color groc pàl•lid). En condicions oxidants, el Tc2O7 dóna lloc a l’ió pertecnetat (TcO4sup>-). L’àcid pertecnètic (HTcO4) es presenta com un sòlid vermell i higroscòpic.
– sulfurs: TcS2 i Tc2S7.
– amb hidrogen forma l’anió TcH92-.
– la presència de carboni en el tecneci metàl•lic altera l’estructura cristal•lina cap a l’ortoròmbica i, si depassa el 15%, dóna lloc a carbur (Tc6C), d’estructura cristal•lina cúbica.
– compostos organotecnètics: com el carbonil de tecneci (Tc2(CO)10; sòlid blanc). Els compostos emprats en medicina nuclear per administrar 99mTc solen presentar com a grup funcional Tc-O.

L’abundància del tecneci en l’univers és condicionada per la nucleosíntesi estel•lar, per les rutes de desintegració de radioisòtops més pesants i per la semivida dels seus isòtops. El tecneci és, de fet, l’element químic més lleuger que no disposa d’isòtops observacionalment estables. Això fa que l’abundància del tecneci en l’univers sigui gairebé negligible. És inferior a la de tots els elements químics “naturals”, i únicament superaria el prometi i els elements de Z superior a 84 (llevat del tori i de l’urani).

Tot i així, és detectable en estels gegants (tipus S, M o N), bàsicament com a producte de la fissió de radioisòtops pesants, produïts per la nucleosíntesi estel•lar. Aquesta presència defineix un tipus específic d’estels (“estels rics en tecneci”), entre els quals podem citar R Geminorum. L’ejecció més o menys catastròfica de part del material d’aquests estels quan conclouen la fase de gegant, alimenta de tecneci el medi interestel•lar. Però ho fa de manera transitòria, ja que 98Tc, l’isòtop més estable, té una semivida de 4,2 milions d’anys.

En el nostre Sistema Solar, amb una edat de 4567 milions d’anys, el tecneci primordial ha desaparegut pràcticament (quedaria 1 àtom de cada 4•10326 àtoms inicials). El tecneci present, transitori, deriva de la fissió d’isòtops d’urani.

La presència de tecneci a la Terra s’associa bàsicament a minerals d’urani, en els quals es present amb una relació de 1 ppb respecte del contingut d’urani.

El desenvolupament de la tecnologia nuclear ha suposat la generació d’una síntesi artificial no-deliberada de tecneci. Cada gram de 235U origina 27 mg de 99Tc, i un rendiment similar produeixen 233U i 239Pu. Això fa que la producció global de tecneci en els reactors nuclears sigui d’unes 8 tones anuals, de les quals tan sols una part és utilitzada, mentre que la resta esdevé part dels residus nuclears. A llarg termini (104-106 anys), el 99Tc seria el principal emissor de radiacions d’aquests residus nuclears.

El soterrament de residus nuclears en roques geològicament estables de les masses continentals és pensat per minimitzar la migració de pertecnetat i de iodur radioactiu. Hom investiga un tractament previ de transmutació que minimitzi la presència de 99Tc. El bombardeig de neutrons sobre el 99Tc genera 100Tc, que té una semivida de 10 s, i que decau a 100Ru, isòtop estable. Ara bé, aquest bombardeig de neutrons s’hauria de fer, prèvia separació d’altres elements, ja que altrament podria augmentar-se la radioactivitat del residu.

Entre les aplicacions potencials del tecneci-99 podem citar:
– l’ús com a calibrador d’emissions beta.
– se l’ha proposat en dipositius optoelectrònics.
– se l’ha proposat com a combustible de nanobateries nuclears.
– el pertecnetat potàssic, fins i tot a concentracions baixes (55 ppm), protegeix acer immergit en aigua de la corrosió, a temperatures de fins a 500 K.

Moltes de les aplicacions proposades topen amb el fet que el tecneci, malgrat de baixa activitat, no deixa d’ésser un element radioactiu.

La presència en la hidrosfera i en l’atmosfera seria en forma de traça, i ben associada a la indústria nuclear.

El tecneci no és un bioelement. La seva presència en els organismes és indicativa de contaminació nuclear. Els abocaments a la Mar d’Irlanda per la planta nuclear de Sellafield serien, per exemple, responsables de la presència de radioactivitat de l’ordre 1 Bq/kg en mariscs i peix en el litoral de Cúmbria.

Francis et al. (2001) investigaren la capacitat de bacteris del gènere Clostridium per reduir compostos de Tc(VII) a Tc(IV), base per a tècniques de bioremediació en cas de contaminació amb pertecnetats, ja que el tecneci (IV) podria eliminar-se mitjançant l’ús de quelants com el DTPA. No obstant, aquest estudi també indica que, com passa amb l’urani, la maquinària bioquímica dels microorganismes pot contribuir a la mobilització de compostos de tecneci.

La toxicitat del tecneci seria bàsicament de natura radiològica. El 99Tc és un emissor de beta-radiacions relativament poc actiu, però fa perillosa la inhalació de pols de tecneci o dels seus compostos.

Les aplicacions mèdiques del 99mTc

La principal aplicació del tecneci, en forma de l’isòmer 99mTc, és la medicina nuclear. La matèria primera de la generació d’aquest isòmer és el molibdè-99, produït en reactors a partir de la irradiació d’urani altament enriquit (en 235U). El 99Mo, en forma de MoO42- decau espontàniament a 99mTc (en forma de TcO4), amb una semivida de 67 hores. Com que el 99mTc té una semivida de 6 hores, la producció ha de ser continuada.

Generador de 99mTc de l’any 1958. Per la part de dalt hom carrega la solució de molibdat rica en 99Mo a una columna àcida d’alúmina àcida (Al2O3). El 99Mo decau espontàniament en 99mTc, transformat el molibdat en pertecnetat. El pertecnetat ric en 99mTc és separat cromatogràficament, arrossegat per elució amb una solució salina. Els generadors de 99mTc són denominats de vegades com a “vaques de tecneci”, i de fer-los anar se’n diu munyir-les

El fet que aquesta producció depengui d’urani enriquit, fa que es concentri en uns pocs centres. Gairebé dos terços de la producció de 99mTc provenen del National Research Universal Reactor (Chalk River Laboratories, Ontario) i del Reactor d’Alt Flux de Petten (Països Baixos). En els propers anys aquests reactors hauran de ser substituïts per uns altres.

Injecció d’un radiofàrmac de 99mTc. Observeu que la xeringa té un revestiment per minimitzar l’exposició a la radiació gamma de la solució injectable

El 99mTc és incorporat a un ample ventall de radiofàrmacs. Les emissions de raigs gamma de 140 keV serveixen per a tècniques de radiodiagnòstic (imatgeria i imatgeria funcional) de cervell, miocardi, tiroides, pulmons, fetge, ronyons, ossos, sistema circulatori, etc. Podem esmentar entre les aplicacions:
– l’escaneig d’os. S’utilitza 99mTc-àcid medrònic, que marca zones de l’os amb creixement actius. Pot detectar fractures, alteracions degudes a tumors primaris i metastàtics, etc.
– imatgeria de perfusió miocàrdica. S’utilitza 99mTc-tetrofosmina o 99mTc-sestambi, i permet seguir el flux sanguini que rep el miocardi en condicions de repòs i d’estrès.
– ventriculografia cardíaca.
– avaluació de dany cardíac, per 99mTC-pirofosfat. Aquesta substància s’associa als dipòsits de calci de cardiomiòcits danyats en cas d’infart agut.
– imatgeria cerebral funcional. S’utilitza 99mTc-exametazima, que marca zones del cervell amb alt flux sanguini.
– marcatge de glòbuls vermells. S’utilitza 99mTc combinat amb un compost d’estany. S’aplica, per exemple, en la detecció de zones d’hemorràgia gastrointestinal.
– imatgeria de melsa. S’utilitza un col•loide de sofre amb 99mTc. Retingut especialment per la melsa, permet obtindre una imatge d’aquest òrgan

Dues escintigrafies de coll d’un pacient amb la malaltia de Graves. En totes dues, és possible seguir l’activitat metabòlica a través de l’emissió de raigs gamma de 99mTc. En la imatge de dalt, la situació basal, les glàndules tiroides són clarament marcades, degut a l’atac autoimmune que subjau en aquesta malaltia. En la imatge de sota, es mostra el pacient després d’haver rebut una radioteràpia basada en 131I.

La breu semivida del 99mTc, si bé obliga a tota una complexitat en l’ús en radiodiagnòstic, també fa que el pacient només sigui exposat a radiació en un interval de temps relativament breu.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: