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【全球新视野】元素周期表中，43号元素究竟是什么？

来源：科普中国

时隔多年，不少人依旧能记起化学元素周期表的记忆口诀，只不过背来背去可能就记住了那20个元素。而今天咱们要说的这个元素的原子序数为43，是一种放射性金属元素，名叫锝。

有“传奇故事”的锝元素


(相关资料图)

这个元素不仅发现历程十分坎坷，还是世界上第一个用人工方法制得的元素。那么，探索锝元素的历程中到底经历了什么？为什么在地球上几乎找不到这个43号元素呢？接下来，就让我们一起来看看吧！

锝元素的发现历程

大家都知道，元素周期表的排列是很讲究的，而锝这个放射性元素放在43的位置却有些格格不入，因为其他的放射性元素都排在80以后了，这其实与它的发现历程有着密切的关系。

元素周期表示意图

在19世纪时门捷列夫就在相关的论文当中对某些尚未发现的元素进行了“预言”，预言中提到它们与已经发现的几种元素类似。

其中有一个名为类锰的，就是咱们今天所说的43号元素。

门捷列夫指出：类锰的原子量应该略小于钌，大约是100，它应能形成和高锰酸钾类似的盐。

俄国化学家门捷列夫

总之，自从这个预言出现之后，越来越多的科学家投入到了寻找43号元素的工作中去，并且有不少人曾以为自己找到了43号元素，只不过到后来却发现只是一场乌龙。

就这样，43号元素的寻找屡屡陷入了僵局，人们甚至将其称为“失踪的元素”。

“消失的元素”

当时间来到1936年时，物理学家谢格尔在美国伯克利学习的时候，发现这里有一台回旋加速器，它其中的一些部件在经过粒子的轰击之后，表现出了极强的放射性。于是，谢格尔就向回旋加速器的制造者申请希望能够获得一部分部件进行研究。

后来，接收到配件的谢格尔发现这个部件的放射性保持时间很久，所以就让擅长化学分析的佩列尔来帮忙，最终从这之上分离出了一小部分放射性元素。

回旋加速器原理示意图

值得一提的是，在发现这个元素的特殊之处后，二人就意识到这可能是大家在几十年间苦苦寻找的43号元素。

实际上，从锝元素的发现历程来看，这种元素确实像是在自然界中“隐身”一样，并且最终被确定发现时的它也不是自然产生的，而是由钼原子受到氘轰击之后得到的。

钼原子概念图

因此锝元素在周期表中虽然是自然放射性元素，却基本只能依靠人工制得，在地球上几乎找不到这个元素。

地球上难以觅得43号元素的原因

地球上的元素还是比较丰富的，所以在锝元素被确认存在之后，科学家就试图找到寿命更长甚至是与地球共生的锝元素。

但显然，在地球形成之初保留的锝元素，早就随着几十亿年的光阴流逝，衰变的差不多了。科学家表示，在这种情况下，锝是不可能从地壳形成时就保留到现在的。

地球已有46亿年的历史

当然，在地球上铀的自发裂变过程等都能够不断地生成锝，这之中有时候并不需要人为去干涉。因此，锝元素并不能称为完全人造的元素，它在自然情况下还是可以形成的。

资料显示，1961年时有人从3.5千克的沥青铀矿当中提炼出了1×10^-9克99Tc，一千克铀含量的铀矿石当中含有5×10^-10克99Tc。后来，在核反应堆燃烧过的铀棒当中，也回收到了不少锝。

沥青铀矿是提取铀的主要原料

总之别看这家伙在地球上确实是踪迹难寻，但是在各种反应之下诞生的量并不少，因此通过其他方式制得或者提取的锝不在少数。可见43号元素只是表面失踪，实际一直陪伴着人类。

值得一提的是，锝元素在地球上很少，在宇宙中却很多，尤其是像太阳这种巨大的恒星上的热核反应都是可以制造出锝元素的。

太阳热核聚变示意图

上世纪五十年代时，科学家先是在太阳的光谱当中发现了锝的谱线，后来又在不少星体的光谱上也发现了这个元素的存在。

在有了这些发现之后，科学家预测当恒星步入红巨星阶段的时候，内部的锝元素将会富集，达到一定的丰度。由于这种特性，科学家还将此时的红巨星称之为“锝星”。

类太阳恒星的演化过程示意图

当然，锝最终还是会随着恒星生命的终结，在绚丽的“烟花”当中将自己抛向宇宙。而在这个过程中，它是会不断衰变的，从此成为难以寻觅踪迹的存在。

那么，这样神奇的锝元素到底有什么样的性质？它又有哪些用途呢？

“来无影去无踪”的锝元素

锝元素的性质和用途

锝元素的元素符号是Tc，晶体的结构是六方密堆积的，外表看起来是银白色的金属。当初在低温之下时，锝还可以成为超导体。

当我们观察得同位素的性质就能发现，它们的半衰期差异还是比较大的，有的只有几小时，有的却长达多年。

锝元素的单质为银白色金属

咱们在前文中说了，地球上留存的锝是微乎其微的，所以想要获得这种元素，除了从完成核反应的铀矿中获取以外，有时人们还会在实验室当中进行人工制备。

由于是放射性元素，所以制备锝元素的时候还是要做好最基本的防护，比如说一定要在通风的情况下，且为了避免这一元素放射出的X射线对人的眼睛造成损伤，制备的实验人员还需要配备护目镜。

面对放射性元素时必须要全副武装

值得一提的是，根据观察来看，锝元素在被意外吸入体内之后，大部分是会被排出的。不过仍然可以通过甲状腺滞留部分在体内，所以本身还是具备一定有害成分的。

当然，人们并不会因噎废食，毕竟锝元素在成为产量以公斤计算的人造化学元素之后，就代表着它其实在各个领域当中都有自己独特的用处。

仍对我们有很大帮助的锝元素

首先由于这种元素的化学性质与铼更为相似，所以它的耐腐蚀性质还是很强的，少量的锝酸铵就可以让钢材的腐蚀速度减慢。并且由于不易吸收中子，所以锝元素还广泛运用于核反应堆的防腐层制造。

其次就是锝在低温之下有着良好的超导性，所以常常被科学家们用来做相关实验的原材料。

核反应堆内部照

最后就是锝元素在医学领域的贡献了，准确来说是人工制得的锝同位素的贡献。咱们在前面说了，锝的同位素对应的半衰期有着比较大的差异，而广泛用于医学领域的正是那个半衰期只有6小时左右的锝-99m。那么，咱们可以用它来做什么呢？

原来，人们将含有锝-99m的药服用之后，这种元素衰变之后产生的辐射就可以被外部的摄影机观察到，从而形成医学成像。当然，大家看到辐射的时候可能就觉得这种运用还是有缺陷的，但是在核医学临床诊断当中是不可能没有辐射存在的。

服用锝-99m高锝酸盐后的医学成像

绝大多数科学家认为由于锝衰变之后产生的γ射线性能很好，并且半衰期较短，所以在成像完成后也不会对人体造成太大的伤害。因此，它一直被人们当做是最优良的显像核素之一。

当然，由于半衰期太短，所以锝-99m的保存时间也比较短，所以一般会由统一制得并分配。

根据上世纪九十年代的统计数据来看，锝-99m的用量约占到美国全国医学诊断用放射性核素总用量的80%以上。

锝99m亚甲基二膦酸盐注射液

综上所述，在地球上难以寻觅，且在探索历史上闹出许多乌龙事件的锝元素，确实还是很有用的。并且随着人们制备技术的不断进步，锝已经脱离了小规模生产的范畴，成为了可以大规模生产的人工元素之一期待着这个神奇的43号元素，会在未来为人类社会做出更大的贡献！

对此，你怎么看呢？欢迎来评论区留言。关注CHN九象科技，通过科普，你会发现这个世界有太多奇妙无比的事情。

关键词： 放射性元素 元素周期表 核反应堆

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