البنية
ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.
القيم المقيسة
يوضح كل شريط موضع أستاتين بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.
المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.
الحجم، وفق مقياس
Radius 150 pm — that is 0.15 nm, so about 3333 million of them side by side would span a millimetre.
النطاق الحراري
أستاتين is liquid over a 35 K window, from 575 K to 610 K.
القصة
The rarest naturally occurring element on Earth — perhaps 25 grams exist in the entire crust at any moment.
اكتشف ديل كورسون وكينيث ماكنزي وإميليو سيغري الأستاتين عام 1940 في جامعة كاليفورنيا، Berkeley، مما جعله آخر عنصر موجود طبيعياً يُكتشف. وأنشأ الفريق الأستاتين صناعياً بقذف البزموت-209 بجسيمات ألفا في السيكلوترون ذي الـ60 بوصة، منتجاً Astatine-211. وقد سد هذا الاكتشاف الفجوة الأخيرة في الجدول الدوري للعناصر الموجودة طبيعياً.
قبل اكتشافه، كان من المعروف وجود العنصر 85 استناداً إلى القانون الدوري لمندليف، لكنه استعصى على الكشف عقوداً طويلة. وقدمت ادعاءات زائفة كثيرة، مع أسماء مقترحة مثل "alabamine" (1931) و"dor" (1936). وسمى فريق Berkeley اكتشافه في البداية "alabamine"، لكنه غير الاسم لاحقاً إلى "astatine" المشتق من الكلمة اليونانية "astatos" التي تعني "غير مستقر"، وهو وصف مثالي لطبيعته المشعة.
تطلب الاكتشاف تقنيات بالغة التطور بالنسبة إلى عام 1940. واضطر الفريق إلى تمييز الأستاتين من النواتج المشعة الأخرى بدراسة أنماط التحلل وأعمار النصف والسلوك الكيميائي. وأثبتوا وجود الأستاتين بإظهار أنه يتصرف كيميائياً مثل هالوجين، ويمكن استخراجه بالمذيبات العضوية، وله الخصائص المشعة المتوقعة للعنصر 85.
رغم إنشائه أولاً صناعياً، أكد العلماء لاحقاً وجود الأستاتين الطبيعي عام 1943 بتحديده في سلاسل تحلل اليورانيوم. وجعل ذلك الأستاتين فريداً بوصفه عنصراً أُنشئ صناعياً قبل العثور عليه في الطبيعة، مما يبرز براعة الإنسان وندرة العنصر الشديدة في النظم الطبيعية.
الاستخدامات
يمثل Astatine-211 أحد أكثر النظائر المشعة للعلاج الموجَّه بجسيمات ألفا (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 المؤسسات العلمية في جميع أنحاء العالم في ربط At-211 بالأجسام المضادة وحيدة النسيلة لعلاج أنواع مختلفة من السرطان، بما في ذلك الورم الأرومي الدبقي وسرطان المبيض والأورام الخبيثة الدموية.
على الرغم من ندرته الشديدة (إذ لا يوجد أكثر من 30 غراماً منه في الأرض في أي وقت)، يعمل الأستاتين كمتتبِّع مهم في تجارب الفيزياء النووية. ويستخدم الباحثون كميات مجهرية منه لدراسة سلوك كيمياء الهالوجينات، مما يساعد على فهم كيفية سلوك الهالوجينات الأخرى في الظروف القاسية. ويجعل موقعه الفريد بوصفه أثقل هالوجين موجود طبيعياً منه أداة لا تقدر بثمن لاختبار تنبؤات الجدول الدوري ونماذج ميكانيكا الكم.
تساعد نظائر الأستاتين العلماء على فهم مسارات التحلل المشع والاستقرار النووي. وتوفر النظائر At-210 إلى At-219 رؤى حول عمليات تحلل ألفا، وتساعد على معايرة معدات الكشف عن المواد المشعة الأخرى. وهذه الدراسات ضرورية لإدارة النفايات النووية والأمن الإشعاعي وتعزيز فهمنا لتخليق العناصر فائقة الثقل.
رغم أن عينات الأستاتين الفعلية نادرة على نحو يستحيل معه الحصول عليها وخطيرة، 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 وضع بروتوكولات السلامة لأبحاث العناصر فائقة الثقل.
تجري دراسة Astatine-211 بكثافة بوصفه علاجاً من الجيل التالي للسرطان. وعلى 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 توافره في أكثر مرافق البحث تخصصاً فقط.
يستخدم الباحثون كميات بالفيمتوغرام (10^-15 غرام) من نظائر الأستاتين لدراسة السلوك الكيميائي واختبار التنبؤات النظرية حول خصائص الهالوجينات. وتساعد هذه الدراسات على التحقق من صحة النماذج الحاسوبية المستخدمة للتنبؤ بسلوك العناصر النادرة الأخرى، وتسهم في فهمنا للروابط الكيميائية في الذرات الثقيلة.
تعمل كميات معروفة من نظائر الأستاتين كمعايير مرجعية لمعايرة معدات الكشف الحساسة عن الإشعاع. ويعد هذا الاستخدام مهماً للأمن النووي والرصد البيئي وضمان دقة معدات العلاج الإشعاعي الطبي.
بسبب ندرته الشديدة ونشاطه الإشعاعي، لا توجد للأستاتين تطبيقات تجارية. وتقتصر جميع الاستخدامات على البحوث الأكاديمية والطبية المتخصصة للغاية، التي تجرى في مرافق مزودة بأكثر بروتوكولات السلامة الإشعاعية تطوراً. ومعظم أبحاث الأستاتين نظرية، وتستخدم نماذج حاسوبية بدلاً من العينات الفعلية.
مصدره
0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements
يتميز الأستاتين بأنه أندر عنصر موجود طبيعياً على الأرض، إذ تقدر وفرة الكمية الإجمالية منه بأقل من 30 غراماً في كامل القشرة الأرضية في أي لحظة. وينتج هذا الندرة الاستثنائية عن وجوده في سلاسل تحلل مشع متعددة وعن عمر نصفه القصير للغاية، مما يجعله أندر من كثير من العناصر المستحدثة صناعياً.
يوجد الأستاتين الطبيعي حصراً بوصفه نواتج وسيطة في ثلاث سلاسل رئيسية للتحلل 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 تتحلل العناصر المشعة الأثقل مثل الفرانسيوم والراديوم والبولونيوم بتحلل ألفا أو بيتا، لكنها تتحلل سريعاً بدورها، عادةً خلال ثوانٍ إلى ساعات.
لأن الأستاتين يتكون من خلال التحلل 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، وأولمبيك دام في أستراليا، ومواقع مختلفة في كازاخستان وناميبيا وغرب الولايات المتحدة. ومع ذلك، فإن التراكيز ضئيلة إلى حد يستحيل معه استخراجه.
يبلغ عمر نصف أطول نظائر الأستاتين الطبيعية عمراً، At-219، 56 ثانية فقط، بينما لا يدوم At-215 سوى 0.1 ميلي ثانية. وهذا يعني أن ذرات الأستاتين تتكون وتتحطم باستمرار في الصخور الحاوية لليورانيوم. ويوجد العنصر في حالة اتزان ديناميكي؛ إذ تتكون الذرات الجديدة من التحلل المشع تقريباً بالمعدل نفسه الذي تتحلل به الذرات الموجودة إلى عناصر أخرى.
التعامل
أستاتين مشع. It has no stable isotope — every nucleus decays. يتطلب التعامل معه تدريعًا وترخيصًا مناسبين.
الأستاتين واحد من أخطر العناصر المشعة المعروفة. فجميع نظائره تبعث جسيمات ألفا عالية الطاقة، كما يبعث بعضها أيضاً جسيمات بيتا وأشعة غاما. ويمكن حتى للكميات المجهرية أن تسبب جرعات إشعاعية مميتة. ويبعث At-211، وهو النظير الأكثر دراسة، جسيمات ألفا بطاقة 5.9 MeV يمكنها إحداث أضرار خلوية شديدة وتدمير الحمض النووي.
تتطلب أبحاث الأستاتين مرافق احتواء إشعاعي من أعلى مستوى (ما يعادل مستوى السلامة الحيوية 3+). ويجب إجراء جميع الأعمال في خلايا ساخنة متخصصة مزودة بمعدات للتحكم عن بُعد. ويجب على العاملين ارتداء بدلات حماية إشعاعية كاملة مزودة بإمدادات هواء مستقلة والخضوع للمراقبة الإشعاعية المستمرة. وقد يؤدي حتى أصغر انسكاب إلى تلويث مختبر بأكمله بصورة دائمة.
لا يوجد مستوى آمن للتعرض للأستاتين. وتجعل قابلية العنصر للتركز في الغدة الدرقية (مثل اليود) منه خطراً بوجه خاص، إذ قد يسبب سرطان الغدة الدرقية وداء الإشعاع والوفاة. وعمر النصف البيولوجي لدى البشر غير معروف بسبب القيود الأخلاقية، لكن الدراسات على الحيوانات تشير إلى امتصاص سريع وأضرار شديدة في الأنسجة.
لا يتوفر الأستاتين إلا لمرافق البحوث النووية المرخصة ذات قدرات الاحتواء المناسبة. ويتطلب نقله تصاريح خاصة من هيئة التنظيم النووي ومركبات مدرعة مصممة للمواد المشعة عالية المستوى. ويجب أن تكون بروتوكولات الاستجابة للطوارئ جاهزة حيثما يوجد الأستاتين، بما في ذلك إجراءات الإخلاء والعلاج الطبي المتخصص للتعرض الإشعاعي.
إجابات سريعة
أستاتين (symbol At) is element 85 on the periodic table, a شبه فلز in period 6, group 17. The rarest naturally occurring element on Earth — perhaps 25 grams exist in the entire crust at any moment. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.
[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁵, giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 18, 7 electrons respectively. Its outer shell holds 7 electrons, which is what sets its bonding behaviour.أستاتين melts at 575 K (301.9 °C) and boils at 610 K (336.9 °C).
أستاتين has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 210, is the mass number of its longest-lived known isotope.
أستاتين is predicted to have a density of about 7 g/cm³, though no sample large enough to weigh has ever been made. Water is 1.0 g/cm³ for comparison.
أستاتين has a Pauling electronegativity of 2.2. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
أستاتين was discovered in 1940 by Corson, MacKenzie & Segre. It is named after greek astatos, "unstable".
أستاتين does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.
Yes. أستاتين has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.