Téchnetium : le premier élément artificiel à avoir sauvé des millions de vies

Sur le tableau périodique de Dmitri Ivanovitch Mendeleïev, il y a une cellule au numéro 43. Pendant de longues années, elle restait vide. Son occupant ne se laissait pas prendre par les chimistes du XIXe siècle, se cachant des chasseurs d'éléments les plus persévérants. Mais il s'est avéré que ce n'était pas la difficulté de l'extraction, mais la nature même de cette substance : elle ne pouvait pas survivre sur Terre depuis sa formation. Aujourd'hui, nous connaissons cet élément sous le nom de téchnetium - le premier élément créé artificiellement, et en même temps l'élément qui sauve chaque jour des milliers de vies dans les hôpitaux du monde entier.

Le téchnetium est le seul élément plus léger que le plomb qui n'a pas d'isotopes stables. Sa place dans le tableau est un triomphe de la force prédictive de la science et à la fois un monument à l'inventivité humaine.

43ème élément : la prophétie de Mendeleïev

En 1869, lorsque Dmitri Ivanovitch Mendeleïev présenta au monde sa table périodique, elle comportait 63 éléments et plusieurs espaces vides. Il ne laissa pas simplement des blancs, mais prédit les propriétés des substances non découvertes. Pour l'élément au numéro 43, qui se trouvait sous le manganèse dans le groupe septième, le scientifique prédisait les propriétés, le nommant «éka-manganèse» (du sanskrit «éka» - un).

Dans les décennies suivantes, les chimistes cherchèrent l'élément manquant dans les minerais de manganèse, les minéraux et les résidus de productions chimiques complexes. Il y eut même des déclarations retentissantes sur la découverte : l'élément était nommé «ilménium», «nipponium», «lurium». Cependant, aucune d'elles ne s'est confirmée. Aujourd'hui, nous savons pourquoi : le téchnetium est radioactif, et ses isotopes les plus longs vivants ont disparu de la croûte terrestre depuis sa formation, avec un demi-vie d'environ 4 millions d'années.

Comment «téchnetium» ? L'origine artificielle du nom

Le nom de l'élément vient du mot grec «τέχνητος» (technetos), qui signifie «artificiel». Le nom s'est révélé prophétique à double titre : le téchnetium est devenu le premier élément chimique obtenu artificiellement, et non extrait de matières premières naturelles.

Histoire de la découverte : la plaque de molybdène de Berkeley

En 1937, le physicien italien Emilio Segrè travaillait aux États-Unis, dans le laboratoire d'Ernest Lawrence, inventeur du cyclotron. Segrè a attiré l'attention sur la radioactivité étrange d'une des pièces usées de l'accélérateur - la feuille de molybdène, qui servait de cible aux deutérons.

L'homme d' ciencia a supposé que dans le cadre des réactions nucléaires, un nouvel élément avec le numéro 43 s'est formé dans le molybdène (numéro atomique 42). Il a pris la feuille avec lui à Palerme, où, avec le minéralogiste Carlo Perrier, il a effectué une série d'opérations chimiques complexes. Ils sont parvenus à isoler un nouvel élément radioactif en petites quantités, mais pures.

Caractéristique fondamentale : le plus léger sans isotopes stables

Le téchnetium est le plus léger élément du tableau périodique sans avoir d'isotopes stables. Ses formes à longues durées : Tc-97 (période de demi-vie de 2,6 millions d'années), Tc-98 (4,2 millions d'années) et le plus accessible des isotopes - Tc-99 (période de demi-vie de 211 000 ans).

Cependant, il y a encore du téchnetium naturel sur Terre. En petites quantités, en trace (environ 1 nanogramme par tonne de minerai d'uranium), il est formé pendant le processus de désintégration spontanée de l'uranium-235. À tout moment, il y a environ 18 000 tonnes de téchnetium dans la croûte terrestre - mais ce métal «s'est dissous» dans des quantités énormes de roches.

Propriétés inattendues : de la supraconductivité à la toxicité chimique

Propriétés physiques. Le téchnetium est un métal argenté-gris de transition. Sa structure cristalline sous les conditions normales est hexagonale, il est malléable et ductile. Étonnamment, à basse température, le téchnetium devient un supraconducteur.

Polymétrie chimique. Pour le téchnetium, les degrés d'oxydation vont de -1 à +7, et la forme la plus stable est le téchnetium septivalent (Tc⁷⁺). Cependant, les chimistes le comparent souvent au rhénium. Cette polymétrie crée de sérieuses difficultés lors du traitement des déchets nucléaires usés : les réactions redox imprévisibles impliquant le téchnetium compliquent les processus de séparation de l'uranium et du plutonium.

Application principale aujourd'hui : médecine nucléaire et téchnetium-99m

Aujourd'hui, la plupart du téchnetium est extrait des déchets de l'industrie nucléaire - des barres de combustible usées des réacteurs nucléaires. Le taux de production de l'isotope Tc-99 lors de la fission de l'uranium-235 est d'environ 6 %. Cependant, l'attention n'est pas portée au Tc-99 à long terme, mais à son isomère nucléaire court terme - Tc-99m (m signifie métastable, état nucléaire excité) avec une période de demi-vie de seulement 6 heures.

Cet isotope est l'un des piliers de la médecine nucléaire moderne. Sur la base de celui-ci, les radiopharmaceutiques sont produits pour la diagnostic des tumeurs malignes, l'évaluation du flux sanguin dans le cœur et les recherches des fonctions de nombreux organes internes. Le mécanisme est le suivant : le Tc-99m émet des rayons gamma qui peuvent être facilement détectés par des caméras spéciales. L'isotope est introduit dans l'organisme (souvent dans une forme liée aux molécules, spécifiques aux tissus), ce qui permet aux médecins de «voir» une tumeur, un foyer d'inflammation ou un site d'ischémie du muscle cardiaque.

Le court période de demi-vie du radioisotope permet de obtenir une image précise et de libérer rapidement la substance de l'organisme, en causant un minimum de dommage rayonnant. Chaque année, dans le monde, plus de 20 millions de procédures diagnostiques utilisant du téchnetium-99m sont effectuées. En Russie, la production de générateurs de téchnetium-99m est assurée par les entreprises du division scientifique de Rosatom.

Risque et écologie : déchet à demi-vie longue

Le téchnetium-99 à demi-vie longue (T_1/2 = 211 000 ans) représente une grave problème écologique. Son contenu dans le combustible usé nucléaire atteint des centaines de grammes par tonne. Cet isotope est mobile dans l'environnement et peut s'accumuler dans des objets biologiques. Par conséquent, l'enterrrement du Tc-99 est l'une des tâches lors de la création de dépôts de déchets radioactifs. Son demi-vie et sa mobilité chimique obligent à chercher des matrices spéciales pour une isolation fiable.

Futur de l'élément : catalyseurs, supraconducteurs et nouveaux radiopharmaceutiques

Aujourd'hui, le téchnetium reste un élément niche mais extrêmement important dans la médecine diagnostique. Cependant, son potentiel est plus large. Le téchnetium est un matériau prometteur pour la fabrication de catalyseurs (par exemple, pour la déhydrogénation des composés organiques) et des composants des alliages supraconducteurs à haute température. De plus, les chimistes développent des méthodes pour capturer le téchnetium des déchets radioactifs liquides à l'aide de sorbants et des nouveaux composés pour la médecine nucléaire ciblée, y compris la theranostic (diagnostic et thérapie par une seule molécule).

À l'avenir, il est possible de développer de nouveaux méthodes pour extraire le Tc-99m des résidus des réacteurs et des accélérateurs, ce qui rendra la diagnostic encore plus accessible. De plus, l'utilisation de l'isotope Tc-99 dans les batteries nucléaires pour les dispositifs fonctionnant pendant des décennies sans recharge est prometteuse.

Résultat: 43ème élément du système périodique - c'est un pont entre la génialité prédictive du XIXe siècle et les hautes technologies du XXIe siècle. Le téchnetium, le premier élément artificiel sans isotopes stables, est le seul métal utilisé dans des millions de diagnostics médicaux chaque année sous forme d'isomère Tc-99m.
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