Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das
Periodensystem der Elemente, deinem Podcast zum Entspannen,
Loslassen und lernen. Wenn dir der Podcast gefällt,
bewerte ihn bitte, das hilft uns, weitere Folgen zu
produzieren heute begeben wir uns auf eine Reise zu einem ganz
besonderen Element es ist ein Element, das in den Lehrbüchern
lange Zeit als Lücke im Periodensystem klaffte, das
Generationen von Chemiker. Innen zur Verzweiflung brachte
und das schließlich nicht in einer Mine, nicht in einem
Kristall und nicht in einem Erz entdeckt wurde, sondern in einem
Teilchenbeschleuniger geboren wurde.
Es ist das erste Element, das von Menschenhand künstlich
erzeugt wurde, lange bevor man wusste, dass es auch in winzigen
Mengen in der Natur vorkommt. Sein Name leitet sich vom
griechischen Wort Technetos ab, was so viel wie künstlich
bedeutet. Heute geht es um Technetium mit
dem chemischen Symbol TC und der Ordnungszahl 43.
Lass uns gemeinsam ein Element kennenlernen, das die Geschichte
der Chemie veränderte, das in fast jedem größeren Krankenhaus
der Welt täglich leben rettet und das gleichzeitig in den
Atmosphären weit entfernter Sterne nachgewiesen werden
konnte. Und damit eine fundamentale
Erkenntnis über die Entstehung der Elemente im Universum
lieferte. Technicium steht im
Periodensystem in der 5. Periode und in der siebten
Gruppe der sogenannten Mangan Gruppe.
Gemeinsam mit Mangan, Rhenium und dem künstlich erzeugten
Borium. Mit der Ordnungszahl 43 sitzt es
genau zwischen Molybdän und Ruthenium und nimmt dort eine
Position ein, die für die Chemie eine ganz besondere Bedeutung
hat. Die Elektronenkonfiguration
lautet in der Kurzschreibweise Krypton.
Plus 4 d. Hoch 5 und 5 esse hoch 2 mit
einer Halbgefüllten. 4 d Schale. Die für eine ausgeprägte
Vielfalt an Oxidationsstufen sorgt.
Technetium kann in seinen Verbindungen oxidationsstufen
von 1 bis plus 7 annehmen, wobei die Stufe plus 7 etwa im
Pertecnetat Anion in vielen Anwendungen eine Zentrale.
Rolle spielt die Atommasse von Technetium wird üblicherweise
mit 98 angegeben, was der Massenzahl seines am häufigsten
zur Charakterisierung herangezogenen Isotops
entspricht. Damit kommen wir zu einer der
bemerkenswertesten Eigenschaften dieses Elements.
Technetium hat keine stabilen Isotope, alle bisher bekannten
Isotope von Technetium sind radioaktiv und zerfallen über
kurz oder lang in andere Elemente.
Insgesamt sind über 30 Isotope bekannt, mit Massenzahlen von 85
bis 120. Die langlebigsten unter ihnen
sind Technetium, 97 mit einer Halbwertszeit von rund 4,2
Millionen Jahren, Technetium, 98 mit etwa 4,2 Millionen Jahren
und das Nuklearmedizinisch wichtigste Technetium 99 mit
einer Halbwertszeit von rund 211000 Jahren.
Diese Halbwertszeiten klingen nach langen Zeiträumen, die.
Sind aber im Vergleich zum Alter der Erde von 4,54 Milliarden
Jahren so kurz, dass praktisch alles ursprünglich auf unserem
Planeten vorhandene Technetium längst zerfallen ist.
Genau das ist der Grund, warum Technetium auf der Erde im
Lehrbuchsinne als nicht natürlich vorkommend gilt.
Reines metallisches Technetium ist ein silbergraues, glänzendes
Metall mit ausgesprochen hoher Dichte von 11,5 Gramm.
Pro Kubikzentimeter. Es schmilzt bei 2157 Grad
Celsius und siedet bei rund 4262 Grad Celsius, womit es zur
Gruppe der Refraktärmetalle gezählt werden kann.
In seinen physikalischen Eigenschaften ähnelt es stark
seinem Nachbarn rhenium und seinem gruppenkollegen Mangan,
wobei es in mancher Hinsicht zwischen diesen beiden Elementen
vermittelt. Eine besonders bemerkenswerte
Eigenschaft ist die Supraleitfähigkeit unterhalb von
7,46 Kelvin, also rund 265,7 Grad Celsius, wird reines
Technetium supraleitend und verliert jeglichen elektrischen
Widerstand. Technetium gehört damit zu den
Elementen mit den höchsten Sprungtemperaturen unter den
reinen Metallen, vergleichbar mit Niob und Blei.
Chemisch ist Technetium an Luft bei Raumtemperatur in Pulverform
anfällig für eine langsame Oxidation, während kompaktes
Metall sich an trockener Luft passiviert und stabil bleibt.
Bei höheren Temperaturen verbrennt das Metall an Luft zu
technetiumheptoxid, einer gelblichen, flüchtigen
Verbindung mit der Summenformel TC 2 O 7.
In wässriger Lösung dominiert das Pertechnetat Anion.
Ein tetraetrisch aufgebautes Ion aus einem Technetiumatom und 4
Sauerstoffatomen mit einer einfach negativen Ladung, das
chemisch dem Permanganat ähnelt, sich aber in seiner
Reaktionsfreudigkeit deutlich unterscheidet.
Per Technetat ist erstaunlich beständig ungiftig in den
medizinisch verwendeten Konzentrationen und besitzt eine
bemerkenswerte Eigenschaft. Die in der industriellen
Korrosionsschutztechnik genutzt wurde, schon Konzentrationen von
wenigen 10 Mikromol pro Liter genügen, um Eisen und unlegierte
Stähle in sauerstofffreiem Wasser nahezu vollständig vor
Korrosion zu schützen. Aufgrund der Radioaktivität
bleibt diese faszinierende Eigenschaft jedoch eine
Laborkuriosität ohne breite technische Anwendung wenden wir
uns nun der Geschichte der Entdeckung zu.
Denn diese ist eine der spannendsten und längsten
Detektivgeschichten der Chemiegeschichte.
Schon Dimitri Mendelejew sagte in seiner berühmten
Periodensystemvorhersage von 1869 voraus, dass es ein Element
zwischen Molybdän und Rothenium geben müsse, mit Eigenschaften
ähnlich dem Mangan. Er nannte es vorläufig eka
Mangan und beschrieb erstaunlich präzise, wie es sich verhalten
sollte. In den folgenden Jahrzehnten
gingen Chemiker innen weltweit auf die Suche nach diesem
fehlenden Element. Mehrfach glaubten Forschende, es
gefunden zu haben. 1828 wurde ein angebliches Element namens
Polinium beschrieben, 1846 ein ilmenium, 1847, ein pelopium und
1877 ein Daphium. All diese Behauptungen erwiesen
sich später als Verwechslungen mit bereits bekannten Elementen
oder als Verunreinigungen. Eine der dramatischsten Episoden
ereignete sich 1925 die deutschen Chemiker innen Walter
Noddack, Ida Tacke und Otto Berg untersuchten Mineralien wie
Kolumbit und Gardolinit mit der damals brandneuen Methode der
Röntgenspektroskopie und behaupteten.
Gleichzeitig 2 neue Elemente gefunden zu haben.
Das Element 75, das sie rhenium nannten, und das Element 43, das
sie Masurium tauften, nach der Region Masuren im damaligen
Ostpreußen. Die Entdeckung des Rheniums
wurde später bestätigt, doch die Existenz des Masuriums blieb
umstritten. Andere Forschungsgruppen konnten
die Ergebnisse für Element 43 nicht reproduzieren und die
Empfindlichkeit der damaligen Geräte reichte vermutlich nicht
aus, um die winzigen Mengen, die in den untersuchten Mineralien
tatsächlich vorhanden sein könnten, eindeutig nachzuweisen.
Die Frage, ob Noddack, Tacke und Berg tatsächlich bereits 1925
Spuren des Elements 43 detektiert hatten, beschäftigt
Wissenschaftshistoriker. Innen bis heute blieb jedoch
offen, die endgültige Entdeckung sollte erst 1937 erfolgen und
sie geschah auf eine Weise, die für die damalige Zeit
revolutionär war. Der italienische Physiker Emilio
Segre war im Sommer 1936 in Berkeley, Kalifornien, zu
Besuch, um den dortigen Zyklotron Beschleuniger zu
studieren. Ernest Lawrence, der Erfinder
des Zyklotrons. Schenkte Segrae zum Abschied ein
Stück Molybdänblech, das im Inneren des Beschleunigers als
Ablenkblech gedient hatte und über mehrere Monate mit
Deuteronen, also Kernen, aus schwerem Wasserstoff, beschossen
worden war. Segrae nahm das Blech mit nach
Palermo in Sizilien, wo er gemeinsam mit dem Mineralogen
Carlo Perier daraus winzige Mengen einer neuen Substanz
isolieren konnte, mit chemischen Methoden.
Die sich an Mendelejews Vorhersagen für Ekamangan
orientierten, gelang ihnen der Nachweis, dass es sich um Atome
des Elements 43 handelte. 1947 erhielt das Element offiziell
den Namen Technetium, abgeleitet vom griechischen Technetos, also
künstlich in Anlehnung an die Tatsache, dass es das erste
Element war, das nicht in der Natur, sondern durch menschliche
Aktivität in einem Beschleuniger erzeugt wurde, die.
Damit war Technetium für lange Zeit das Paradebeispiel eines
rein synthetischen Elements. Doch die Geschichte hatte noch
eine Wendung bereit 1952 entdeckte der amerikanische
Astronom Paul W. Merrill in den Spektren
bestimmter roter Riesensterne der S klasse Spektrallinien, die
eindeutig zu Technetium gehörten.
Da die Halbwertszeiten aller Technetiumisotope viel kürzer
sind als das Alter dieser Sterne, konnte das beobachtete
Technetium nicht aus der Sternentstehungsphase übrig
sein. Es musste im Inneren der Sterne
aktuell durch Kernfusion neu produziert werden.
Diese Beobachtung war der erste direkte Beweis dafür, dass
schwere Elemente in Sternen entstehen.
Und lieferte einen entscheidenden Baustein für die
heute akzeptierte Theorie der Nukleosynthese in Sternen, wie
sie 1957 in der berühmten B 2 FH Arbeit von Margret und Geoffrey
Burbidge, William Fowler und Fred Hoyle formuliert wurde.
Technetium wurde damit zum kosmischen Zeugen der ständigen
Schöpfung von Materie im Universum, auch auf der Erde,
wurde später entdeckt. Dass winzige Spuren von
technetium 99 natürlich vorkommen, nämlich in Uranerzen.
Sie entstehen dort durch spontane Spaltung von Uran, 238
sowie durch Neutronen induzierte Spaltung in einem Kilogramm
Uranerz finden sich auf diese Weise etwa ein paar Nanogramm
technetium 99, also Millionstel Milligramm, eine zweite.
Technisch hochrelevante Quelle ist die menschengemachte
Kernspaltung. Tecnetium 990 ist eines der
Hauptspaltprodukte sowohl von Uran 235 als auch von Plutonium
239 pro Spaltung entsteht es mit einer Ausbeute von rund 6% in
den abgebrannten Brennelementen der Welt haben sich seit Beginn
der zivilen Kernenergie. Inzwischen mehrere 10000 Tonnen
Technetium 99 angesammelt, was es zudem mit Abstand am
häufigsten in technischen Mengen verfügbaren Element macht.
Das in der Natur nicht in nennenswerten Mengen vorkommt.
Die mit Abstand wichtigste und faszinierendste Anwendung des
Technetiums liegt in der Medizin, hier kommt das
metastabile Isotop Technetium 99 m ins Spiel.
Kurz TC 99 met. Das m steht für Metastabil und
bezeichnet einen angeregten Kernzustand, der mit einer
Halbwertszeit von rund 6 Stunden unter Aussendung eines einzelnen
Gammaquans von 140 Kiloelektronenvolt in den
Grundzustand technetium 99 übergeht.
Diese Eigenschaften sind aus medizinischer Sicht nahezu
ideal. Die Energie des Gamma Quants ist
hoch genug, um das menschliche Gewebe ohne wesentliche
Schwächung zu durchdringen und niedrig genug, um von einer
Gamma Kamera effizient detektiert zu werden.
Die Halbwertszeit von 6 Stunden ist lang genug, um eine
sorgfältige Untersuchung durchzuführen, aber kurz genug,
dass die Strahlenbelastung der Patient innen nach wenigen Tagen
praktisch vollständig abgeklungen ist.
Hinzu kommt die enorme chemische Vielseitigkeit des Technetiums,
die. Die es erlaubt, das Radioesotop
in eine Vielzahl von Trägermolekülen einzubauen, die
gezielt bestimmte Organe oder Gewebe ansteuern.
In der Praxis kommt der EC 99 on aus sogenannten Molybdaen
Technetiumgeneratoren, im Fachjargon liebevoll als
Molycaus bezeichnet, weil sie regelmäßig gemolken werden.
In ihrem Inneren befindet sich eine Säule mit Aluminiumoxid.
An die das radioaktive Mutterisotop Molybdän 99
gebunden ist, mit einer Halbwertszeit von rund 66
Stunden zerfällt Molybdän 99 fortlaufend in TC 99 M, das
durch Spülen der Säule mit physiologischer Kochsalzlösung
als Pertecnetatlösung entnommen werden kann.
Diese Lösung wird in der Nuklearmedizinischen Abteilung
sofort weiterverarbeitet und mit verschiedenen Komplexbildnern zu
spezialisierten Radiopharmaka umgesetzt.
Mit Methylendiphosphonat, kurz MD P, entsteht ein
Knochensintigraphiemittel, das sich in Bereichen mit erhöhtem
Knochenstoffwechsel anreichert und etwa zur Diagnose von
Knochenmetastasen oder Frakturen genutzt wird.
Mit dem Komplexbildner Sestamibi entsteht ein Mittel zur
Untersuchung der Herzdurchblutung.
Pentatinsäurekomplexe ermöglichen die Beurteilung der
Nierenfunktion und mit Makroaggregierten
Albuminpartikeln wird die Lungenperfusion bei Verdacht auf
eine Lungenembolie sichtbar gemacht.
Weltweit werden jedes Jahr zwischen 30 und 40000000
nuklearmedizinische Untersuchungen mit TC 99 Meter
durchgeführt, was es zum mit Abstand am häufigsten
verwendeten Diagnostikradionuklid macht.
Die Versorgungssicherheit ist ein globales Thema, denn
Molybdent 99 wird derzeit nur in einer Handvoll
Forschungsreaktoren weltweit produziert, etwa in den
Niederlanden. Belgien, Australien, Südafrika
und Argentinien. Wenn einer dieser alternden
Reaktoren ausfällt, entstehen schnell weltweite Engpässe.
Aus diesem Grund wird intensiv an alternativen Produktionswegen
gearbeitet, etwa der Erzeugung in Beschleunigern oder die
Nutzung niedrig angereicherten Urans, um
Proliferationsrelevante Anreicherungen zu vermeiden.
Ein zweites Anwendungsfeld ist die Strahlenforschung selbst.
Technetium 99 dient als Modellnuklid in Studien zur
Endlagerung radioaktiver Abfälle, denn es ist langlebig,
gut wasserlöslich in Form des Pertechnetat Anions und damit
potentiell mobil im Grundwasser. Verständnis und Rückhaltung
dieses Isotops in geologischen Endlagern sind Forschungsthemen,
die in zahlreichen Ländern bearbeitet werden, auch hier
zeigt sich, dass die Verantwortung für radioaktive
Abfälle. Aus der Kernenergienutzung eine
Aufgabe ist, die Generationen überspannt und uns in Bezug auf
langfristiges Denken herausfordert.
In der Grundlagenforschung der Anorganischen Chemie nimmt
Technetium ebenfalls einen besonderen Platz ein.
Forschende untersuchen die einzigartige Koordinationschemie
des Elements, etwa Mehrfachbindungen zwischen 2
Technetiumatomen. Gemischte Oxidationsstufen und
ungewöhnliche Clusterverbindungen da
Technetium aus radioaktiven Abfällen in nennenswerten Mengen
verfügbar ist und sich chemisch vielseitig verhält, dient es als
ideales Untersuchungsobjekt für die Entwicklung neuer
Trennverfahren in der Wiederaufarbeitung von
Kernbrennstoffen. Spannend ist auch die
astrophysikalische Bedeutung. Heute weiß man, dass Technetium
in roten Riesensternen der späten S und C Klasse durch den
sogenannten S Prozess entsteht. Das langsame Einfangen von
Neutronen durch schwerere Kerne wie Molybdän, gefolgt von Beta
zerfällen, da das gebildete Technetium in den Atmosphären
solcher Sterne sichtbar wird, bevor es zerfällt, dient seine
Beobachtung als unmittelbarer Beweis für die Wirksamkeit
dieses Prozesses. Und für das Vorhandensein von
Konvektionsströmungen, die frisch erzeugte Elemente aus dem
Sterneninneren an die Oberfläche transportieren.
Toxikologisch und strahlenbiologisch ist
technetium 99 Omit in den medizinisch verwendeten Mengen
vergleichsweise unbedenklich, die mit einer typischen
Knochensintigraphie verbundene effektive Strahlendosis liegt im
Bereich von 4 bis 6 Millisifert. Also etwa der Größenordnung der
natürlichen jährlichen Strahlenbelastung.
In einigen Regionen der Erde. Die kurze Halbwertszeit und die
rasche Ausscheidung über die Nieren tragen dazu bei, dass die
Patientinnen und Patienten bereits nach wenigen Tagen
wieder unbedenklich sind. Das langlebige TC 99 hingegen
muss als langlebiger radioaktiver Abfall sorgfältig
gehandhabt werden. Denn seine Betastrahlung ist
zwar relativ niedrig energetisch, doch die lange
Halbwertszeit und die hohe Mobilität in der Umwelt machen
es zu einer kritischen Komponente in allen
Endlagerszenarien. Wenn wir all diese Aspekte
zusammenfassen, dann zeigt sich Technetium als ein Element von
außergewöhnlicher wissenschaftlicher und
praktischer Bedeutung. Es ist das Element, das die
Theorie des Periodensystems eindrucksvoll bestätigte, indem
ein Vorhergesagtes das. Aber lange nicht gefundenes
Element, schließlich künstlich erzeugt werden konnte.
Es ist das Element, das durch seine Beobachtung in Sternen die
moderne Theorie der Stellaren Nukleosynthese begründete, und
es ist das Element, das in fast jeder größeren Klinik der Welt
täglich dazu beiträgt, Krankheiten frühzeitig zu
erkennen und leben zu verlängern, und genau hier
dürfen wir kurz innehalten. Die Geschichte des Technetiums
erzählt auf eindrucksvolle Weise, was möglich wird, wenn
Wissenschaft, internationale Zusammenarbeit und
gesellschaftliches Vertrauen zusammenkommen.
Die nuklearmedizinische Versorgung mit TC 99 M hängt an
einem fragilen Netz weniger Forschungsreaktoren auf mehreren
Kontinenten, an offenen Lieferketten und an
verlässlichen Internationalen Übereinkommen, sie funktioniert
nur in Gesellschaften. In denen Forschung frei
betrieben werden darf, in denen Wissenschaftler innen, Mediziner
innen und Patient innen gleichermaßen geschützt sind und
in denen langfristige Verantwortung für radioaktive
Abfälle ernst genommen wird. Solche Strukturen sind keine
Selbstverständlichkeit, sondern Errungenschaften demokratischer
Gesellschaften, die sich der Erkenntnis und dem wohl ihrer
Bürgerinnen und Bürger verpflichtet fühlen.
Der Schutz unserer Umwelt vor radioaktiven
Hinterlassenschaften und der Schutz unserer demokratischen
Strukturen, die solche internationale Wissenschaft erst
möglich machen, sind 2 Seiten derselben Medaille.
Beides ist kostbar, beides ist verletzlich und beides verdient
unser tägliches Engagement. Damit sind wir am Ende unserer
Reise zum Element Technetium angekommen, wir haben ein
Element kennengelernt, dessen Name künstlich bedeutet.
Und das doch in fernen Sternen. Ganz natürlich entsteht.
Wir haben gesehen, wie eine Lücke im Periodensystem erst
nach Jahrzehnten geduldiger Suche geschlossen werden konnte
und wie ein synthetisches Element heute die medizinische
Diagnostik weltweit prägt. Vielleicht denkst du beim
nächsten Blick in den Sternenhimmel, beim nächsten
Bericht über die Endlagersuche. Oder bei der nächsten
medizinischen Untersuchung mit nuklearmedizinischen Methoden
für einen kurzen Moment an dieses leise wirkende, niemals
stille Element, dessen Atome in jedem Augenblick tausendfach
zerfallen und damit Geschichten von Sternen, von menschlicher
Neugier und von praktischer Heilkunst miteinander verweben.
Vielen Dank, dass du dir Zeit genommen hast für diese Folge
der Wissensreise durch das Periodensystem der Elemente.
Bis zum nächsten Mal, wenn wir uns gemeinsam einem weiteren
faszinierenden Element auf unserer Reise durch die Welt der
Atome zuwenden.