Structure
Ce n’est pas un diagramme de points sur des anneaux — c’est un échantillon de Monte-Carlo de la masse volumique de probabilité réelle |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre montre où se situe astate parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites et non mesurées.
Taille, à l’échelle
Radius 150 pm — that is 0.15 nm, so about 3333 million of them side by side would span a millimetre.
Plage thermique
Astate is liquid over a 35 K window, from 575 K to 610 K.
L’histoire
The rarest naturally occurring element on Earth — perhaps 25 grams exist in the entire crust at any moment.
L’astate a été découvert en 1940 par Dale Corson, Kenneth MacKenzie et Emilio Segrè à l’Université de Californie à Berkeley, ce qui en fait le dernier élément naturel à avoir été découvert. L’équipe a créé artificiellement l’astate en bombardant du bismuth-209 avec des particules alpha dans le cyclotron de 60 pouces, produisant de l’astate-211. Cette découverte a comblé la dernière lacune du tableau périodique des éléments naturels.
Avant sa découverte, l’existence de l’élément 85 était connue sur la base de la loi périodique de Mendeleïev, mais il avait échappé à la détection pendant des décennies. De nombreuses affirmations erronées avaient été formulées, avec des noms proposés comme « alabamine » (1931) et « dor » (1936). L’équipe de Berkeley a d’abord appelé sa découverte « alabamine », puis a changé ce nom en « astate », d’après le mot grec « astatos », qui signifie « instable » et décrit parfaitement sa nature radioactive.
La découverte a exigé des techniques extrêmement sophistiquées pour l’année 1940. L’équipe a dû distinguer l’astate des autres produits radioactifs en étudiant les schémas de désintégration, les demi-vies et le comportement chimique. Elle a prouvé l’existence de l’astate en montrant qu’il se comportait chimiquement comme un halogène, qu’il pouvait être extrait à l’aide de solvants organiques et qu’il possédait les propriétés radioactives prévues pour l’élément 85.
Bien qu’il ait d’abord été créé artificiellement, les scientifiques ont confirmé l’existence naturelle de l’astate en 1943 en l’identifiant dans les chaînes de désintégration de l’uranium. L’astate est ainsi devenu un élément unique, créé artificiellement avant d’être découvert dans la nature, ce qui met en évidence à la fois l’ingéniosité humaine et son extrême rareté dans les systèmes naturels.
Applications
L’astate-211 représente l’un des radioisotopes les plus prometteurs pour la thérapie alpha ciblée (TAT) en médecine nucléaire moderne. Sa demi-vie de 7.2 heures offre une fenêtre thérapeutique idéale : suffisamment longue pour permettre la préparation complexe des produits radiopharmaceutiques et le traitement des patients, mais suffisamment courte pour limiter l’exposition aux rayonnements à long terme. Des instituts de recherche du monde entier étudient l’At-211 conjugué à des anticorps monoclonaux pour traiter différents cancers, notamment le glioblastome, le cancer de l’ovaire et les tumeurs malignes hématologiques.
Malgré son extrême rareté (moins de 30 grammes existent sur Terre à un moment donné), l’astate sert de traceur essentiel dans les expériences de physique nucléaire. Les chercheurs utilisent des quantités microscopiques pour étudier le comportement de la chimie des halogènes et mieux comprendre comment les autres halogènes pourraient se comporter dans des conditions extrêmes. Sa position unique de halogène naturel le plus lourd le rend central pour tester les prédictions du tableau périodique et les modèles de mécanique quantique.
Les isotopes de l’astate aident les scientifiques à comprendre les voies de désintégration radioactive et la stabilité nucléaire. L’At-210 à l’At-219 fournissent des informations sur les processus de désintégration alpha et aident à étalonner les équipements de détection destinés à d’autres matières radioactives. Ces études sont essentielles pour la gestion des déchets nucléaires, la sécurité radiologique et l’avancement de notre compréhension de la synthèse des éléments superlourds.
Bien que les échantillons réels d’astate soient d’une rareté et d’une dangerosité extrêmes, les simulations informatiques et les modèles théoriques du comportement de l’astate aident à former les chimistes nucléaires et les physiciens de la santé. Comprendre les principes de la chimie de l’astate prépare les chercheurs à travailler avec d’autres éléments instables et lourds, et contribue à élaborer des protocoles de sécurité pour la recherche sur les éléments superlourds.
L’astate-211 fait l’objet d’études intensives en tant que traitement anticancéreux de nouvelle génération. Contrairement aux émetteurs bêta utilisés en radiothérapie conventionnelle, l’At-211 émet des particules alpha de haute énergie capables de détruire les cellules cancéreuses avec une précision extrême tout en causant des dommages minimes aux tissus sains environnants. Des essais cliniques sont en cours dans de grands centres de lutte contre le cancer, mais l’extrême difficulté de produire de l’At-211 limite sa disponibilité aux établissements de recherche les plus spécialisés.
Les chercheurs utilisent des quantités de l’ordre du femtogramme (10^-15 grammes) d’isotopes de l’astate pour étudier le comportement chimique et tester les prédictions théoriques concernant les propriétés des halogènes. Ces études contribuent à valider les modèles informatiques utilisés pour prédire le comportement d’autres éléments rares et approfondissent notre compréhension des liaisons chimiques dans les atomes lourds.
Des quantités connues d’isotopes de l’astate servent d’étalons de référence pour étalonner les équipements sensibles de détection des rayonnements. Cette application est essentielle pour la sécurité nucléaire, la surveillance environnementale et la garantie de la précision des équipements de radiothérapie médicale.
En raison de son extrême rareté et de sa radioactivité, l’astate n’a aucune application commerciale. Toutes les utilisations sont limitées à des recherches universitaires et médicales hautement spécialisées, menées dans des installations disposant des protocoles de sécurité radiologique les plus avancés. La plupart des recherches sur l’astate sont théoriques et utilisent des modèles informatiques plutôt que des échantillons réels.
D’où il vient
0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements
L’astate est réputé être l’élément naturel le plus rare sur Terre, avec une abondance totale estimée à moins de 30 grammes dans l’ensemble de la croûte terrestre à un moment donné. Cette rareté exceptionnelle résulte de sa présence dans plusieurs chaînes de désintégration radioactive et de sa demi-vie extrêmement courte, ce qui le rend plus rare que de nombreux éléments créés artificiellement.
L’astate naturel se trouve exclusivement sous forme de produits intermédiaires dans trois grandes séries de désintégration radioactive : la série de l’uranium-235 (produisant l’At-215 et l’At-219), la série de l’uranium-238 (produisant l’At-218) et la série du thorium-232 (produisant l’At-216). Ces isotopes se forment lorsque des éléments radioactifs plus lourds comme le francium, le radium et le polonium subissent une désintégration alpha ou bêta, mais ils se désintègrent rapidement à leur tour, généralement en quelques secondes ou quelques heures.
Comme l’astate se forme par désintégration radioactive plutôt que par des processus géologiques, il n’existe pas de gisements concentrés ni de répartition géographique spécifique. Des traces existent partout où l’on trouve des minerais d’uranium et de thorium, notamment dans des régions comme le bassin d’Athabasca au Canada, Olympic Dam en Australie, ainsi que dans divers sites du Kazakhstan, de Namibie et de l’ouest des États-Unis. Cependant, les concentrations sont si infinitésimales que l’extraction est impossible.
L’isotope naturel de l’astate ayant la plus longue durée de vie, l’At-219, possède une demi-vie de seulement 56 secondes, tandis que l’At-215 ne dure que 0.1 milliseconde. Cela signifie que des atomes d’astate sont continuellement créés et détruits dans les roches contenant de l’uranium. L’élément existe dans un état d’équilibre dynamique : de nouveaux atomes se forment par désintégration radioactive à peu près au même rythme que les atomes existants se désintègrent en d’autres éléments.
Manipulation
Astate est radioactif. It has no stable isotope — every nucleus decays. La manipulation nécessite un blindage et des autorisations appropriés.
L’astate est l’un des éléments radioactifs connus les plus dangereux. Tous ses isotopes émettent des particules alpha de haute énergie, et certains émettent également des particules bêta et des rayons gamma. Même des quantités microscopiques peuvent délivrer des doses de rayonnement létales. L’At-211, l’isotope le plus étudié, émet des particules alpha de 5.9 MeV qui peuvent provoquer de graves dommages cellulaires et la destruction de l’ADN.
La recherche sur l’astate exige des installations de confinement radiologique du plus haut niveau (équivalent au niveau de biosécurité 3+). Tous les travaux doivent être réalisés dans des cellules chaudes spécialisées équipées de dispositifs de manipulation à distance. Le personnel doit porter des combinaisons complètes de protection contre les rayonnements, avec une alimentation en air indépendante, et faire l’objet d’une surveillance radiologique continue. Même le plus petit déversement pourrait contaminer définitivement un laboratoire entier.
Il n’existe aucun niveau d’exposition sûr à l’astate. La tendance de l’élément à se concentrer dans la glande thyroïde (comme l’iode) le rend particulièrement dangereux et peut provoquer un cancer de la thyroïde, une maladie des rayonnements et la mort. La demi-vie biologique chez l’être humain est inconnue en raison de contraintes éthiques, mais les études animales suggèrent une assimilation rapide et de graves lésions tissulaires.
L’astate est disponible uniquement pour les installations de recherche nucléaire agréées et disposant de capacités de confinement appropriées. Son transport exige des permis spéciaux de la Nuclear Regulatory Commission et des véhicules blindés conçus pour les matières radioactives de haut niveau. Des protocoles d’intervention d’urgence doivent être en place partout où l’astate est présent, notamment des procédures d’évacuation et un traitement médical spécialisé en cas d’exposition aux rayonnements.
Réponses rapides
Astate (symbol At) is element 85 on the periodic table, a métalloïde 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.Astate melts at 575 K (301.9 °C) and boils at 610 K (336.9 °C).
Astate 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.
Astate 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.
Astate 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.
Astate was discovered in 1940 by Corson, MacKenzie & Segre. It is named after greek astatos, "unstable".
Astate does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.
Yes. Astate has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.