테크네튬

3. 특성

테크네튬은 은회색의 방사성 금속으로 백금과 비슷하게 생겼으며, 주로 회색 분말 형태로 얻는다. 결정은 밀집 육방정계 구조를 띤다. 테크네튬 원자의 방출 스펙트럼은 363.3nm, 403.1nm, 426.2nm, 429.7nm, 485.3nm의 파장을 갖는 빛이다^[95]. 순수한 테크네튬은 상온에서 약한 상자성을 보이며, 7.46K 이하에서는 초전도체 성질을 나타낸다.

화학적 성질은 망가니즈(Mn)와 레늄(Re)의 중간 정도로 예측되지만, 실제로는 화학적으로 비활성에 가깝고 공유 결합을 형성하는 경향이 있어 레늄과 더 유사하다. 망가니즈와는 다르게 쉽게 양이온이 되지 않는다. 주 산화 상태는 +4, +5, +7이며, 이외에도 –3, -1, 0, +1, +2, +3, +6의 산화수를 가질 수 있다. 왕수, 질산, 진한 황산에는 녹지만 염산에는 녹지 않는다.

습한 공기 중에서는 산소와 느리게 반응하여 흑색의 TcO₂와 노란색의 Tc₂O₇을 형성한다. 이들 중 Tc₂O₇을 물이나 질산, 진한 황산, 왕수 등의 산화제에 녹이면 과테크네튬산(HTcO₄)이 만들어지는데, 이는 진한 붉은색의 강산이다. 수소와 반응하여 TcH₉^2- 이온을 만드는데, 이는 레늄에서도 나타나는 현상이다.

3. 1. 물리적 특성

3. 2. 화학적 특성

4. 동위 원소

테크네튬은 모든 동위 원소가 방사성인 원소들 중 가장 원자 번호가 작은 원소이다. 원자핵 속 양성자 개수가 홀수인 원자는 짝수인 원자에 비해 불안정하여 안정한 동위 원소의 개수도 적은 편이다.

테크네튬 동위 원소 중 비교적 안정한 것은 ⁹⁸Tc(반감기 420만 년), ⁹⁷Tc(반감기 260만 년), ⁹⁹Tc(반감기 21만 1천년) 등이다. 이 밖에 원자량 85에서 118 사이에 30가지의 방사성 동위 원소가 발견되었다. 이들 중 ⁹³Tc(반감기 2.73시간), ⁹⁴Tc(반감기 4.88시간), ⁹⁵Tc(반감기 20시간), ⁹⁶Tc(반감기 4.3일)을 제외하고 대부분 반감기가 1시간 미만이다. 또, 수많은 준안정한 핵 이성질체가 발견되었는데 이들 중 비교적 안정한 것은 ^97mTc(반감기 91일), ^95mTc(반감기 61일), ^99mTc(반감기 6.01시간) 등이다. 이 중 ^99mTc은 감마 붕괴를 통해 오직 감마선만을 방출하면서 ⁹⁹Tc으로 붕괴하므로 감마선원으로 쓰이며, 핵의학에서 진단에 사용된다. ⁹⁹Tc은 반대로 감마선 없이 베타 붕괴하므로 베타 입자원으로 쓰인다. 또, ²³⁵U의 핵분열 붕괴 산물이므로 가장 흔하고 쉽게 구할 수 있는 동위 원소이기도 하다.^{[14][15][17][16][5][18][19][20][16][21][27][47][50][48][49][25]}

테크네튬은 비교적 가벼운 원소임에도 불구하고 안정 동위 원소가 존재하지 않아, 표준 원자량이 정해지지 않는다. 중성자 수 55인 ⁹⁸Tc가 가장 장수명인 핵종이지만, 이것 또한 방사성 동위 원소이다.

일반적으로 원자핵은 양성자와 중성자의 수가 모두 짝수일 때 안정하고, 모두 홀수일 때는 불안정해진다.^[85] 더욱이 양성자 수와 중성자 수 사이에는 가장 안정적인 비율이 있으며, 베타 안정선^[86]이라고 불린다. 테크네튬의 경우 베타 안정선에 일치하는 ⁹⁸Tc는 '''양성자 수 43과 중성자 수 55'''로 홀수와 홀수의 불안정 핵종이다.

하지만 이것은 원자 번호가 홀수인 원소에 공통적인 현상이며, 대부분 그 다음으로 안정적인 핵종이 안정 동위 원소가 된다. "다음으로 안정적인 핵종"은 자동적으로 "질량수가 홀수인 핵종"이 되므로, 홀수의 같은 질량수를 가진 핵종 중에서 안정 핵종은 1개밖에 존재할 수 없는 제약(짝수의 같은 질량수를 가진 핵종은 안정 핵종이 복수 존재할 수 있다)^[87]을 받게 되었다. 중성자 수 54인 ⁹⁷Tc는 ⁹⁷Mo에, 마찬가지로 56인 ⁹⁹Tc는 ⁹⁹Ru에 안정성에서 밀려 불안정 핵종이 되었다.

중성자 수가 더 많거나 적은 핵종은 애초에 안정성의 토대에 오르지 못했고, 결과적으로 테크네튬 이외의 원소는 안정 동위 원소를 얻었지만, 테크네튬만 안정 동위 원소를 얻지 못했다. 그리하여 테크네튬은 안정 동위 원소가 존재하지 않는 방사성 원소가 되었다. 프로메튬도 비슷한 이유로 방사성 원소가 되었다.

5. 존재

지각에는 약 10^-9 ppm의 테크네튬이 존재하는데, 주로 우라늄광에서 우라늄의 자발핵분열을 통해 그 양이 유지된다.^[16][51][52] 자연에서는 매우 희귀하므로 주로 원자로의 다 쓴 핵연료봉이나 핵폐기물을 재처리하여 얻으며, 입자 가속기에서 ¹⁰⁰Mo에 양성자 빔을 쏘여 인공적으로 합성하기도 한다.

우주에서는 일부 적색거성의 흡수 스펙트럼에서 테크네튬이 관찰된 바 있다. 이러한 별들은 ‘테크네튬 별’로 불리기도 한다.^[53]

지구 지각에는 테크네튬이 약 1조 분의 0.003 정도의 미량으로 존재한다. 테크네튬이 이렇게 희귀한 이유는 ⁹⁷Tc와 ⁹⁸Tc의 반감기가 420만 년에 불과하기 때문이다. 지구가 형성된 이후 이 기간이 천 번 이상 지났으므로, 원시 핵종 테크네튬 원자가 살아남을 확률은 사실상 0이다. 그러나 소량은 자연적인 핵분열 생성물로서 우라늄 광석에 존재한다. 1kg의 우라늄에는 약 1 나노그램(10⁻⁹ g), 즉 10조 개의 테크네튬 원자가 포함되어 있다.^[16][51][52]

몇몇 적색 거성들은 S-, M-, N-형의 스펙트럼 유형을 가지며, 테크네튬의 존재를 나타내는 스펙트럼 흡수선을 보인다. 이러한 적색 거성들은 비공식적으로 테크네튬별로 알려져 있다.

현재, 테크네튬은 몇몇 항성의 스펙트럼선에서도 천연에서의 존재가 확인되고 있다. 지구상에서는 우라늄 광석 중에 미량의 자발 핵분열 생성물로서 발견된다. 의료용으로 사용되는 동위 원소는 방사성 폐기물 중에서 분리하여 얻는 방법과, 중성자가 조사된 몰리브덴 동위 원소로부터 얻는 방법이 있다.

6. 용도

^99mTc은 반감기가 짧고 감마선을 방출하는 성질을 이용하여 핵의학 분야에서 널리 사용되며, ^95mTc은 반감기가 61일로, 자연에서 테크네튬의 이동을 추적하는 방사성 동위 원소 추적자로 이용된다.

테크네튬은 레늄, 팔라듐과 같이 촉매로 이용된다. 아이소프로필 알코올의 탈수소화 반응 등 일부 반응에서는 레늄이나 팔라듐보다도 효율적이다. 과테크네튬산 염은 소량으로도 철의 부식을 막을 수 있는데, 예를 들어 과테크네튬산 칼륨은 강철 속에 55ppm 정도의 적은 농도로 포함되어 있어도 고온의 물 속에서 철의 부식을 막는다. 그러나 방사능 때문에 비등수형 원자로에는 사용하지 않으며, 촉매로 사용할 때도 주의가 필요하다.⁹⁹Tc은 거의 베타 붕괴만 하고 감마선은 방출하지 않으며, 반감기가 약 21만 년으로 비교적 길어 베타 입자 방출이 느리고, 핵폐기물에서 높은 순도로 추출할 수 있어 베타선원으로 많이 사용된다.

6. 1. 핵의학

6. 2. 공업 및 화학

7. 인체 영향 및 주의사항

테크네튬은 생물학적 역할이 알려져 있지 않으며, 일반적으로 체내에서도 발견되지 않는다. 쥐를 대상으로 한 동물 실험 결과 수 주간 1g 당 ⁹⁹Tc 15μg을 포함한 식품을 섭취해도 혈액 조성 및 체중 변화 등에 큰 변화가 없는 것으로 보아 화학적인 독성은 적은 것으로 추정된다^[96]. 그러나 미세한 테크네튬 입자가 폐에 들어가면 방사능으로 인해 폐암을 유발할 수도 있으므로 주의해서 취급해야 한다^[97].

테크네튬의 모든 동위원소는 주의해서 취급해야 한다. 가장 흔한 동위원소인 테크네튬-99는 약한 베타 방출체이며, 이러한 방사선은 실험실 유리 기구 벽에 의해 차단된다. 테크네튬을 취급할 때의 주요 위험은 먼지 흡입이며, 폐에서의 이러한 방사성 오염은 심각한 암 위험을 초래할 수 있다. 대부분의 작업에는 흄 후드에서 주의해서 취급하는 것으로 충분하며, 글로브 박스는 필요하지 않다.

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