Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Schalen – eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo astat bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Mit ~ gekennzeichnete Werte sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 150 pm — that is 0.15 nm, so about 3333 million of them side by side would span a millimetre.
Temperaturbereich
Astat is liquid over a 35 K window, from 575 K to 610 K.
Die Geschichte
The rarest naturally occurring element on Earth — perhaps 25 grams exist in the entire crust at any moment.
Astat wurde 1940 von Dale Corson, Kenneth MacKenzie und Emilio Segrè an der University of California, Berkeley, entdeckt und war damit das letzte natürlich vorkommende Element, das entdeckt wurde. Das Team erzeugte Astat künstlich, indem es Bismut-209 im 60-Zoll-Zyklotron mit Alphateilchen beschoss und Astat-211 herstellte. Diese Entdeckung schloss die letzte Lücke im Periodensystem der natürlich vorkommenden Elemente.
Vor seiner Entdeckung war aufgrund des periodischen Gesetzes von Mendeleev bekannt, dass Element 85 existieren musste, doch es entzog sich jahrzehntelang dem Nachweis. Es waren viele falsche Entdeckungsansprüche erhoben worden, mit vorgeschlagenen Namen wie „Alabamin“ (1931) und „Dor“ (1936). Das Berkeley-Team nannte seine Entdeckung zunächst „Alabamin“, änderte den Namen später jedoch in „Astat“, abgeleitet vom griechischen Wort „astatos“ für „instabil“, was seine radioaktive Natur perfekt beschreibt.
Die Entdeckung erforderte für das Jahr 1940 unglaublich fortschrittliche Verfahren. Das Team musste Astat von anderen radioaktiven Produkten unterscheiden, indem es Zerfallsmuster, Halbwertszeiten und chemisches Verhalten untersuchte. Es wies die Existenz von Astat nach, indem es zeigte, dass es sich chemisch wie ein Halogen verhielt, mit organischen Lösungsmitteln extrahiert werden konnte und die für Element 85 vorhergesagten radioaktiven Eigenschaften besaß.
Obwohl Astat zunächst künstlich erzeugt wurde, bestätigten Wissenschaftler 1943 sein natürliches Vorkommen, indem sie es in Uran-Zerfallsreihen identifizierten. Dadurch wurde Astat zu einem einzigartigen Element, das künstlich erzeugt wurde, bevor es in der Natur gefunden wurde – ein Beleg sowohl für den menschlichen Erfindungsreichtum als auch für die extreme Seltenheit des Elements in natürlichen Systemen.
Anwendungen
Astat-211 stellt eines der vielversprechendsten Radioisotope für die gezielte Alphatherapie (TAT) in der modernen Nuklearmedizin dar. Seine Halbwertszeit von 7.2 Stunden bietet das optimale therapeutische Zeitfenster – lang genug für die komplexe Herstellung von Radiopharmaka und die Behandlung von Patienten, aber kurz genug, um die langfristige Strahlenbelastung zu minimieren. Forschungseinrichtungen weltweit untersuchen, wie At-211 an monoklonale Antikörper gekoppelt zur Behandlung verschiedener Krebsarten eingesetzt werden kann, darunter Glioblastome, Eierstockkrebs und hämatologische Malignome.
Trotz seiner extremen Seltenheit (zu jedem Zeitpunkt existieren auf der Erde weniger als 30 Gramm) dient Astat als wichtiger Tracer in Experimenten der Kernphysik. Forscher verwenden mikroskopische Mengen, um das Verhalten der Halogenchemie zu untersuchen und besser zu verstehen, wie sich andere Halogene unter extremen Bedingungen verhalten könnten. Seine einzigartige Stellung als schwerstes natürlich vorkommendes Halogen macht es unverzichtbar für die Überprüfung von Vorhersagen des Periodensystems und quantenmechanischer Modelle.
Astat-Isotope helfen Wissenschaftlern, Wege des radioaktiven Zerfalls und die Kernstabilität zu verstehen. At-210 bis At-219 liefern Erkenntnisse über Alphazerfallsprozesse und helfen bei der Kalibrierung von Detektionsgeräten für andere radioaktive Materialien. Diese Untersuchungen sind für die Entsorgung nuklearer Abfälle, die radiologische Sicherheit und die Weiterentwicklung unseres Verständnisses der Synthese superschwerer Elemente unerlässlich.
Während echte Astatproben unvorstellbar selten und gefährlich sind, helfen Computersimulationen und theoretische Modelle des Astatverhaltens bei der Ausbildung von Kernchemikern und Strahlenphysikern. Das Verständnis der Prinzipien der Astatchemie bereitet Forscher auf die Arbeit mit anderen instabilen, schweren Elementen vor und unterstützt die Entwicklung von Sicherheitsprotokollen für die Erforschung superschwerer Elemente.
Astat-211 wird intensiv als Krebsbehandlung der nächsten Generation untersucht. Anders als die in der konventionellen Strahlentherapie verwendeten Betastrahler emittiert At-211 hochenergetische Alphateilchen, die Krebszellen mit punktgenauer Präzision zerstören können und dabei nur minimale Schäden am umliegenden gesunden Gewebe verursachen. An großen Krebszentren laufen klinische Studien, doch die extreme Schwierigkeit bei der Herstellung von At-211 beschränkt seine Verfügbarkeit auf nur die am stärksten spezialisierten Forschungseinrichtungen.
Forscher verwenden Femtogramm-Mengen (10^-15 Gramm) von Astat-Isotopen, um das chemische Verhalten zu untersuchen und theoretische Vorhersagen über die Eigenschaften von Halogenen zu überprüfen. Diese Untersuchungen helfen, Computermodelle zu validieren, mit denen das Verhalten anderer seltener Elemente vorhergesagt wird, und tragen zu unserem Verständnis der chemischen Bindung in schweren Atomen bei.
Bekannte Mengen von Astat-Isotopen dienen als Referenzstandards für die Kalibrierung empfindlicher Strahlungsdetektionsgeräte. Diese Anwendung ist für die nukleare Sicherheit, die Umweltüberwachung und die Sicherstellung der Genauigkeit medizinischer Strahlentherapiegeräte von entscheidender Bedeutung.
Aufgrund seiner extremen Seltenheit und Radioaktivität besitzt Astat keine kommerziellen Anwendungen. Alle Verwendungen sind auf hochspezialisierte akademische und medizinische Forschung in Einrichtungen mit den fortschrittlichsten Strahlenschutzprotokollen beschränkt. Der größte Teil der Astatforschung ist theoretischer Natur und verwendet Computermodelle statt echter Proben.
Woher es stammt
0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements
Astat gilt als das seltenste natürlich vorkommende Element auf der Erde. Zu jedem Zeitpunkt befinden sich schätzungsweise insgesamt weniger als 30 Gramm in der gesamten Erdkruste. Diese außergewöhnliche Seltenheit ergibt sich aus seiner Stellung in mehreren radioaktiven Zerfallsreihen und seiner extrem kurzen Halbwertszeit, wodurch es seltener ist als viele künstlich erzeugte Elemente.
Natürliches Astat kommt ausschließlich als Zwischenprodukt in drei großen radioaktiven Zerfallsreihen vor: der Uran-235-Reihe (mit At-215 und At-219), der Uran-238-Reihe (mit At-218) und der Thorium-232-Reihe (mit At-216). Diese Isotope entstehen, wenn schwerere radioaktive Elemente wie Francium, Radium und Polonium einem Alpha- oder Betazerfall unterliegen, zerfallen jedoch schnell weiter, typischerweise innerhalb von Sekunden bis Stunden.
Da Astat durch radioaktiven Zerfall und nicht durch geologische Prozesse entsteht, gibt es keine konzentrierten Vorkommen oder spezifische geografische Verteilung. Spurenmengen existieren überall dort, wo Uran- und Thoriumerze gefunden werden, darunter Orte wie das Athabasca-Becken in Kanada, Olympic Dam in Australien sowie verschiedene Fundorte in Kasachstan, Namibia und den westlichen Vereinigten Staaten. Die Konzentrationen sind jedoch so unendlich klein, dass eine Gewinnung unmöglich ist.
Das langlebigste natürliche Astat-Isotop, At-219, hat eine Halbwertszeit von nur 56 Sekunden, während At-215 lediglich 0.1 Millisekunden besteht. Das bedeutet, dass Astat-Atome in uranhaltigen Gesteinen kontinuierlich entstehen und zerstört werden. Das Element befindet sich in einem dynamischen Gleichgewicht – neue Atome entstehen durch radioaktiven Zerfall ungefähr mit derselben Rate, mit der vorhandene Atome in andere Elemente zerfallen.
Handhabung
Astat ist radioaktiv. It has no stable isotope — every nucleus decays. Die Handhabung erfordert geeignete Abschirmung und eine Genehmigung.
Astat gehört zu den gefährlichsten bekannten radioaktiven Elementen. Alle Isotope emittieren hochenergetische Alphateilchen, einige außerdem Betateilchen und Gammastrahlung. Selbst mikroskopische Mengen können tödliche Strahlendosen verursachen. At-211, das am intensivsten untersuchte Isotop, emittiert Alphateilchen mit 5.9 MeV, die schwere Zellschäden und die Zerstörung der DNA verursachen können.
Die Astatforschung erfordert Einrichtungen zur Strahlungsabschirmung der höchsten Stufe (entspricht Biosicherheitsstufe 3+). Alle Arbeiten müssen in speziellen Heißen Zellen mit ferngesteuerten Manipulationsgeräten durchgeführt werden. Das Personal muss vollständige Strahlenschutzanzüge mit unabhängiger Luftversorgung tragen und einer kontinuierlichen Strahlungsüberwachung unterliegen. Selbst die kleinste Verschüttung könnte ein gesamtes Labor dauerhaft kontaminieren.
Es gibt keine sichere Menge an Astat, der man ausgesetzt sein kann. Die Neigung des Elements, sich in der Schilddrüse anzureichern (wie Iod), macht es besonders gefährlich und kann möglicherweise Schilddrüsenkrebs, Strahlenkrankheit und den Tod verursachen. Die biologische Halbwertszeit beim Menschen ist aufgrund ethischer Einschränkungen unbekannt, doch Tierversuche deuten auf eine schnelle Aufnahme und schwere Gewebeschäden hin.
Astat ist nur für zugelassene kerntechnische Forschungseinrichtungen mit geeigneten Einschlussmöglichkeiten verfügbar. Der Transport erfordert spezielle Genehmigungen der Nuclear Regulatory Commission und gepanzerte Fahrzeuge, die für hochradioaktive Materialien ausgelegt sind. Überall dort, wo Astat vorhanden ist, müssen Notfallmaßnahmen vorbereitet sein, einschließlich Evakuierungsverfahren und spezieller medizinischer Behandlung bei Strahlenexposition.
Schnelle Antworten
Astat (symbol At) is element 85 on the periodic table, a halbmetall 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.Astat melts at 575 K (301.9 °C) and boils at 610 K (336.9 °C).
Astat 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.
Astat 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.
Astat 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.
Astat was discovered in 1940 by Corson, MacKenzie & Segre. It is named after greek astatos, "unstable".
Astat does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.
Yes. Astat has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.