Technecium: pertama elemen buatan yang menyelamatkan jutaan kehidupan

Dalam tabel periodik Dmitri Ivanovich Mendeleev ada sel yang berangka 43. Selama bertahun-tahun, sel itu tetap kosong. Penduduknya tak 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. Hari ini kita mengetahui elemen ini sebagai technecium — pertama elemen yang dibuat secara buatan, dan sekaligus elemen yang setiap hari menyelamatkan ribuan kehidupan 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 puingan kreativitas manusia.

Elemen ke-43: prorokan Mendeleev

Pada tahun 1869, ketika Dmitri Ivanovich Mendeleev memperkenalkan tabel periodiknya kepada dunia, ada 63 elemen dan beberapa tempat kosong. Dia tak 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).

Pada dekade berikutnya, kimia mencari elemen yang hilang di kerikil manganes, mineral dan sampah produksi kimia. Ada pula pernyataan yang kencang tentang penemuan: elemen disebut «ilmium», «nipponium», «lurium». Namun, tak satupun dari mereka yang dapat dipastikan. Hari ini kita tahu kenapa: technecium radioaktif, dan isotop yang paling lama hidupnya dengan periode separuh paruh 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» (tehnitos), yang berarti «buat sendiri». Nama ini terlihat prorokan ganda: technecium menjadi elemen kimia pertama yang didapatkan secara buatan, bukan diekstraksi dari bahan alam.

Sejarah penemuan: piringan molibdenum dari Berkeley

Pada tahun 1937, fisikawan Italia Emilio Segrè bekerja di Amerika Serikat, di laboratorium Ernest Lawrence — penemu siklotron. Segrè menarik perhatian ke radioaktifitas yang aneh satu dari bagian yang diusir penubruk — fol yang berfungsi sebagai target untuk dideuteron.

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

Karakteristik fundamental: terlengkap tanpa isotop stabil

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

Walaupun demikian, technecium alami masih ada di Bumi. Dalam jumlah kecil, seperti 1 nanogram per ton batu buntar, ia terbentuk dalam proses peluncuran spontan uranium-235. Pada setiap saat di kerak Bumi ada sekitar 18.000 ton technecium — namun logam ini «ditempatkan» di dalam besi gunung yang besar.

Properti yang tak diharapkan: superkonduktivitas hingga kemampuan kimia yang beragam

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

Beragam kimia. Untuk technecium karakteristik tingkat oksidasi dari −1 sampai +7, dan bentuk yang paling stabil adalah technecium heptavalen (Tc⁷⁺). Meskipun demikian, kimia sering dibandingkan dengan rhenium. Kecenderungan ini membangkitkan masalah serius dalam pengolahan bahan bakar nuklir usang: reaksi oksidasi-reduksi yang tak terduga yang melibatkan technecium mempersulit proses pemisahan uranium dan plutonium.

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

Hari ini sebagian besar technecium diambil dari sampah industri nuklir — dari batang bahan bakar reaktor nuklir usang. Hasil dari isotop Tc-99 saat pemisahan uranium-235 sekitar 6%. Namun, yang menarik perhatian bukan Tc-99 yang lama hidup, tetapi isomer nuklirnya — Tc-99m (m berarti metastabil, keadaan nuklir yang diionisasi) dengan periode separuh paruh hanya 6 jam.

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

Periode separuh paruh yang singkat dari radioisotop memungkinkan mendapatkan gambar yang akurat dan menarik kembali zat dengan cepat, meminimalisir kerusakan radiasi. Setiap tahun di dunia dilakukan lebih dari 20 juta prosedur diagnosa 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 dengan mudah 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 mencari matras khusus untuk isolasi yang aman.

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

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

Di masa mendatang, mungkin muncul metode baru untuk mengekstraksi Tc-99m dari peningkatan reaktor dan penubruk, 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: