چرا عنصر تکنسیم در طبیعت وجود ندارد و ناپایدار است؟

چرا عنصر تکنسیم Tc با عدد اتمی 43 در طبیعت وجود ندارد و ناپایدار است؟ با این که مندلیف در سال 1869 در جدول تناوبی خود، که متشکل از تنها 60 عنصر است، عنصر با عدد اتمی 43 را پیش بینی کرده بود، اما 70 سال طول کشید تا این عنصر کشف شود. این عنصر مثل بقیه عناصر در زمین یافت نشده بلکه به صورت مصنوعی و با یک واکنش هسته ای توسط دو دانشمند ایتالیایی ساخته شد و به همین دلیل نام تکنسیم برای آن انتخاب گردید.

تمام ایزوتوپ های این عنصر ناپایدار و پرتوزا هستند و نیمه عمر پایدارترین ایزوتوپ آن، يعني Tc-98، یک هزارم اورانیم- 238 یا 4.2 میلیون سال است. بنابراین، حتی اگر این عنصر در زمین وجود داشته، با توجه به سن زمین که 4.5 بیلیون سال برآورد شده چیزی از آن تا به حال باقی نمانده است. گرچه این عنصر در زمین یافت نشده اما در طیف های برخی ستاره ها تشخیص داده شده است و این نظریه که عناصر بر اثر واکنش های هسته ای درون ستاره ها ساخته می شوند را تایید می کند. ضمنا تکنسیم از معدود عناصری است که بعد از عنصر زیر خود در جدول تناوبی، یعنی رنیم با عدد اتمی ۷۵ کشف شده است. عنصر رنیم، Re ، در سال 1925، یعنی 12 سال قبل از تکنسیم، توسط یک زوج شیمیدان آلمانی کشف شده است و براساس نام رودخانه راین آلمان نام آن را رنیم نهاده اند.

من هر وقت در کلاس راجع به رنیم صحبت می کردم، از فیلم از کرخه تا راین، حاتمی کیا با بازی گری زیبای هما روستا و علی دهکردی ( در نقش جانباز) اسم می بردم. البته رنیم برای ما در شیمی خیلی اهمیت دارد چون اولین ترکیبات با پیوند چهارگانه فلز-فلز توسط گروه تحقیقاتی آلبرت کاتن در سال 1965 برای آن ساخته شده اند و این تابو که حداکثر پیوندهای شیمیایی بین دو اتم سه است و لینوس پاولینگ بر آن تاکید می کرد، شکسته شد.

پرسش اصلی و چالشی در مورد تکنسیم این است که: چرا این عنصر ناپایدار است؟

یکی از دلایل این امر فرد بودن عدد اتمی آن بیان شده است، اما چندین عنصر هم تناوب با آن نیز اعداد اتمی فرد دارند و با این وجود پایدارند؛ مانندNb ، Rh و Ag با اعداد اتمی 41، 45 و 47. عامل دیگر ناپایداری تکنسیم را به تعداد نوترون ها نسبت داده اند، اما با مقایسه ای که بین تعداد نوترون های آن با تعداد نوترون های عناصر ذکر شده در بالا انجام شد باز این عامل نمی تواند تاثیرگذار باشد. تعداد نوترون های تکنسیم- 98 ، 55 و از تعداد پروتون‌های آن 12 عدد بیشتر هستند که برای سه عنصر بالا اختلاف بین تعداد پروتون ها و نوترون ها در همین حدود است.

تکنسیم سبکترین عنصر در جدول تناوبی که همه ایزوتوپ های آن رادیواکتیو هستند و اولین عنصری است که به دست انسان ساخته شده است. تا آنجایی که بررسی کرده ام دلیل قانع کننده ای برای ناپایداری آن نیافتم و اگر کسی از شما دلیل علمی قابل قبولی برای آن می داند لطفا در بخش نظرات همین پست از سایت جم شیمی به اشتراک بگذارد.

ثابت شده است که ناپایداری یک عنصر به هسته آن مربوط می شود و اگر اطلاعات ما در مورد آرایش هسته ای به اندازه آرایش الکترونی اتم ها می بود شاید می توانستیم علت ناپایداری عنصر تکنسیم را بهتر توضیح دهیم. این که دور تا دور تکنسیم در جدول تناوبی، عناصر پایداری قرار گرفته اند و در بین آنها این عنصر ناپایدار است تا حدی غیر عادی و عجیب است. البته از این شگفتی ها در جدول تناوبی موارد زیادی داریم؛ مثلا عنصر جیوه را در نظر بگیرید که مایع است؛ در صورتی که عناصر مجاور آن همه جامد هستند و دمای ذوب بالاتر از 150 درجه سلسیوس دارند!

ناگفته نماند که گرچه تکنسیم قدری دیر وارد جدول تناوبی شده است، یعنی سال 1937، اما این باعث نشده که کاربردهایی پیدا نکند و ایزوتوپ Tc-99 m آن بیشترین کاربردها را در پزشکی هسته ای و تشخیص طبی دارد. ضمنا خواص شیمیایی و فیزیکی آن تاکنون به خوبی مورد شناسایی قرار گرفته اند.