At · Élément 85 · Métalloïde
L’élément naturel le plus rare sur Terre — peut-être 25 grammes existent-ils dans toute la croûte terrestre à un instant donné.
Structure
Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |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 indique 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 plutôt que mesurées.
Taille, à l’échelle
Rayon de 150 pm — soit 0,15 nm ; il en faudrait donc environ 3,33 millions côte à côte pour couvrir un millimètre.
Plage thermique
Astate est liquide dans une plage de 35 K, de 575 K à 610 K.
L’histoire
L’élément naturel le plus rare sur Terre — peut-être 25 grammes existent-ils dans toute la croûte terrestre à un instant donné.
L’astate a été découvert en 1940 par Dale Corson, Kenneth MacKenzie et Emilio Segrè à l’Université de Californie à Berkeley, devenant ainsi le dernier élément naturel 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 grâce à la loi périodique de Mendeleïev, mais il avait échappé à la détection pendant des décennies. De nombreuses fausses annonces avaient été faites, avec des noms proposés comme « alabamine » (1931) et « dor » (1936). L’équipe de Berkeley a d’abord appelé sa découverte « alabamine », puis a changé son nom en « astate », dérivé du mot grec « astatos », signifiant « instable », ce qui décrit parfaitement sa nature radioactive.
La découverte nécessitait des techniques incroyablement sophistiquées pour l’époque, en 1940. L’équipe devait distinguer l’astate des autres produits radioactifs en étudiant les modes 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, pouvait être extrait avec des solvants organiques et possédait les propriétés radioactives prédites 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 l’extrême rareté de l’élément 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 préparer des radiopharmaceutiques complexes et traiter les 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 divers 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 tout moment), l’astate sert de traceur essentiel dans les expériences de physique nucléaire. Les chercheurs en utilisent des quantités microscopiques pour étudier le comportement chimique des halogènes et comprendre comment d’autres halogènes pourraient se comporter dans des conditions extrêmes. Sa position unique de halogène naturel le plus lourd le rend précieux 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. De l’At-210 à l’At-219, ils fournissent des informations sur les processus de désintégration alpha et aident à étalonner les équipements de détection d’autres matériaux radioactifs. Ces études sont essentielles pour la gestion des déchets nucléaires, la sécurité radiologique et l’avancement de nos connaissances sur la synthèse des éléments superlourds.
Bien que les échantillons réels d’astate soient impossiblement rares et dangereux, les simulations informatiques et les modèles théoriques de son comportement contribuent à former les radiochimistes et les physiciens de la santé. Comprendre les principes de la chimie de l’astate prépare les chercheurs à travailler avec d’autres éléments lourds instables et aide 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 d’importants centres anticancéreux, bien que l’extrême difficulté de production 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 son 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 ses utilisations sont limitées à des recherches universitaires et médicales hautement spécialisées, menées dans des établissements dotés 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 de la croûte terrestre · plus abondant que 0 % des éléments
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 apparaît exclusivement comme produit intermédiaire 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 à 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 particulière. Des quantités infimes sont présentes partout où l’on trouve des minerais d’uranium et de thorium, notamment dans le bassin d’Athabasca au Canada, à Olympic Dam en Australie, ainsi que dans divers sites du Kazakhstan, de Namibie et de l’ouest des États-Unis. Toutefois, les concentrations sont si infinitésimales qu’une extraction est impossible.
L’isotope naturel de l’astate à la durée de vie la plus longue, l’At-219, a une demi-vie de seulement 56 secondes, tandis que l’At-215 ne dure que 0,1 milliseconde. Cela signifie que les 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. Il ne possède aucun isotope stable : chaque noyau se désintègre. Sa manipulation exige un blindage et des autorisations appropriés.
L’astate est l’un des éléments radioactifs les plus dangereux connus. 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 mortelles. L’At-211, l’isotope le plus étudié, émet des particules alpha de 5.9 MeV pouvant causer de graves dommages cellulaires et la destruction de l’ADN.
La recherche sur l’astate nécessite des installations de confinement radiologique du plus haut niveau (équivalent au niveau de biosécurité 3+). Tout travail doit être effectué dans des cellules chaudes spécialisées équipées de systèmes de manipulation à distance. Le personnel doit porter des combinaisons complètes de protection contre les rayonnements avec alimentation en air indépendante et faire l’objet d’une surveillance radiologique continue. Même le plus petit déversement pourrait contaminer définitivement tout un laboratoire.
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 captation rapide et de graves lésions tissulaires.
L’astate est disponible uniquement pour les établissements de recherche nucléaire agréés disposant de capacités de confinement appropriées. Son transport nécessite des permis spéciaux de la Nuclear Regulatory Commission et des véhicules blindés conçus pour les matières hautement radioactives. 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 (symbole At) est l’élément 85 du tableau périodique, un Métalloïde de la période 6, du groupe 17. L’élément naturel le plus rare sur Terre — peut-être 25 grammes existent-ils dans toute la croûte terrestre à un instant donné. À température ambiante, c’est un solide et il est radioactif.
[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁵ ; elle comporte 6 couches occupées, avec la répartition 2, 8, 18, 32, 18, 7. Sa couche externe contient 7 électrons, ce qui détermine son comportement en matière de liaisons.Astate fond à 575 K (301.9 °C) et bout à 610 K (336.9 °C).
Astate n’a aucun isotope stable ; il n’a donc pas de masse atomique standard. La valeur indiquée, 210, est le nombre de masse de son isotope connu ayant la plus longue durée de vie.
On prévoit que Astate aura une masse volumique d’environ 7 g/cm³, bien qu’aucun échantillon suffisamment grand pour être pesé n’ait jamais été produit. À titre de comparaison, l’eau a une masse volumique de 1.0 g/cm³.
Astate a une électronégativité de Pauling de 2.2. L’échelle va de 0.70 (le francium, le moins attiré par les électrons) à 3.98 (le fluor, le plus attiré). Les valeurs de cette plage intermédiaire tendent à former des liaisons covalentes plutôt que des liaisons fortement ioniques.
Astate a été découvert en 1940 par Corson, MacKenzie & Segre. Il porte le nom de grec astatos, « instable ».
Astate n’existe pas naturellement sur Terre en quantité significative — il est produit dans un réacteur ou un accélérateur.
Oui. Astate ne possède aucun isotope stable — chacun de ses noyaux se désintègre. De faibles quantités sont présentes naturellement comme produits de désintégration d’éléments plus lourds.