85 At أستاتين 210*
شبه فلز المستوى الفرعي p الدورة 6 المجموعة 17 مشعة

أستاتين

At · العنصر 85 · شبه فلز

أندر عنصر يحدث طبيعيًا على الأرض؛ وربما يوجد منه 25 غرامًا في القشرة الأرضية بأكملها في أي لحظة.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 210 u
التوزيع الإلكتروني[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁵
84Po كل العناصر الـ118 86Rn

البنية

ذرة أستاتين

ليس مخططًا لنقاط على حلقات — بل عينة مونتِ كارلو من كثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل غلاف فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين لدالة الموجة، وهذا ما يجعل الترابط ممكنًا.

سحابة المدار

القيم المقاسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع أستاتين بين جميع العناصر الـ118 بالنسبة إلى تلك الخاصية.

الفيزيائية

الكثافة 7 g/cm³~ 41%
نقطة الانصهار 575 K 28%
نقطة الغليان 610 K 16%
الحرارة النوعية —
الموصلية الحرارية 1.7 W/m·K 16%

الذرية

نصف القطر الذري 150 pm 43%
نصف القطر التساهمي 150 pm
نصف قطر فان دير فالس 202 pm

الإلكترونية

الكهروسلبية 2.2 78%
طاقة التأين 899.2 kJ/mol 80%
الألفة الإلكترونية 270.2 kJ/mol 95%

الوجود

الوفرة في القشرة 0 mg/kg 0%

الهوية

الرمزAt
العدد الذري85
الكتلة الذرية210 u
الفئةشبه فلز
المستوى الفرعيp
البنية البلوريةunknown
حالات الأكسدة-1, +1, +3, +5, +7
سنة الاكتشاف1940
اكتشفهCorson, MacKenzie & Segre

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق المقياس

ما حجم ذرة أستاتين؟

نصف القطر 150 pm — أي 0.15 nm، ولذلك فإن نحو 3.33 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.

المدى الحراري

صلب، سائل، غاز — ومتى

يكون أستاتين سائلًا ضمن مجال 35 K، من 575 K إلى 610 K.

موضعه

موضعه في الجدول

تقع أستاتين في الدورة 6، والمجموعة 17. تشترك جميع العناصر في المجموعة 17 في العدد نفسه من الإلكترونات الخارجية، ولذلك تتصرف بطريقة متشابهة جدًا.

عناصر أشباه الفلزات الأخرى

5B 14Si 32Ge 33As 51Sb 52Te
جميع عناصر أشباه الفلزات

القصة

ماهيّة أستاتين وكيف اكتشفناه

أندر عنصر يحدث طبيعيًا على الأرض؛ وربما يوجد منه 25 غرامًا في القشرة الأرضية بأكملها في أي لحظة.

اكتشاف أستاتين

اكتشاف فريق Berkeley (1940)

اكتشف Dale Corson وKenneth MacKenzie وEmilio Segrè الأستاتين عام 1940 في University of California, Berkeley، مما جعله آخر عنصر موجود طبيعياً يُكتشف. وأنشأ الفريق الأستاتين اصطناعياً بقذف البزموت-209 بجسيمات ألفا في السيكلوترون ذي 60 بوصة، منتجاً Astatine-211. وقد ملأ هذا الاكتشاف الفجوة الأخيرة في الجدول الدوري للعناصر الموجودة طبيعياً.

البحث عن العنصر 85

قبل اكتشافه، كان من المعروف وجود العنصر 85 استناداً إلى القانون الدوري لمندلييف، لكنه ظل بعيداً عن الكشف لعقود. وقد أُطلقت ادعاءات كاذبة كثيرة، مع اقتراح أسماء مثل "alabamine" (1931) و"dor" (1936). وسمّى فريق Berkeley اكتشافه في البداية "alabamine"، لكنه غيّره لاحقاً إلى "astatine" المشتق من الكلمة اليونانية "astatos" التي تعني "غير مستقر"، وهو وصف دقيق لطبيعته المشعة.

تحديات الكشف

تطلب الاكتشاف تقنيات متطورة للغاية بالنسبة إلى عام 1940. وكان على الفريق تمييز الأستاتين من النواتج المشعة الأخرى من خلال دراسة أنماط الاضمحلال، وأعمار النصف، والسلوك الكيميائي. وأثبتوا وجود الأستاتين بإظهار أنه يتصرف كيميائياً مثل الهالوجين، وأنه يمكن استخراجه بالمذيبات العضوية، وأنه يمتلك الخصائص المشعة المتوقعة للعنصر 85.

تأكيد وجوده الطبيعي لاحقاً

مع أنه أُنشئ اصطناعياً أولاً، أكد العلماء لاحقاً وجود الأستاتين الطبيعي عام 1943 من خلال تحديده في سلاسل اضمحلال اليورانيوم. وهذا ما جعل الأستاتين فريداً بوصفه عنصراً أُنشئ اصطناعياً قبل العثور عليه في الطبيعة، مما يبرز براعة الإنسان وندرة العنصر الشديدة في الأنظمة الطبيعية.

الاستخدامات

استخدامات أستاتين

تطبيقات أبحاث الطاقة النووية

يمثل Astatine-211 أحد أكثر النظائر المشعة للعلاج بألفا الموجّه (TAT) الواعدة في الطب النووي الحديث. ويوفر عمر النصف البالغ 7.2 ساعة نافذة علاجية مثالية؛ فهي طويلة بما يكفي لتحضير المستحضرات الصيدلانية الإشعاعية المعقدة وعلاج المرضى، وقصيرة بما يكفي لتقليل التعرض للإشعاع على المدى الطويل. وتبحث مؤسسات بحثية في أنحاء العالم اقتران At-211 بالأجسام المضادة وحيدة النسيلة لعلاج أنواع مختلفة من السرطان، منها الورم الأرومي الدبقي، وسرطان المبيض، والأورام الخبيثة الدموية.

أدوات البحث العلمي

على الرغم من ندرته الشديدة (إذ لا يوجد في الأرض في أي وقت أكثر من 30 غراماً منه)، يُستخدم الأستاتين كمتتبّع أساسي في تجارب الفيزياء النووية. ويستخدم الباحثون كميات مجهرية منه لدراسة سلوك كيمياء الهالوجينات، مما يساعد على فهم كيفية تصرف الهالوجينات الأخرى في الظروف القاسية. ويجعل موقعه الفريد بوصفه أثقل هالوجين موجود طبيعياً منه أداة لا غنى عنها لاختبار تنبؤات الجدول الدوري ونماذج ميكانيكا الكم.

دراسات الكيمياء الإشعاعية

تساعد نظائر الأستاتين العلماء على فهم مسارات الاضمحلال المشع والاستقرار النووي. وتوفر النظائر من At-210 إلى At-219 رؤى حول عمليات اضمحلال ألفا، وتساعد على معايرة معدات الكشف عن المواد المشعة الأخرى. وتُعد هذه الدراسات أساسية لإدارة النفايات النووية، والأمن الإشعاعي، وتعزيز فهمنا لتخليق العناصر فائقة الثقل.

التعليم والتدريب

مع أن عينات الأستاتين الفعلية نادرة وخطيرة إلى حد يستحيل معه الحصول عليها عملياً، تساعد المحاكاة الحاسوبية والنماذج النظرية لسلوك الأستاتين على تدريب الكيميائيين النوويين وفيزيائيي الصحة. ويهيئ فهم مبادئ كيمياء الأستاتين الباحثين للعمل مع العناصر الثقيلة الأخرى غير المستقرة، ويساعد على تطوير بروتوكولات السلامة لأبحاث العناصر فائقة الثقل.

البحث الطبي (محدود للغاية)

تُجرى دراسات مكثفة على Astatine-211 بوصفه علاجاً للسرطان من الجيل التالي. فعلى خلاف باعثات بيتا المستخدمة في العلاج الإشعاعي التقليدي، يبعث At-211 جسيمات ألفا عالية الطاقة يمكنها تدمير الخلايا السرطانية بدقة بالغة مع إحداث ضرر ضئيل بالأنسجة السليمة المحيطة. وتجري حالياً تجارب سريرية في مراكز السرطان الكبرى، إلا أن الصعوبة الشديدة في إنتاج At-211 تحد من توفره في أكثر مرافق البحث تخصصاً فقط.

دراسات المتتبعات

يستخدم الباحثون كميات بالفيمتوغرام (10^-15 غرام) من نظائر الأستاتين لدراسة السلوك الكيميائي واختبار التنبؤات النظرية المتعلقة بخصائص الهالوجينات. وتساعد هذه الدراسات على التحقق من صحة النماذج الحاسوبية المستخدمة للتنبؤ بسلوك العناصر النادرة الأخرى، وتسهم في فهمنا للروابط الكيميائية في الذرات الثقيلة.

معايرة أجهزة الكشف عن الإشعاع

تُستخدم كميات معروفة من نظائر الأستاتين كمعايير مرجعية لمعايرة أجهزة الكشف الحساسة عن الإشعاع. ويُعد هذا الاستخدام أساسياً للأمن النووي، والرصد البيئي، وضمان دقة معدات العلاج الإشعاعي الطبي.

البحث الأكاديمي فقط

بسبب ندرته الشديدة ونشاطه الإشعاعي، لا يمتلك الأستاتين أي استخدامات تجارية. وتقتصر جميع استخداماته على الأبحاث الأكاديمية والطبية المتخصصة للغاية، التي تُجرى في مرافق تمتلك أكثر بروتوكولات السلامة الإشعاعية تقدماً. ومعظم أبحاث الأستاتين نظرية، وتستخدم النماذج الحاسوبية بدلاً من العينات الفعلية.

مصدره

الوجود الطبيعي

0 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 0% من العناصر

أندر عنصر طبيعي

يتميز الأستاتين بأنه أندر عنصر موجود طبيعياً على الأرض، إذ يُقدَّر إجمالي وفرته بأقل من 30 غراماً في القشرة الأرضية بأكملها في أي لحظة. وتنجم هذه الندرة الاستثنائية عن وجوده في سلاسل اضمحلال مشعة متعددة وعن قِصر عمر النصف الشديد له، مما يجعله أندر من العديد من العناصر المصطنعة.

أصول الاضمحلال المشع

يوجد الأستاتين الطبيعي حصراً بوصفه ناتجاً وسيطاً في ثلاث سلاسل رئيسية للاضمحلال المشع: سلسلة اليورانيوم-235 (التي تنتج At-215 وAt-219)، وسلسلة اليورانيوم-238 (التي تنتج At-218)، وسلسلة الثوريوم-232 (التي تنتج At-216). وتتكون هذه النظائر عندما تخضع العناصر المشعة الأثقل، مثل الفرانسيوم والراديوم والبولونيوم، لاضمحلال ألفا أو بيتا، لكنها تواصل اضمحلالها سريعاً، عادةً خلال ثوانٍ إلى ساعات.

التوزيع الجغرافي

لأن الأستاتين يتكون من خلال الاضمحلال المشع لا العمليات الجيولوجية، فلا توجد له رواسب مركزة أو توزيـع جغرافي محدد. وتوجد كميات ضئيلة منه حيثما توجد خامات اليورانيوم والثوريوم، بما في ذلك مواقع مثل حوض أثاباسكا في كندا، وسد أولمبيك في أستراليا، ومواقع مختلفة في كازاخستان وناميبيا وغرب الولايات المتحدة. إلا أن تركيزاته ضئيلة إلى حد لا يمكن معه استخراجه.

الوجود الزمني

يمتلك أطول نظائر الأستاتين الطبيعية عمراً، At-219، عمر نصف لا يتجاوز 56 ثانية، في حين لا يدوم At-215 سوى 0.1 ميلي ثانية. وهذا يعني أن ذرات الأستاتين تتكون باستمرار وتتحطم في الصخور الحاوية لليورانيوم. ويوجد العنصر في حالة اتزان ديناميكي؛ إذ تتكون الذرات الجديدة من الاضمحلال المشع بمعدل يقارب معدل اضمحلال الذرات الموجودة إلى عناصر أخرى.

التعامل

السلامة

أستاتين مشع. لا يملك نظيرًا مستقرًا — تتحلل كل نواة. يتطلب التعامل معه تدريعًا وترخيصًا مناسبين.

خطر إشعاعي شديد للغاية

يُعد الأستاتين أحد أخطر العناصر المشعة المعروفة. فجميع نظائره تبعث جسيمات ألفا عالية الطاقة، كما يبعث بعضها جسيمات بيتا وأشعة غاما. وحتى الكميات المجهرية منه يمكن أن تسبب جرعات إشعاعية مميتة. ويبعث At-211، وهو النظير الأكثر دراسة، جسيمات ألفا بطاقة 5.9 MeV يمكن أن تسبب ضرراً خلوياً شديداً وتدميراً للحمض النووي.

يلزم التعامل المتخصص

تتطلب أبحاث الأستاتين مرافق احتواء إشعاعي بأعلى مستوى (ما يعادل مستوى السلامة الحيوية 3+). ويجب إجراء جميع الأعمال في خلايا ساخنة متخصصة مزودة بمعدات للتشغيل عن بُعد. ويجب أن يرتدي العاملون بدلات حماية إشعاعية كاملة مزودة بإمدادات هواء مستقلة، وأن يخضعوا للرصد الإشعاعي المستمر. فقد يؤدي انسكاب أصغر كمية إلى تلويث مختبر بأكمله بشكل دائم.

لا يوجد مستوى تعرض آمن

لا يوجد مستوى آمن للتعرض للأستاتين. ويجعل ميل العنصر إلى التركز في الغدة الدرقية (مثل اليود) منه خطراً بصفة خاصة، إذ قد يسبب سرطان الغدة الدرقية، وداء الإشعاع، والوفاة. ولا يُعرف عمر النصف البيولوجي له لدى البشر بسبب القيود الأخلاقية، إلا أن الدراسات على الحيوانات تشير إلى امتصاص سريع وضرر شديد بالأنسجة.

يقتصر على مرافق البحث

لا يتوفر الأستاتين إلا لمرافق الأبحاث النووية المرخصة التي تمتلك قدرات الاحتواء المناسبة. ويتطلب نقله تصاريح خاصة من هيئة التنظيم النووي ومركبات مدرعة مصممة للمواد المشعة عالية المستوى. ويجب وضع بروتوكولات للاستجابة للطوارئ في كل مكان يوجد فيه الأستاتين، بما في ذلك إجراءات الإخلاء والعلاج الطبي المتخصص للتعرض للإشعاع.

إجابات سريعة

أسئلة شائعة عن أستاتين

ما هو أستاتين؟

أستاتين (رمزه At) هو العنصر 85 في الجدول الدوري، وينتمي إلى شبه فلز في الدورة 6 والمجموعة 17. أندر عنصر يحدث طبيعيًا على الأرض؛ وربما يوجد منه 25 غرامًا في القشرة الأرضية بأكملها في أي لحظة. في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً، وهو مشع.

ما التوزيع الإلكتروني لـ أستاتين؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـأستاتين هو [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁵، ويشغل 6 مستويات من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 8, 18, 32, 18, 7. يحتوي غلافه الخارجي على 7 إلكتروناتٍ، وهذا ما يحدد سلوكه في الترابط.

ما نقطتا انصهار وغليان أستاتين؟

ينصهر أستاتين عند 575 K (301.9 °C) ويغلي عند 610 K (336.9 °C).

ما الكتلة الذرية لـ أستاتين؟

لا يملك أستاتين أي نظير مستقر، ولذلك لا يملك وزناً ذرياً معيارياً. والرقم المذكور، 210، هو العدد الكتلي لأطول نظائره المعروفة عمراً.

ما كثافة أستاتين؟

يُتوقع أن تبلغ كثافة أستاتين نحو 7 g/cm³، مع أنه لم تُصنع قط عينة كبيرة بما يكفي لوزنها. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³ للمقارنة.

ما الكهروسلبية لـ أستاتين؟

تبلغ كهروسلبية أستاتين وفق مقياس باولنغ 2.2. ويتراوح المقياس من 0.70 (الفرانسيوم، الأقل ميلاً إلى جذب الإلكترونات) إلى 3.98 (الفلور، الأكثر ميلاً). تميل القيم ضمن هذا النطاق المتوسط إلى تكوين روابط تساهمية بدلًا من الروابط الأيونية القوية.

من اكتشف أستاتين ومتى؟

اكتُشف أستاتين في 1940 على يد Corson, MacKenzie & Segre. سُمّي على اسم astatos باليونانية، وتعني «غير مستقر».

ما مدى وفرة أستاتين على الأرض؟

لا يوجد أستاتين طبيعيًا على الأرض بأي كمية تُذكر — بل يُنتج في مفاعل أو مُسرّع.

هل أستاتين مشع؟

نعم. لا يوجد لـ أستاتين أي نظير مستقر — إذ تتحلل كل نواته. توجد كميات ضئيلة منه طبيعيًا بوصفها نواتج اضمحلال العناصر الأثقل.

→ السابق Po بولونيوم العنصر 84 · فلز بعد انتقالي التالي ← Rn رادون العنصر 86 · غاز نبيل