Tecneti: nguyên tố đầu tiên con người tự làm ra

Sáu lần báo tìm ra, sáu lần phải rút lại

Năm 1871, khi Mendeleev xếp bảng tuần hoàn, ông để trống một ô giữa molipden và ruteni. Ông tiên đoán tính chất của nguyên tố sẽ nằm ở đó và gọi tạm là eka-mangan, nghĩa là nguyên tố đứng ngay dưới mangan một ô.

Ô ấy trống rất lâu, và trong lúc trống thì có ít nhất 6 lần người ta tuyên bố đã tìm ra nguyên tố số 43. Lần nào cũng hoá ra là nhầm: có lần là hợp kim của hai nguyên tố đã biết, có lần là một nguyên tố khác hoàn toàn. Lần đáng kể nhất là năm 1925, khi ba nhà hoá học Đức công bố tìm được cùng lúc hai nguyên tố mới, số 75 và số 43.

Số 75 là thật, đó chính là reni. Số 43 thì không ai lặp lại được kết quả của họ.

Segrè và Perrier tìm ra tecneti năm 1937

Năm 1936, Emilio Segrè từ Palermo sang thăm phòng thí nghiệm của Ernest Lawrence ở Berkeley. Ở đó có cỗ máy cyclotron do Lawrence phát minh. Máy này dùng từ trường để tăng tốc hạt rồi bắn vào bia kim loại. Segrè xin mang về mấy linh kiện cũ đã nhiễm phóng xạ sau nhiều tháng bị chùm hạt bắn vào.

Sau đó Lawrence gửi cho Segrè qua đường bưu điện một lá molipden từng là bộ phận lái chùm hạt trong máy. Lá kim loại ấy phóng xạ, và câu hỏi là phóng xạ đó đến từ đâu. Segrè cùng Carlo Perrier làm một loạt phép thử hoá học và chứng minh chất đang phát xạ là nguyên tố số 43, chưa từng có trong bảng.

Năm đó là 1937. Lãnh đạo Đại học Palermo muốn đặt tên theo tên Latin của thành phố, thành "panormium". Nhưng tới năm 1947, khi công bố chính thức, hai người chọn chữ Hy Lạp technetos, nghĩa là nhân tạo. Đây là nguyên tố đầu tiên con người làm ra trước khi tìm thấy ở đâu trong tự nhiên.

Vì sao ô 43 không thể có đồng vị bền

Tecneti không có đồng vị bền vì cách hạt nhân xếp chỗ, không phải vì xui. Quy tắc Mattauch nói rằng hai nguyên tố đứng cạnh nhau trong bảng tuần hoàn không thể cùng có đồng vị bền ở cùng một số khối. Số khối là tổng số proton và neutron trong hạt nhân.

Tecneti kẹt đúng giữa hai hàng xóm đã lấy hết chỗ. Molipden ở ô 42 và ruteni ở ô 44 đều có đồng vị bền ở những số khối mà tecneti có thể nhận. Vì vậy mọi cách sắp proton và neutron của tecneti đều dẫn tới một hạt nhân phân rã sớm hay muộn. Trong các nguyên tố nhẹ, chỉ còn một nguyên tố nữa bị như vậy là prometi.

Hệ quả là tecneti gần như biến mất khỏi Trái Đất. Một kg urani tự nhiên chỉ chứa chừng 1 nanogam tecneti. Chỗ đó sinh ra khi hạt nhân urani tự vỡ đôi mà không cần ai bắn phá, rồi lại phân rã đi gần hết. Toàn bộ tecneti mà con người dùng hôm nay đến từ thanh nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng.

Sao khổng lồ đỏ vẫn đang tạo ra tecneti

Năm 1952, nhà thiên văn Paul Merrill soi phổ ánh sáng của mấy ngôi sao khổng lồ đỏ loại S. Trong phổ đó có vạch của tecneti.

Tecneti không sống được lâu. Nếu ngôi sao mang sẵn tecneti từ lúc hình thành, chỗ đó đã phân rã hết từ lâu trước khi ánh sáng kịp tới Trái Đất. Còn đo được nghĩa là ngôi sao vẫn đang làm ra tecneti ngay lúc này, ngay trong lòng sao.

Đây là bằng chứng trực tiếp đầu tiên cho một ý tưởng trước đó mới chỉ có trên giấy. Các nguyên tố nặng không phải đều sinh ra từ thuở vũ trụ mới hình thành, mà đang được các ngôi sao chế tạo tiếp. Loại sao này vì thế được gọi là sao tecneti.

Chữ "m" trong tecneti-99m nghĩa là gì

Đồng vị quen thuộc nhất của tecneti là tecneti-99m, chất dùng để chụp hình trong bệnh viện. Chữ m là viết tắt của trạng thái siêu bền, nghĩa là chỉ bền tạm thời. Hạt nhân này có đúng số proton và neutron như tecneti-99 thường, chỉ khác là đang ở mức năng lượng cao hơn. Hạt nhân ở lại mức đó lâu bất thường, 6,01 giờ, rồi mới tụt xuống.

Lúc tụt xuống, hạt nhân không đổi số proton hay neutron, chỉ nhả năng lượng thừa ra. Chừng 88% số lần là dưới dạng tia gamma, chừng 12% là bắn ra một electron của chính nguyên tử đó.

Nhờ vậy tecneti-99m rất hợp để chụp hình. Tia gamma 140,5 keV vừa đủ mạnh để xuyên qua người ra ngoài cho máy dò bắt được. Hạt beta và hạt alpha, hai loại gây liều xạ nặng hơn nhiều, thì gần như không có.

Tecneti lại có tới 9 trạng thái oxy hoá, nên gắn được vào rất nhiều loại phân tử. Người ta lợi dụng chỗ đó để dựng hơn 50 loại thuốc phóng xạ, mỗi loại đưa tecneti tới một cơ quan. Có loại đi thẳng vào xương, có loại vượt được hàng rào máu não, có loại bám vào cơ tim.

Pertechnetat chống gỉ thép tốt nhất từng thử

Pertechnetat là dạng tecneti tan được trong nước. Hoà 55 phần triệu muối đó vào nước là đủ giữ cho thép cacbon không gỉ, kể cả khi nước nóng tới 250 độ C. Một mẫu thép ngâm như vậy suốt 20 năm vẫn nguyên vẹn. So với cromat, chất chống ăn mòn quen thuộc, pertechnetat chỉ cần một phần 10 nồng độ.

Nhưng ở đúng mức ấy, dung dịch có độ phóng xạ chừng 3 megabecquerel mỗi lít, nên chỉ dùng được trong hệ thống kín tuyệt đối. Người ta từng định dùng cho lò phản ứng nước sôi, và chưa bao giờ làm thật.

Con người làm ra tecneti năm 1937, rồi năm 1947 đặt tên cho kim loại ấy theo một chữ nghĩa là nhân tạo. 15 năm sau, Merrill thấy các ngôi sao cũng đang làm ra tecneti, và đã làm từ rất lâu.

5 điều cần nhớ về tecneti

1. 1 Tecneti là nguyên tố nhẹ nhất không có lấy một đồng vị bền, và là nguyên tố đầu tiên con người làm ra trước khi tìm thấy trong tự nhiên.
2. 2 Ô số 43 trống suốt từ năm 1871, với ít nhất 6 lần có người tuyên bố tìm ra rồi phải rút lại.
3. 3 Quy tắc Mattauch giải thích vì sao ô này không thể bền, vì hai nguyên tố kề bên đã chiếm hết chỗ.
4. 4 Năm 1952, vạch tecneti trong ánh sáng sao khổng lồ đỏ là bằng chứng trực tiếp cho việc sao vẫn đang chế tạo nguyên tố nặng.
5. 5 Pertechnetat là chất chống ăn mòn thép tốt nhất từng thử, nhưng phóng xạ nên không ai dùng được ngoài phòng thí nghiệm.

Tecneti không có đồng vị bền, nên con số khối lượng là của đồng vị sống lâu nhất, theo CIAAW/IUPAC 2021; các giá trị còn lại theo PubChem (NCBI/NIH). Quy tắc Mattauch, chuyện Mendeleev để trống ô 43, sáu lần tuyên bố nhầm, chuyện Segrè với Perrier và lá molipden, phát hiện của Merrill năm 1952, cơ chế chuyển đổi đồng phân của tecneti-99m, và số liệu pertechnetat chống ăn mòn đều theo Wikipedia, đọc bản wikitext gốc. Bài không nêu đích danh ngôi sao Merrill quan sát vì hai trang nguồn ghi hai tên khác nhau. Đối chiếu lần cuối 12/09/2026.