Tecnecio

El tecnecio es un elemento químico de símbolo Tc y número atómico 43. Es el elemento más ligero cuyos isótopos son todos radiactivos. Casi todo el tecnecio disponible se produce como elemento sintético. El tecnecio natural es un producto de fisión espontánea en el mineral de uranio y el mineral de torio, la fuente más común, o el producto de la captura de neutrones en los minerales de molibdeno. Este metal de transición cristalino gris plateado se encuentra entre el manganeso y el renio en el grupo 7 de la tabla periódica, y sus propiedades químicas son intermedias entre las de ambos elementos adyacentes. El isótopo natural más común es Tc, solo en trazas.

Muchas de las propiedades del tecnecio habían sido predichas por Dmitri Mendeleev antes de que fuera descubierto. Mendeleev notó una brecha en su tabla periódica y le dio al elemento no descubierto el nombre provisional ekamanganeso (Em). En 1937, el tecnecio (concretamente el isótopo tecnecio-97) se convirtió en el primer elemento predominantemente artificial en ser producido, de ahí su nombre (del griego τεχνητός, technetos, de techne, como en "artesanía", "arte" y que tiene el significado de "artificial", + -io).

Un isómero nuclear emisor de rayos gamma de vida corta, el tecnecio-99m, se utiliza en medicina nuclear para una amplia variedad de pruebas, como el diagnóstico de cáncer de huesos. El estado fundamental del nucleido tecnecio-99 se utiliza como fuente de partículas beta libre de rayos gamma. Los isótopos de tecnecio de vida larga producidos comercialmente son subproductos de la fisión de uranio-235 en reactores nucleares y se extraen de barras de combustible nuclear. Debido a que incluso el isótopo de tecnecio más longevo tiene una vida media relativamente corta (4,21 millones de años), la detección de tecnecio en gigantes rojas en 1952 ayudó a demostrar que las estrellas pueden producir elementos más pesados.

Historia

Buscar elemento 43

Desde la década de 1860 hasta 1871, las primeras formas de la tabla periódica propuesta por Dmitri Mendeleev contenían una brecha entre el molibdeno (elemento 42) y el rutenio (elemento 44). En 1871, Mendeleev predijo que este elemento faltante ocuparía el lugar vacío debajo del manganeso y tendría propiedades químicas similares. Mendeleev le dio el nombre provisional ekamanganeso (de eka -, la palabra sánscrita para uno) porque el elemento predicho estaba un lugar por debajo del elemento manganeso conocido.

Identificaciones erróneas tempranas

Muchos de los primeros investigadores, tanto antes como después de la publicación de la tabla periódica, estaban ansiosos por ser los primeros en descubrir y nombrar el elemento que faltaba. Su ubicación en la tabla sugirió que debería ser más fácil de encontrar que otros elementos no descubiertos.

Año	Demandante	Nombre sugerido	material real
1828	Gottfried Osann	polinio	iridio
1846	R. Hermann	ilmenio	Aleación de niobio-tantalio
1847	rosa heinrich	Pelopio	Aleación de niobio-tantalio
1877	Serge Kern	Davyum	Aleación de iridio-rodio-hierro
1896	Barrera de prosperidad	Lucio	Itrio
1908	Masataka Ogawa	Japón	Renio, que era el dvi-manganeso desconocido

Resultados irreproducibles

Los químicos alemanes Walter Noddack, Otto Berg e Ida Tacke informaron del descubrimiento del elemento 75 y el elemento 43 en 1925, y nombraron al elemento 43 masurium (en honor a Masuria en el este de Prusia, ahora en Polonia, la región donde se originó la familia de Walter Noddack). El grupo bombardeó columbita con un haz de electrones y dedujo que el elemento 43 estaba presente al examinar los espectrogramas de emisión de rayos X. La longitud de onda de los rayos X producidos está relacionada con el número atómico mediante una fórmula derivada por Henry Moseley en 1913. El equipo afirmó haber detectado una débil señal de rayos X en una longitud de onda producida por el elemento 43. Los experimentadores posteriores no pudieron replicar el descubrimiento., y fue descartado como un error durante muchos años. Aún así, en 1933, una serie de artículos sobre el descubrimiento de elementos citaron el nombremasurium para el elemento 43. Todavía se debate si el equipo de 1925 realmente descubrió el elemento 43.

Descubrimiento oficial e historia posterior

El descubrimiento del elemento 43 fue finalmente confirmado en un experimento de 1937 en la Universidad de Palermo en Sicilia por Carlo Perrier y Emilio Segrè. A mediados de 1936, Segrè visitó Estados Unidos, primero la Universidad de Columbia en Nueva York y luego el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California. Persuadió al inventor del ciclotrón, Ernest Lawrence, para que le permitiera recuperar algunas piezas desechadas del ciclotrón que se habían vuelto radiactivas. Lawrence le envió por correo una lámina de molibdeno que había sido parte del deflector del ciclotrón.

Segrè reclutó a su colega Perrier para intentar demostrar, a través de la química comparativa, que la actividad del molibdeno procedía efectivamente de un elemento con el número atómico 43. En 1937 lograron aislar los isótopos tecnecio-95m y tecnecio-97. Los funcionarios de la Universidad de Palermo querían que nombraran su descubrimiento " panormium ", por el nombre en latín de Palermo, Panormus. En 1947, el elemento 43 recibió su nombre de la palabra griega τεχνητός, que significa "artificial", ya que fue el primer elemento producido artificialmente. Segrè regresó a Berkeley y conoció a Glenn T. Seaborg. Aislaron el isótopo metaestable tecnecio-99m, que ahora se usa anualmente en unos diez millones de procedimientos de diagnóstico médico.

En 1952, el astrónomo Paul W. Merrill en California detectó la firma espectral del tecnecio (específicamente longitudes de onda de 403,1 nm, 423,8 nm, 426,2 nm y 429,7 nm) en la luz de las gigantes rojas de tipo S. Las estrellas estaban cerca del final de sus vidas, pero eran ricas en el elemento de vida corta, lo que indicaba que estaba siendo producido en las estrellas por reacciones nucleares. Esa evidencia reforzó la hipótesis de que los elementos más pesados ​​son producto de la nucleosíntesis en las estrellas. Más recientemente, tales observaciones proporcionaron evidencia de que los elementos se forman por captura de neutrones en el proceso s.

Desde ese descubrimiento, ha habido muchas búsquedas en materiales terrestres de fuentes naturales de tecnecio. En 1962, se aisló e identificó tecnecio-99 en pechblenda del Congo Belga en cantidades extremadamente pequeñas (alrededor de 0,2 ng/kg), donde se origina como un producto de fisión espontánea del uranio-238. El reactor de fisión nuclear natural de Oklo contiene evidencia de que se produjeron cantidades significativas de tecnecio-99 y desde entonces se han descompuesto en rutenio-99.

Características

Propiedades físicas

El tecnecio es un metal radiactivo de color gris plateado con una apariencia similar al platino, comúnmente obtenido como un polvo gris. La estructura cristalina del metal puro a granel está compactada hexagonalmente. La estructura cristalina del metal puro nanodisperso es cúbica. El tecnecio nanodisperso no tiene un espectro de RMN dividido, mientras que el tecnecio a granel hexagonal tiene el espectro de Tc-99-RMN dividido en 9 satélites. El tecnecio atómico tiene líneas de emisión características en longitudes de onda de 363,3 nm, 403,1 nm, 426,2 nm, 429,7 nm y 485,3 nm.

La forma de metal es ligeramente paramagnética, lo que significa que sus dipolos magnéticos se alinean con campos magnéticos externos, pero asumirán orientaciones aleatorias una vez que se elimine el campo. El tecnecio puro, metálico y monocristalino se convierte en un superconductor de tipo II a temperaturas inferiores a 7,46 K. Por debajo de esta temperatura, el tecnecio tiene una profundidad de penetración magnética muy alta, mayor que la de cualquier otro elemento excepto el niobio.

Propiedades químicas

El tecnecio se encuentra en el séptimo grupo de la tabla periódica, entre el renio y el manganeso. Como predice la ley periódica, sus propiedades químicas se encuentran entre esos dos elementos. De los dos, el tecnecio se parece más al renio, particularmente en su inercia química y su tendencia a formar enlaces covalentes. Esto es consistente con la tendencia de los elementos del período 5 a parecerse a sus contrapartes en el período 6 más que en el período 4 debido a la contracción de los lantánidos. A diferencia del manganeso, el tecnecio no forma fácilmente cationes (iones con una carga neta positiva). El tecnecio exhibe nueve estados de oxidación de -1 a +7, siendo +4, +5 y +7 los más comunes. El tecnecio se disuelve en agua regia, ácido nítrico y ácido sulfúrico concentrado, pero no es soluble en ácido clorhídrico de ninguna concentración.

El tecnecio metálico se deslustra lentamente en el aire húmedo y, en forma de polvo, se quema en oxígeno.

El tecnecio puede catalizar la destrucción de la hidracina por el ácido nítrico, y esta propiedad se debe a su multiplicidad de valencias. Esto causó un problema en la separación del plutonio del uranio en el procesamiento de combustible nuclear, donde la hidracina se usa como reductor protector para mantener el plutonio en el estado trivalente en lugar del tetravalente más estable. El problema se vio agravado por la extracción con disolventes mutuamente mejorada de tecnecio y circonio en la etapa anterior, y requirió una modificación del proceso.

Compuestos

Pertecnetato y derivados

La forma más prevalente de tecnecio que es fácilmente accesible es el pertecnetato de sodio, Na[TcO ₄ ]. La mayor parte de este material se produce por desintegración radiactiva de [ MoO ₄ ]:[ MoO ₄ ] → [ TcO ₄ ] + y

Pertecnetato (tetroxidotecnetato) TcO₄se comporta de manera análoga al perclorato, ambos tetraédricos. A diferencia del permanganato (MnO₄), es sólo un agente oxidante débil.

Relacionado con el pertecnetato está el heptóxido de tecnecio. Este sólido volátil de color amarillo pálido se produce por oxidación del metal Tc y precursores relacionados:4 Tc + 7 O ₂ → 2 Tc ₂ O ₇

Es un óxido metálico molecular, análogo al heptóxido de manganeso. Adopta una estructura centrosimétrica con dos tipos de enlaces Tc−O con longitudes de enlace de 167 y 184 pm.

El heptóxido de tecnecio se hidroliza a pertecnetato y ácido pertecnético, dependiendo del pH:Tc ₂ O ₇ + 2 OH → 2 TcO ₄ + H ₂ OTc ₂ O ₇ + H ₂ O → 2 HTcO ₄

HTcO ₄ es un ácido fuerte. En ácido sulfúrico concentrado, [TcO ₄ ] se convierte en la forma octaédrica TcO ₃ (OH)(H ₂ O) ₂, la base conjugada del hipotético complejo triaquo [TcO ₃ (H ₂ O) ₃ ].

Otros derivados de calcogenuro

El tecnecio forma dióxido, disulfuro, diseleniuro y ditelururo. _{Se forma un Tc 2} S ₇ mal definido al tratar el pertecnato con sulfuro de hidrógeno. Se descompone térmicamente en disulfuro y azufre elemental. De manera similar, el dióxido se puede producir por reducción del Tc ₂ O ₇.

A diferencia del caso del renio, no se ha aislado un trióxido para el tecnecio. Sin embargo, se ha identificado TcO ₃ en fase gaseosa mediante espectrometría de masas.

Complejos simples de hidruros y haluros

El tecnecio forma el complejo simple TcH₉. La sal de potasio es isoestructural con ReH₉.

Se conocen los siguientes haluros de tecnecio binarios (que contienen solo dos elementos): TcF ₆, TcF ₅, TcCl ₄, TcBr ₄, TcBr ₃, α-TcCl ₃, β-TcCl ₃, TcI ₃, α-TcCl ₂ y β- TcCl ₂. Los estados de oxidación van desde Tc(VI) a Tc(II). Los haluros de tecnecio exhiben diferentes tipos de estructuras, como complejos moleculares octaédricos, cadenas extendidas, láminas en capas y grupos de metales dispuestos en una red tridimensional. Estos compuestos se producen combinando el metal y el halógeno o mediante reacciones menos directas.

El TcCl ₄ se obtiene por cloración del metal Tc o Tc ₂ O ₇ Al calentar, el TcCl ₄ da los cloruros de Tc(III) y Tc(II) correspondientes.TcCl ₄ → α-TcCl ₃ + 1/2 Cl ₂TcCl ₃ → β-TcCl ₂ + 1/2 Cl ₂

La estructura de TcCl ₄ se compone de infinitas cadenas en zigzag de octaedros de TcCl ₆ que comparten bordes. Es isomorfo a los tetracloruros de metales de transición de circonio, hafnio y platino.

Existen dos polimorfos de tricloruro de tecnecio, α- y β-TcCl ₃. El polimorfo α también se indica como Tc ₃ ​​Cl ₉. Adopta una estructura bioctaédrica confacial. Se prepara tratando el cloroacetato Tc ₂ (O ₂ CCH ₃) ₄ Cl ₂ con HCl. Al igual que Re ₃ Cl ₉, la estructura del polimorfo α consta de triángulos con distancias MM cortas. β-TcCl ₃ presenta centros Tc octaédricos, que están organizados en pares, como se ve también para el tricloruro de molibdeno. TcBr ₃no adopta la estructura de ninguna de las fases de tricloruro. En cambio, tiene la estructura de tribromuro de molibdeno, que consta de cadenas de octaedros confaciales con contactos Tc-Tc cortos y largos alternados. TcI ₃ tiene la misma estructura que la fase de alta temperatura de TiI ₃, presentando cadenas de octaedros confaciales con contactos iguales Tc—Tc.

Se conocen varios haluros de tecnecio aniónicos. Los tetrahaluros binarios se pueden convertir en hexahaluros [TcX ₆ ] (X = F, Cl, Br, I), que adoptan una geometría molecular octaédrica. Los haluros más reducidos forman grupos aniónicos con enlaces Tc-Tc. La situación es similar para los elementos relacionados de Mo, W, Re. Estos grupos tienen la nuclearidad Tc ₄, Tc ₆, Tc ₈ y Tc ₁₃. Los más estables Tc ₆ y Tc ₈Los cúmulos tienen forma de prisma donde los pares verticales de átomos de Tc están conectados por enlaces triples y los átomos planos por enlaces simples. Cada átomo de tecnecio forma seis enlaces, y los electrones de valencia restantes pueden saturarse con un átomo de halógeno axial y dos ligandos puente, como el cloro o el bromo.

Coordinación y complejos organometálicos

El tecnecio forma una variedad de complejos de coordinación con ligandos orgánicos. Muchos han sido bien investigados debido a su relevancia para la medicina nuclear.

El tecnecio forma una variedad de compuestos con enlaces Tc-C, es decir, complejos de organotecnecio. Los miembros destacados de esta clase son los complejos con ligandos de CO, areno y ciclopentadienilo. El carbonilo binario Tc ₂ (CO) ₁₀ es un sólido volátil blanco. En esta molécula, dos átomos de tecnecio están unidos entre sí; cada átomo está rodeado por octaedros de cinco ligandos carbonilo. La longitud del enlace entre los átomos de tecnecio, 303 pm, es significativamente mayor que la distancia entre dos átomos de tecnecio metálico (272 pm). Carbonilos similares están formados por congéneres de tecnecio, manganeso y renio. El interés en los compuestos de organotecnecio también ha sido motivado por aplicaciones en medicina nuclear.Inusual para otros carbonilos metálicos, Tc forma complejos de aquo-carbonilo, siendo prominente [Tc(CO) ₃ (H ₂ O) ₃ ].

Isótopos

El tecnecio, con número atómico Z = 43, es el elemento con el número más bajo en la tabla periódica para el cual todos los isótopos son radiactivos. El segundo elemento exclusivamente radiactivo más ligero, el prometio, tiene el número atómico 61. Los núcleos atómicos con un número impar de protones son menos estables que aquellos con números pares, incluso cuando el número total de nucleones (protones + neutrones) es par e impar. Los elementos tienen menos isótopos estables.

Los isótopos radiactivos más estables son el tecnecio-97 con una vida media de 4,21 millones de años, el tecnecio-98 con 4,2 millones de años y el tecnecio-99 con 211.100 años. Se han caracterizado otros treinta radioisótopos con números de masa que oscilan entre 85 y 118. La mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a una hora, con las excepciones del tecnecio-93 (2,73 horas), el tecnecio-94 (4,88 horas), el tecnecio- 95 (20 horas) y tecnecio-96 (4,3 días).

El principal modo de decaimiento de los isótopos más ligeros que el tecnecio-98 (Tc) es la captura de electrones, produciendo molibdeno (Z = 42). Para el tecnecio-98 y los isótopos más pesados, el modo principal es la emisión beta (la emisión de un electrón o positrón), produciendo rutenio (Z = 44), con la excepción de que el tecnecio-100 puede decaer tanto por emisión beta como por captura de electrones.

El tecnecio también tiene numerosos isómeros nucleares, que son isótopos con uno o más nucleones excitados. El tecnecio-97m (Tc; "m" significa metaestabilidad) es el más estable, con una vida media de 91 días y una energía de excitación de 0,0965 MeV. Le siguen el tecnecio-95m (61 días, 0,03 MeV) y el tecnecio-99m (6,01 horas, 0,142 MeV). El tecnecio-99m emite solo rayos gamma y se desintegra en tecnecio-99.

El tecnecio-99 (Tc) es un producto importante de la fisión del uranio-235 (U), lo que lo convierte en el isótopo de tecnecio más común y más disponible. Un gramo de tecnecio-99 produce 6,2×10 desintegraciones por segundo (es decir, la actividad específica de Tc es de 0,62 GBq/g).

Ocurrencia y producción

El tecnecio se encuentra naturalmente en la corteza terrestre en concentraciones diminutas de alrededor de 0,003 partes por billón. El tecnecio es tan raro porque las vidas medias de Tc y Tc son solo 4,2 millones de años. Han pasado más de mil de estos períodos desde la formación de la Tierra, por lo que la probabilidad de supervivencia de incluso un átomo de tecnecio primordial es efectivamente cero. Sin embargo, existen pequeñas cantidades como productos de fisión espontánea en los minerales de uranio. Un kilogramo de uranio contiene aproximadamente 1 nanogramo (10 g) equivalente a diez billones de átomos de tecnecio. Algunas estrellas gigantes rojas con los tipos espectrales S-, M- y N contienen una línea de absorción espectral que indica la presencia de tecnecio. Estas gigantes rojas se conocen informalmente como estrellas de tecnecio.

Producto de desecho de fisión

En contraste con la rara ocurrencia natural, cada año se producen grandes cantidades de tecnecio-99 a partir de barras de combustible nuclear gastado, que contienen varios productos de fisión. La fisión de un gramo de uranio-235 en reactores nucleares produce 27 mg de tecnecio-99, dando al tecnecio un rendimiento de producto de fisión del 6,1%. Otros isótopos fisionables producen rendimientos similares de tecnecio, como el 4,9% del uranio-233 y el 6,21% del plutonio-239. Se estima que 49.000 TBq (78 toneladas métricas) de tecnecio se produjeron en reactores nucleares entre 1983 y 1994, con mucho, la fuente dominante de tecnecio terrestre. Solo una fracción de la producción se utiliza comercialmente.

El tecnecio-99 se produce por la fisión nuclear tanto del uranio-235 como del plutonio-239. Por lo tanto, está presente en los desechos radiactivos y en la lluvia radiactiva de las explosiones de bombas de fisión. Su desintegración, medida en becquereles por cantidad de combustible gastado, es el principal contribuyente a la radiactividad de los desechos nucleares después de unos 10 a 10 años después de la creación de los desechos nucleares. Desde 1945 hasta 1994, se liberaron al medio ambiente aproximadamente 160 TBq (alrededor de 250 kg) de tecnecio-99 durante las pruebas nucleares atmosféricas.La cantidad de tecnecio-99 de los reactores nucleares liberados al medio ambiente hasta 1986 es del orden de 1000 TBq (alrededor de 1600 kg), principalmente por el reprocesamiento de combustible nuclear; la mayor parte se descargó en el mar. Los métodos de reprocesamiento han reducido las emisiones desde entonces, pero a partir de 2005, la principal liberación de tecnecio-99 al medio ambiente la realiza la planta de Sellafield, que emitió aproximadamente 550 TBq (alrededor de 900 kg) entre 1995 y 1999 en el Mar de Irlanda. A partir de 2000, la cantidad se ha limitado por reglamento a 90 TBq (alrededor de 140 kg) por año. La descarga de tecnecio en el mar resultó en la contaminación de algunos mariscos con cantidades minúsculas de este elemento. Por ejemplo, la langosta europea y el pescado del oeste de Cumbria contienen alrededor de 1 Bq/kg de tecnecio.

Producto de fisión para uso comercial.

El isótopo metaestable tecnecio-99m se produce continuamente como producto de fisión a partir de la fisión de uranio o plutonio en reactores nucleares:

Debido a que el combustible usado se deja reposar durante varios años antes del reprocesamiento, todo el molibdeno-99 y el tecnecio-99m se desintegran cuando los productos de fisión se separan de los principales actínidos en el reprocesamiento nuclear convencional. El líquido que queda después de la extracción de plutonio-uranio (PUREX) contiene una alta concentración de tecnecio como TcO₄pero casi todo esto es tecnecio-99, no tecnecio-99m.

La gran mayoría del tecnecio-99m utilizado en el trabajo médico se produce mediante la irradiación de objetivos específicos de uranio altamente enriquecido en un reactor, la extracción de molibdeno-99 de los objetivos en las instalaciones de reprocesamiento y la recuperación en el centro de diagnóstico del tecnecio-99m producido tras la descomposición de molibdeno-99. Molibdeno-99 en forma de molibdato MoO₄se adsorbe en alúmina ácida (Al₂O₃) en un cromatógrafo de columna blindada dentro de un generador de tecnecio-99m ("vaca de tecnecio", también llamada ocasionalmente "vaca de molibdeno"). El molibdeno-99 tiene una vida media de 67 horas, por lo que el tecnecio-99m de vida corta (vida media: 6 horas), que resulta de su descomposición, se produce constantemente. El pertecnetato soluble TcO₄luego se puede extraer químicamente por elución usando una solución salina. Un inconveniente de este proceso es que requiere objetivos que contengan uranio-235, que están sujetos a las precauciones de seguridad de los materiales fisionables.

Casi dos tercios del suministro mundial proviene de dos reactores; el Reactor Universal de Investigación Nacional en Chalk River Laboratories en Ontario, Canadá, y el Reactor de Alto Flujo en el Grupo de Investigación y Consultoría Nuclear en Petten, Países Bajos. Todos los principales reactores que producen tecnecio-99m se construyeron en la década de 1960 y están próximos al final de su vida útil. Los dos nuevos reactores Canadian Multipurpose Applied Physics Lattice Experiment planificados y construidos para producir el 200 % de la demanda de tecnecio-99m liberaron a todos los demás productores de la construcción de sus propios reactores. Con la cancelación de los reactores ya probados en 2008, el suministro futuro de tecnecio-99m se volvió problemático.

Deposito de basura

La larga vida media del tecnecio-99 y su potencial para formar especies aniónicas crea una gran preocupación para la eliminación a largo plazo de los desechos radiactivos. Muchos de los procesos diseñados para eliminar los productos de fisión en las plantas de reprocesamiento apuntan a especies catiónicas como el cesio (p. ej., cesio-137) y el estroncio (p. ej., estroncio-90). Por lo tanto, el pertecnetato se escapa a través de esos procesos. Las opciones de eliminación actuales favorecen el entierro en roca continental geológicamente estable. El principal peligro de esta práctica es la probabilidad de que los desechos entren en contacto con el agua, lo que podría filtrar contaminación radiactiva al medio ambiente. El pertecnetato aniónico y el yoduro tienden a no adsorberse en las superficies de los minerales y es probable que se eliminen por lavado. En comparación, el plutonio, el uranio y el cesio tienden a unirse a las partículas del suelo.y la química ambiental del tecnecio es un área de investigación activa.

En el CERN se ha demostrado un método de eliminación alternativo, la transmutación, para el tecnecio-99. En este proceso, el tecnecio (tecnecio-99 como un objetivo de metal) se bombardea con neutrones para formar el tecnecio-100 de vida corta (vida media = 16 segundos) que se desintegra por desintegración beta a rutenio-100 estable. Si la recuperación de rutenio utilizable es un objetivo, se necesita un objetivo de tecnecio extremadamente puro; si hay pequeñas trazas de actínidos menores como el americio y el curio en el objetivo, es probable que sufran fisión y formen más productos de fisión que aumenten la radiactividad del objetivo irradiado. Es probable que la formación de rutenio-106 (vida media 374 días) a partir de la 'fisión fresca' aumente la actividad del rutenio metálico final,

La separación real del tecnecio-99 del combustible nuclear gastado es un proceso largo. Durante el reprocesamiento del combustible, sale como un componente del líquido de desecho altamente radiactivo. Después de reposar durante varios años, la radiactividad se reduce a un nivel en el que la extracción de los isótopos de larga vida, incluido el tecnecio-99, se vuelve factible. Una serie de procesos químicos produce tecnecio-99 metálico de alta pureza.

Activación de neutrones

El molibdeno-99, que se descompone para formar tecnecio-99m, puede formarse mediante la activación neutrónica del molibdeno-98. Cuando es necesario, otros isótopos de tecnecio no se producen en cantidades significativas por fisión, sino que se fabrican mediante la irradiación de neutrones de los isótopos originales (por ejemplo, el tecnecio-97 se puede producir mediante la irradiación de neutrones del rutenio-96).

Aceleradores de partículas

La viabilidad de la producción de tecnecio-99m con el bombardeo de protones de 22 MeV de un objetivo de molibdeno-100 en ciclotrones médicos después de la reacción Mo(p,2n) Tc se demostró en 1971. La escasez reciente de tecnecio-99m médico reavivó el interés en su producción por bombardeo de protones de objetivos de molibdeno-100 enriquecidos isotópicamente (> 99,5%). Se están investigando otras técnicas para obtener molibdeno-99 a partir de molibdeno-100 mediante reacciones (n,2n) o (γ,n) en aceleradores de partículas.

Aplicaciones

Medicina nuclear y biología.

El tecnecio-99m ("m" indica que se trata de un isómero nuclear metaestable) se utiliza en pruebas médicas de isótopos radiactivos. Por ejemplo, el tecnecio-99m es un marcador radiactivo que los equipos de imágenes médicas rastrean en el cuerpo humano. Se adapta bien a la función porque emite rayos gamma de 140 keV fácilmente detectables y su vida media es de 6,01 horas (lo que significa que alrededor del 94 % se descompone en tecnecio-99 en 24 horas).La química del tecnecio permite que se una a una variedad de compuestos bioquímicos, cada uno de los cuales determina cómo se metaboliza y se deposita en el cuerpo, y este isótopo único se puede usar para una multitud de pruebas de diagnóstico. Más de 50 radiofármacos comunes se basan en tecnecio-99m para estudios funcionales y de imagen del cerebro, el músculo cardíaco, la tiroides, los pulmones, el hígado, la vesícula biliar, los riñones, el esqueleto, la sangre y los tumores.

El isótopo de vida más larga, el tecnecio-95m con una vida media de 61 días, se utiliza como marcador radiactivo para estudiar el movimiento del tecnecio en el medio ambiente y en los sistemas de plantas y animales.

Industriales y quimicos

El tecnecio-99 se desintegra casi en su totalidad por desintegración beta, emitiendo partículas beta con bajas energías consistentes y sin rayos gamma acompañantes. Además, su larga vida media hace que esta emisión disminuya muy lentamente con el tiempo. También se puede extraer a una alta pureza química e isotópica de los desechos radiactivos. Por estas razones, es un emisor beta estándar del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y se utiliza para la calibración de equipos. El tecnecio-99 también se ha propuesto para dispositivos optoelectrónicos y baterías nucleares a nanoescala.

Al igual que el renio y el paladio, el tecnecio puede servir como catalizador. En procesos como la deshidrogenación del alcohol isopropílico, es un catalizador mucho más eficaz que el renio o el paladio. Sin embargo, su radiactividad es un problema importante en aplicaciones catalíticas seguras.

Cuando el acero se sumerge en agua, agregar una pequeña concentración (55 ppm) de pertecnetato de potasio (VII) al agua protege el acero de la corrosión, incluso si la temperatura se eleva a 250 °C (523 K). Por esta razón, el pertecnetato se ha utilizado como inhibidor de la corrosión anódica del acero, aunque la radiactividad del tecnecio plantea problemas que limitan esta aplicación a sistemas autónomos. Mientras que (por ejemplo) CrO₄también puede inhibir la corrosión, requiere una concentración diez veces mayor. En un experimento, una muestra de acero al carbono se mantuvo en una solución acuosa de pertecnetato durante 20 años y aún no se corroía. El mecanismo por el cual el pertecnetato evita la corrosión no se comprende bien, pero parece involucrar la formación reversible de una capa superficial delgada (pasivación). Una teoría sostiene que el pertecnetato reacciona con la superficie del acero para formar una capa de dióxido de tecnecio que evita una mayor corrosión; el mismo efecto explica cómo se puede usar el polvo de hierro para eliminar el pertecnetato del agua. El efecto desaparece rápidamente si la concentración de pertecnetato cae por debajo de la concentración mínima o si se añade una concentración demasiado alta de otros iones.

Como se señaló, la naturaleza radiactiva del tecnecio (3 MBq/L en las concentraciones requeridas) hace que esta protección contra la corrosión sea poco práctica en casi todas las situaciones. Sin embargo, se propuso (pero nunca se adoptó) la protección contra la corrosión por iones de pertecnetato para su uso en reactores de agua en ebullición.

Precauciones

El tecnecio no juega ningún papel biológico natural y normalmente no se encuentra en el cuerpo humano. El tecnecio se produce en cantidad por fisión nuclear y se propaga más fácilmente que muchos radionúclidos. Parece tener baja toxicidad química. Por ejemplo, no se pudo detectar ningún cambio significativo en la fórmula sanguínea, el peso corporal y de los órganos y el consumo de alimentos en ratas que ingirieron hasta 15 µg de tecnecio-99 por gramo de alimento durante varias semanas. En el cuerpo, el tecnecio se convierte rápidamente en TcO estable₄ion, que es altamente soluble en agua y se excreta rápidamente. La toxicidad radiológica del tecnecio (por unidad de masa) es una función del compuesto, el tipo de radiación del isótopo en cuestión y la vida media del isótopo.

Todos los isótopos de tecnecio deben manipularse con cuidado. El isótopo más común, el tecnecio-99, es un emisor beta débil; dicha radiación es detenida por las paredes del material de vidrio del laboratorio. El peligro principal cuando se trabaja con tecnecio es la inhalación de polvo; dicha contaminación radiactiva en los pulmones puede representar un riesgo significativo de cáncer. Para la mayoría de los trabajos, es suficiente un manejo cuidadoso en una campana extractora y no se necesita una guantera.