تکنسیم چیست و چرا اولین عنصر ساختهشده توسط بشر لقب گرفت؟
در جدول تناوبی، عنصر ۴۳ یعنی تکنسیم (Tc) با یک ویژگی خاص شناخته میشود: اولین عنصری است که توسط انسان ساخته شد. برخلاف بیشتر عناصر که از دل طبیعت استخراج میشوند، تکنسیم نتیجهی مستقیم مهندسی هستهای است و در زمان کشفش، هیچ ردپایی از آن در طبیعت وجود نداشت.
برای مدتها، جای عنصر ۴۳ در جدول خالی بود. عنصرهای قبل و بعد از آن شناخته شده بودند، اما خود تکنسیم تنها در حد یک پیشبینی باقی مانده بود — تا زمانی که دانشمندان توانستند آن را در یک راکتور بسازند. به همین دلیل، تکنسیم نخستین عنصر ساخت بشر لقب گرفت؛ عنصری که نه کشف، بلکه تولید شد.
در این مقاله از سایت تدریس شیمی متین هوشیار بررسی میکنیم که تکنسیم دقیقاً چیست. با هم درباره اینکه چگونه ساخته شد، چرا در طبیعت پیدا نمیشود و چه کاربردهایی در پزشکی، صنعت و انرژی دارد هم آشنا میشویم. هدف این است که بدون پیچیدگیهای بیمورد، اما دقیق و مستند، با یکی از مهمترین مفاهیم فصل اول شیمی دهم آشنا شویم.
تکنسیم؛ عنصری که در طبیعت نبود
همهی عنصرهای جدول تناوبی یا از دل زمین بیرون آمدهاند یا در ستارهها ساخته شدهاند. اما تکنسیم یک استثناء است. وقتی دانشمندان جدول تناوبی را تکمیل میکردند، فهمیدند جای عنصر ۴۳ خالی است. عنصرهای قبل و بعد از آن، یعنی مولیبدن (۴۲) و رودیوم (۴۴) وجود داشتند، اما عنصر ۴۳ هرگز در طبیعت دیده نشده بود.
این جای خالی فقط یک مشکل عددی نبود. نبودن تکنسیم در طبیعت به این معنی بود که یا اصلاً وجود ندارد یا اگر هست، آنقدر ناپایدار است که قابل مشاهده نیست. همین موضوع باعث شد دانشمندان به فکر ساختن این عنصر بیفتند؛ نه پیدا کردنش.
در واقع، تکنسیم نشان داد که انسان میتواند وارد قلمرویی شود که طبیعت در آن حضور ندارد: ساخت عنصر جدید. چیزی که قبلاً فقط در ستارهها اتفاق میافتاد، حالا در آزمایشگاهها ممکن شده بود.
چرا تکنسیم را نخستین عنصر مصنوعی میدانند؟
عنصر تکنسیم را نه از معدن استخراج کردهاند، نه در سنگهای آسمانی پیدا شده است. این عنصر در سال ۱۹۳۷ توسط دو دانشمند به نامهای کارلو پریر و امیلیو سگره از طریق واکنشهای هستهای ساخته شد.
آنها با استفاده از یک شتابدهنده ذرات، مولیبدن را بمباران کردند تا به عنصر جدیدی با عدد اتمی ۴۳ برسند. این کشف نهتنها یک موفقیت علمی بزرگ بود، بلکه آغاز عصری جدید در شیمی هستهای بهشمار میرفت. چون برخلاف گذشته که عناصر را کشف میکردیم، این بار یکی را از نو ساختیم.
به همین دلیل، تکنسیم لقب گرفت: نخستین عنصر ساخت بشر. نام آن هم از واژهی یونانی technetos بهمعنای «مصنوعی» گرفته شد. از آن زمان به بعد، دانشمندان عناصر دیگری هم ساختند، اما تکنسیم همیشه اولین باقی ماند.
شماره اتمی ۴۳، اما مدتی گمشده!
اگر به جدول تناوبی نگاه کنیم، عنصرها بر اساس عدد اتمی مرتب شدهاند. اما برای مدتی طولانی، عدد ۴۳ یک راز بود. شیمیدانها در قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم، میدانستند که باید عنصری با عدد اتمی ۴۳ وجود داشته باشد، اما هیچ نشانهای از آن پیدا نمیکردند.
در آن زمان، بعضی فکر میکردند شاید این عنصر در زمین بسیار کمیاب باشد یا فقط در شرایط خاصی وجود داشته باشد. بعضی دیگر حدس میزدند که این عنصر بهخاطر ناپایداری هستهایاش، عمر کوتاهی دارد و برای همین در طبیعت باقی نمیماند.
و همینطور هم بود. ایزوتوپهای تکنسیم عمر کوتاهی دارند. هیچکدام از آنها به اندازه کافی پایدار نیستند که در طبیعت ذخیره شوند یا در سنگهای باستانی باقی بمانند. به همین دلیل، برای مدت زیادی، عدد ۴۳ در جدول فقط یک جای خالی بود؛ تا وقتی که انسان خودش آن را ساخت.
تکنسیم چطور ساخته شد؟
برخلاف بیشتر عنصرهای جدول تناوبی که در طبیعت یافت میشوند، تکنسیم حاصل یک واکنش مهندسیشده در آزمایشگاه است. اولینبار این عنصر در سال ۱۹۳۷ توسط دو دانشمند ایتالیایی ساخته شد، اما امروزه ساخت آن از طریق راکتورهای هستهای انجام میشود.
در این فرایند، عنصرهای سنگینتر مانند اورانیوم یا مولیبدن در یک راکتور مورد واکنش شکافت هستهای قرار میگیرند. این واکنشها باعث تولید ایزوتوپهای مختلف از جمله Tc-99 میشوند که مهمترین ایزوتوپ تکنسیم در پزشکی است.
نکته مهم این است که تکنسیم به شکل طبیعی در زمین پایدار نمیماند. برای همین باید آن را در محل ساخت، بهسرعت استخراج و مصرف کرد. این محدودیت باعث شده که استفاده از تکنسیم به زیرساختهای هستهای وابسته باشد.
تصویربرداری از رادیوایزوتوپ Tc-99
ایزوتوپ Tc-99 که از طریق واکنش هستهای ساخته میشود، در پزشکی هستهای اهمیت بسیار زیادی دارد. این ایزوتوپ میتواند بدون آسیب به بدن، تصویری دقیق از عملکرد اندامهای داخلی بدن ارائه دهد.
در بسیاری از بیمارستانها، از Tc-99 برای بررسی جریان خون، عملکرد کلیه، قلب و حتی تشخیص سرطانها استفاده میشود. دلیل این کاربرد وسیع، پرتوزایی کنترلشدهی آن و همچنین انرژی مناسبی است که برای تصویربرداری پزشکی ایجاد میکند.
Tc-99 با تزریق به بدن، در نواحی خاصی تجمع پیدا میکند و دستگاههای تصویربرداری، تابش آن را تشخیص میدهند. این اطلاعات به پزشکان کمک میکند تا بیماریها را پیش از بروز علائم جدی، تشخیص دهند.
چرا Tc-99 باید بلافاصله استفاده شود؟
یکی از چالشهای اصلی در استفاده از Tc-99، عمر کوتاه آن است. این ایزوتوپ نیمعمر بسیار کمی دارد؛ یعنی مدت زمانی که نیمی از آن تجزیه میشود، تنها چند ساعت است. پس اگر بهموقع استفاده نشود، بهسرعت خاصیت خود را از دست میدهد.
برای همین، Tc-99 را در جایی بهنام مولد هستهای یا ژنراتور تکنسیم تولید میکنند. این مولدها معمولاً در کنار بیمارستانها یا مراکز هستهای قرار دارند تا بتوانند ایزوتوپ را بلافاصله پس از تولید، به دست مصرفکننده برسانند.
ذخیرهسازی این ماده تقریباً غیرممکن است. به همین دلیل، کاربرد گستردهی آن فقط در کشورهایی ممکن است که زیرساخت مناسب برای تولید و حمل سریع آن را دارند. این ویژگی تکنسیم را به یک عنصر تخصصی و استراتژیک تبدیل کرده است.
تکنسیم و کاربردهای آن در زندگی امروز
در نگاه اول، ممکن است فکر کنیم عنصری که در طبیعت وجود ندارد، کاربرد خاصی هم ندارد. اما تکنسیم یکی از پرکاربردترین عناصر مصنوعی در دنیای امروز است. این عنصر در دو زمینهی کاملاً متفاوت نقش حیاتی ایفا میکند: پزشکی هستهای و صنعت انرژی اتمی.
ایزوتوپهای مختلف تکنسیم، بهویژه Tc-99m، امروزه در بسیاری از بیمارستانهای دنیا استفاده میشوند. در عین حال، برخی از ایزوتوپهای پرتوزای آن در سیستمهای پیچیدهی تولید انرژی اتمی نقش دارند.
نکتهی جالب اینجاست که با وجود پرتوزا بودن، تکنسیم آنقدر دقیق کنترلپذیر است که هم در درمان بیماری به کار میرود و هم در تأمین انرژی کشورها. این ترکیب بینظیر از کاربرد علمی، صنعتی و درمانی، جایگاه آن را در بین عناصر مصنوعی منحصر بهفرد کرده است.
کمک به تشخیص تومورهای سرطانی
یکی از مهمترین کاربردهای تکنسیم در پزشکی هستهای است. ایزوتوپ Tc-99m این عنصر، میتواند با دقت بالا در بدن انسان حرکت کند و در بافتهایی که رشد غیرعادی دارند، تجمع یابد. این ویژگی باعث میشود پزشکان بتوانند با استفاده از دستگاههای تصویربرداری، تومورهای سرطانی را قبل از رشد گسترده تشخیص دهند.
در واقع، زمانی که سلولهای سرطانی شروع به تقسیم غیرطبیعی میکنند، Tc-99m به دلیل جذب بالا در این نواحی، تابشی از خود منتشر میکند که روی مانیتور بهصورت تصویر مشخص میشود.
این روش، یکی از سریعترین و کمخطرترین شیوهها برای تشخیص سرطان در مراحل اولیه است. به همین دلیل، تکنسیم را میتوان نجاتبخش بیماران بسیاری دانست؛ عنصری که ساخته شد تا جان انسانها را نجات دهد.
نقش تکنسیم در سوخت نیروگاههای اتمی
شاید تصور اینکه تکنسیم هم در بیمارستان استفاده شود و هم در راکتور اتمی عجیب باشد، اما حقیقت همین است. برخی از ایزوتوپهای پرتوزای تکنسیم که در واکنشهای هستهای تولید میشوند، در چرخهی سوخت نیروگاههای اتمی نقش دارند.
این ایزوتوپها، هنگام شکافت اورانیوم یا پلوتونیم بهوجود میآیند و اگرچه خودشان بهتنهایی منبع انرژی نیستند، اما در مدیریت زبالههای هستهای و تحلیل پسماندهای پرتوزا اهمیت زیادی دارند.
به زبان ساده، تکنسیم یکی از آن موادی است که دانشمندان برای پایش، کنترل و مهار فرآیندهای درون راکتور از آن استفاده میکنند. حتی در تحلیل میزان مصرف سوخت و تولید انرژی نیز، ردیابی این عنصر میتواند اطلاعات مهمی به مهندسان بدهد.
چرا تکنسیم تا این حد مهم است؟
تکنسیم فقط یک عنصر نیست، بلکه یک نقطهٔ عطف در تاریخ علم است. قبل از ساخت آن، همهی عناصر جدول تناوبی یا در طبیعت وجود داشتند یا در ستارهها شکل میگرفتند. اما تکنسیم، برای اولینبار، با تصمیم و مهارت انسان در یک محیط آزمایشگاهی ساخته شد. این لحظه، آغاز دوران جدیدی در شیمی بود: دوران مهندسی عنصرها.
از طرف دیگر، تکنسیم برخلاف عناصر معمولی، در طبیعت تقریباً یافت نمیشود. همهی کاربردهای امروزی آن مدیون دانش هستهای و پیشرفت فناوری راکتورهاست. این ویژگی باعث شده که تکنسیم نهتنها از نظر علمی، بلکه از نظر راهبردی و صنعتی هم اهمیت بالایی داشته باشد.
در پزشکی، تشخیص زودهنگام سرطانها بدون تکنسیم ممکن نیست. در صنعت هستهای، برخی مراحل حیاتی سوخترسانی و پسماندزدایی بدون ردیابی ایزوتوپهای آن قابل انجام نیست. بهعبارت دیگر، تکنسیم عنصری است که هم در نجات جان انسانها نقش دارد و هم در تولید برق برای شهرها.
شاید این عنصر در جدول تناوبی فقط یک خانه باشد، اما در دنیای واقعی، دهها کاربرد حیاتی دارد که آن را به یکی از ارزشمندترین ساختههای بشر تبدیل کردهاند.
جمعبندی نهایی
تکنسیم، عنصر شماره ۴۳ جدول تناوبی، با بقیهی عنصرها فرق دارد. نه در طبیعت پیدا شده و نه از معدن استخراج میشود. این عنصر را انسان ساخت؛ آنهم در زمانی که جای آن سالها در جدول خالی بود.
کشف و ساخت تکنسیم نقطهی آغاز دورهای جدید در علم شیمی بود. دورهای که انسان توانست عنصرهایی را بهوجود آورد که طبیعت از آنها خبری نداشت.
کاربردهای تکنسیم فقط به آزمایشگاه محدود نمیشود. این عنصر، امروز در تشخیص تومورهای سرطانی، بررسی عملکرد اندامها و حتی در کنترل راکتورهای اتمی نقش دارد.
همهی این کاربردها از یک ویژگی خاص شروع شد: ساختن چیزی که طبیعت نساخته بود. همین موضوع است که تکنسیم را تا این حد مهم کرده است.
برای ارسال نظر لطفا ابتدا وارد حساب کاربری خود شوید. صفحه ورود و ثبت نام