Technétium - Définition

Caractéristiques générales

Le technétium est un métal radioactif gris-argent d'apparence semblable au platine ; il se présente généralement sous la forme d'une poudre grise. Il est situé dans la classification périodique entre le rhénium et le manganèse et ses propriétés sont intermédiaires entre celles de ces deux éléments chimiques. Le technétium est très rare sur Terre car il est l'élément le plus léger qui ne possède pas d'isotopes stable. Il ne joue pas de rôle biologique et ne se trouve normalement pas dans le corps humain, ni dans aucun autre être vivant.

La forme métallique du technétium se ternit lentement dans l'air humide. Ses oxydes sont TcO₂ et Tc₂O₇. Ses états d'oxydation sont 0, +2, +4, +5, +6 et +7. Dans des conditions oxydantes, le technétium (VII) va exister sous forme d'ion pertechnétate TcO₄^-. Le technétium peut bruler dans le dioxygène lorsqu'il se trouve sous forme de poudre grise. Il est soluble dans l'eau régale, l'acide nitrique et dans l'acide sulfurique concentré mais pas dans l'acide chlorhydrique. Son spectre possède des raies spectrales caractéristiques à 363, 403, 410, 426, 430, et à 485 nm.

Le technétium est légèrement paramagnétique : il n'est pas magnétique à l'état spontané, mais l'application d'un champ magnétique provoque l'apparition d'un moment magnétique proportionnel à l'intensité du champ et orienté dans le même sens. Il cristallise dans une structure hexagonale compacte. Le monocristal métallique pur de technétium est un supraconducteur de type II avec une température de transition à 7,46 K. Des cristaux irréguliers et des traces d'impuretés augmentent cette température à 11,2 K pour du technétium pur à 99,9 % en poudre. En dessous de cette température, le technétium a une très grande profondeur de pénétration magnétique, la plus grande parmi les éléments après le niobium.

Le technétium est produit principalement par les réactions nucléaires et se propage plus rapidement que de nombreux radioisotopes. Il a une faible toxicité chimique. La toxicité radiologique (par unité de masse) dépend de l'isotope, du type de radiation et de la demi-vie de cet isotope. En dépit de l'importance de la compréhension de la toxicité du technétium, les études expérimentales sont en nombre très limité.

Tous les isotopes du technétium doivent être manipulés avec précaution. L'isotope le plus courant, le technétium 99 est un faible émetteur de rayonnement β. Ces radiations peuvent être stoppées par les vitres de protection du laboratoire. De faibles rayons X sont émis par Bremsstrahlung lorsque les électrons sont stoppés, mais ces radiations ne présentent pas de danger tant que le corps humain se situe à plus de 30 centimètres de ces vitres. Le principal danger lorsqu'on travaille avec du technétium est l'inhalation de poussières radioactives. La contamination radioactive dans les poumons est un risque important de cancer. Pour la plupart des travaux avec le technétium, une hotte est suffisante et une boîte à gants n'est pas nécessaire.

Radioactivité

Le technétium n'a aucun isotope stable ; il est donc exclusivement radioactif. C'est l'élément le plus léger présentant cette propriété. Parmi les 82 premiers éléments chimiques, seuls 2 éléments sont exclusivement radioactifs : le technétium est le premier, l'autre est le prométhium.

Stabilité des isotopes du technétium

Les isotopes les plus stables sont le ⁹⁸Tc (demi-vie de 4,2 Ma), le ⁹⁷Tc (2,6 Ma) et le ⁹⁹Tc (211,1 ka).

Au total, 22 autres isotopes ont été caractérisés. Leur masse atomique varie entre 87,933 u (⁸⁸Tc) et 112,931 u (¹¹³Tc). La plupart d'entre eux ont une demi-vie inférieure à une heure. Les exceptions sont le ⁹³Tc (2,75 heures), le ⁹⁴Tc (4,883 heures), le ⁹⁵Tc (20 heures), et le ⁹⁶Tc (4,28 jours).

Le technétium a de nombreux états métastables : le ^97mTc est le plus stable avec une demi-vie de 90,1 jours (0,097 MeV). Il est suivi par le ^95mTc (demi-vie: 61 jours ; 0,038 MeV), et le ^99mTc (demi-vie : 6,01 heures ; 0,143 MeV). Le ^99mTc émet seulement des rayons gamma, pour former le ⁹⁹Tc.

Pour les isotopes plus légers que le ⁹⁸Tc, l'isotope le plus stable, le mode de décroissance radioactive est la capture électronique qui donne le molybdène. Pour les isotopes plus lourds que le ⁹⁸Tc, le mode principal de décroissance est l'émission bêta qui donne le ruthénium. Le ¹⁰⁰Tc est une exception : il peut subir une décroissance à la fois par capture électronique et par émission bêta.

Le technétium 99 (⁹⁹Tc) est le plus courant des isotopes du technétium. Un gramme de ⁹⁹Tc produit 6,2×10⁸ désintégrations par seconde (soit 0,62 GBq/g).

Explication de la stabilité

Le technétium et le prométhium sont des éléments chimiques légers inhabituels dans le sens où ils ne possèdent pas d'isotopes stables. L'explication de ce phénomène est quelque peu compliquée.

A partir du modèle de la goutte liquide décrivant les noyaux atomiques, on peut établir une formule semi-empirique (la formule de Weizsäcker) pour estimer l'énergie de liaison nucléaire. Cette formule prédit l'existence d'une "vallée de la stabilité bêta" dans laquelle un nucléide ne va pas subir de désintégration bêta. Les nucléides qui sont en haut de la paroi de la vallée vont se désintégrer pour « tomber » vers le centre de la vallée, en émettant un électron ou un positron, ou encore en capturant un électron.

Pour un nombre impair fixé de nucléons A, le graphe de l'énergie de liaison nucléaire en fonction du numéro atomique (nombre de protons) a la forme d'une parabole orientée vers le haut, le nucléide le plus stable étant situé à la base de la parabole. Une seule émission bêta ou une simple capture d'électron transforme le nucléide de masse A en nucléide de masse A+1 ou A-1 si le produit a une plus faible énergie de liaison nucléaire et si la différence d'énergie est suffisante pour permettre la décroissance radioactive. Quand il existe une seule parabole, il ne peut y avoir qu'un seul isotope stable sur cette parabole : celui dont l'énergie de liaison nucléaire est la plus élevée.

Pour un nombre pair fixé de nucléons A, le graphe de l'énergie de liaison nucléaire en fonction du numéro atomique est irrégulier et se représente plutôt par deux paraboles pour les numéros atomiques pairs et impairs, car les isotopes ayant un nombre pair de protons et de neutrons sont plus stables que ceux ayant un nombre impair de nucléons.

Dans le cas à deux paraboles, lorsque le nombre de nucléons est pair, il arrive exceptionnellement qu'il existe un noyau stable ayant un nombre impair de neutrons et de protons — c'est le cas pour trois noyaux légers : ²H, ⁶Li, ¹⁰B, ¹⁴N. Dans ce cas, il ne peut y avoir d'isotopes stables ayant un nombre pair de neutrons et de protons.

Pour le technétium, (Z=43), la "vallée de la stabilité bêta" est centrée autour de 98 nucléons. Cependant pour chaque nombre de nucléons entre 95 et 102, il existe déjà un nucléide stable de molybdène (Z=42) ou le ruthénium (Z=44). Or le technétium ne peut avoir qu'un seul isotope stable, car il a un nombre impair de protons et ne peut donc avoir d'isotope stable qu'avec un nombre impair de neutrons, maximisant l'énergie de liaison nucléaire ; dans la mesure où il existe déjà des isotopes stables de molybdène ou de ruthénium ayant le même nombre de masse que chacun des isotopes « stables » possibles du technétium, ces derniers auront nécessairement tendance à se transformer en l'un de ces isotopes stables de molybdène ou de ruthénium en changeant un neutron en proton ou réciproquement, respectivement par émission bêta ou par émission de positron ou capture électronique.