At · Elemento 85 · Metalloide
L'elemento presente in natura più raro sulla Terra: forse in ogni momento ne esistono 25 grammi nell'intera crosta terrestre.
Struttura
Non è un diagramma di punti su gusci — è un campione Monte Carlo dell'effettiva densità di probabilità |ψ|² per ogni sottoguscio occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il violetto indicano i segni opposti della funzione d'onda, che rendono possibile la formazione dei legami.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca astato tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati con ~ sono previsti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Raggio 150 pm — cioè 0,15 nm, quindi ne servirebbero circa 3,33 milioni affiancati per coprire un millimetro.
Intervallo termico
Astato è liquido in un intervallo di 35 K, da 575 K a 610 K.
La storia
L'elemento presente in natura più raro sulla Terra: forse in ogni momento ne esistono 25 grammi nell'intera crosta terrestre.
L'astato fu scoperto nel 1940 da Dale Corson, Kenneth MacKenzie ed Emilio Segrè presso la University of California, Berkeley, diventando l'ultimo elemento naturale a essere scoperto. Il team creò artificialmente l'astato bombardando il bismuto-209 con particelle alfa nel ciclotrone da 60 pollici, producendo astato-211. Questa scoperta colmò l'ultima lacuna nella tavola periodica degli elementi naturali.
Prima della sua scoperta, si sapeva che l'elemento 85 esisteva in base alla legge periodica di Mendeleev, ma era sfuggito al rilevamento per decenni. Erano state avanzate molte false rivendicazioni, con nomi proposti come "alabamine" (1931) e "dor" (1936). Il team di Berkeley chiamò inizialmente la scoperta "alabamine", ma in seguito cambiò il nome in "astatine", dalla parola greca "astatos", che significa "instabile" e descrive perfettamente la sua natura radioattiva.
La scoperta richiese tecniche incredibilmente sofisticate per il 1940. Il team dovette distinguere l'astato dagli altri prodotti radioattivi studiando i modelli di decadimento, i tempi di dimezzamento e il comportamento chimico. Dimostrarono l'esistenza dell'astato mostrando che si comportava chimicamente come un alogeno, poteva essere estratto con solventi organici e possedeva le proprietà radioattive previste per l'elemento 85.
Sebbene fosse stato creato inizialmente in modo artificiale, gli scienziati confermarono in seguito l'esistenza naturale dell'astato nel 1943, identificandolo nelle catene di decadimento dell'uranio. Ciò rese l'astato unico in quanto elemento creato artificialmente prima di essere trovato in natura, mettendo in luce sia l'ingegno umano sia la sua estrema rarità nei sistemi naturali.
Applicazioni
L'astato-211 rappresenta uno dei radioisotopi per la terapia alfa mirata (TAT) più promettenti nella medicina nucleare moderna. Il suo tempo di dimezzamento di 7,2 ore offre la finestra terapeutica ideale: abbastanza lunga per la preparazione complessa dei radiofarmaci e il trattamento dei pazienti, ma sufficientemente breve da ridurre al minimo l'esposizione alle radiazioni a lungo termine. Gli istituti di ricerca di tutto il mondo stanno studiando l'At-211 coniugato ad anticorpi monoclonali per il trattamento di vari tumori, tra cui il glioblastoma, il cancro ovarico e le neoplasie ematologiche.
Nonostante la sua estrema rarità (in ogni momento esistono sulla Terra meno di 30 grammi), l'astato funge da tracciante fondamentale negli esperimenti di fisica nucleare. I ricercatori usano quantità microscopiche per studiare il comportamento della chimica degli alogeni, contribuendo a comprendere come potrebbero comportarsi gli altri alogeni in condizioni estreme. La sua posizione unica come alogeno naturale più pesante lo rende prezioso per verificare le previsioni della tavola periodica e i modelli della meccanica quantistica.
Gli isotopi dell'astato aiutano gli scienziati a comprendere i percorsi del decadimento radioattivo e la stabilità nucleare. Da At-210 ad At-219 forniscono informazioni sui processi di decadimento alfa e aiutano a calibrare le apparecchiature di rilevamento per altri materiali radioattivi. Questi studi sono essenziali per la gestione dei rifiuti nucleari, la sicurezza radiologica e il progresso nella comprensione della sintesi degli elementi superpesanti.
Sebbene i campioni reali di astato siano incredibilmente rari e pericolosi, le simulazioni al computer e i modelli teorici del comportamento dell'astato aiutano a formare i chimici nucleari e i fisici sanitari. Comprendere i principi della chimica dell'astato prepara i ricercatori a lavorare con altri elementi instabili e pesanti e contribuisce a sviluppare protocolli di sicurezza per la ricerca sugli elementi superpesanti.
L'astato-211 è oggetto di studi intensivi come trattamento antitumorale di nuova generazione. A differenza degli emettitori beta usati nella radioterapia convenzionale, l'At-211 emette particelle alfa ad alta energia che possono distruggere le cellule tumorali con precisione mirata, causando al contempo danni minimi ai tessuti sani circostanti. Sono in corso studi clinici presso importanti centri oncologici, sebbene l'estrema difficoltà di produzione dell'At-211 ne limiti la disponibilità alle strutture di ricerca più specializzate.
I ricercatori usano quantità dell'ordine dei femtogrammi (10^-15 grammi) di isotopi dell'astato per studiare il comportamento chimico e verificare le previsioni teoriche sulle proprietà degli alogeni. Questi studi aiutano a convalidare i modelli informatici usati per prevedere il comportamento di altri elementi rari e contribuiscono alla comprensione dei legami chimici negli atomi pesanti.
Quantità note di isotopi dell'astato fungono da standard di riferimento per calibrare le apparecchiature sensibili di rilevamento delle radiazioni. Questa applicazione è fondamentale per la sicurezza nucleare, il monitoraggio ambientale e la verifica dell'accuratezza delle apparecchiature per la radioterapia medica.
A causa della sua estrema rarità e radioattività, l'astato non ha applicazioni commerciali. Tutti gli usi sono limitati alla ricerca accademica e medica altamente specializzata, condotta in strutture dotate dei protocolli di sicurezza dalle radiazioni più avanzati. La maggior parte della ricerca sull'astato è teorica e utilizza modelli informatici anziché campioni reali.
Da dove proviene
0 mg/kg della crosta terrestre · più abbondante del 0% degli elementi
L'astato detiene il primato di elemento naturale più raro sulla Terra, con un'abbondanza totale stimata inferiore a 30 grammi nell'intera crosta terrestre in ogni dato momento. Questa straordinaria scarsità deriva dalla sua posizione in molteplici catene di decadimento radioattivo e dal suo tempo di dimezzamento estremamente breve, che lo rende più raro di molti elementi creati artificialmente.
In natura, l'astato si presenta esclusivamente come prodotto intermedio in tre principali serie di decadimento radioattivo: la serie dell'uranio-235 (che produce At-215 e At-219), la serie dell'uranio-238 (che produce At-218) e la serie del torio-232 (che produce At-216). Questi isotopi si formano quando elementi radioattivi più pesanti come il francio, il radio e il polonio subiscono un decadimento alfa o beta, ma decadono rapidamente a loro volta, in genere nell'arco di pochi secondi o ore.
Poiché l'astato si forma attraverso il decadimento radioattivo anziché mediante processi geologici, non presenta giacimenti concentrati né una distribuzione geografica specifica. Tracce di astato esistono ovunque si trovino minerali di uranio e torio, comprese località come il bacino di Athabasca in Canada, Olympic Dam in Australia e vari siti in Kazakistan, Namibia e negli Stati Uniti occidentali. Tuttavia, le concentrazioni sono infinitesimalmente piccole, rendendone impossibile l'estrazione.
L'isotopo naturale dell'astato con la vita più lunga, At-219, ha un tempo di dimezzamento di soli 56 secondi, mentre At-215 dura appena 0,1 millisecondi. Ciò significa che gli atomi di astato vengono continuamente creati e distrutti nelle rocce contenenti uranio. L'elemento esiste in uno stato di equilibrio dinamico: nuovi atomi si formano dal decadimento radioattivo all'incirca alla stessa velocità con cui gli atomi esistenti decadono in altri elementi.
Manipolazione
Astato è radioattivo. Non ha isotopi stabili: ogni nucleo decade. La gestione richiede schermatura e autorizzazioni adeguate.
L'astato è uno degli elementi radioattivi più pericolosi conosciuti. Tutti gli isotopi emettono particelle alfa ad alta energia e alcuni emettono anche particelle beta e raggi gamma. Anche quantità microscopiche possono produrre dosi letali di radiazioni. L'At-211, l'isotopo più studiato, emette particelle alfa da 5,9 MeV che possono causare gravi danni cellulari e la distruzione del DNA.
La ricerca sull'astato richiede strutture di contenimento delle radiazioni del livello più elevato (equivalente al livello 3+ di biosicurezza). Tutte le attività devono essere condotte in celle calde specializzate con apparecchiature per la manipolazione a distanza. Il personale deve indossare tute complete di protezione dalle radiazioni con sistemi indipendenti di alimentazione dell'aria e sottoporsi a un monitoraggio continuo delle radiazioni. Anche la più piccola fuoriuscita potrebbe contaminare permanentemente un intero laboratorio.
Non esiste un livello sicuro di esposizione all'astato. La tendenza dell'elemento a concentrarsi nella ghiandola tiroidea (come lo iodio) lo rende particolarmente pericoloso e può causare cancro alla tiroide, malattia da radiazioni e morte. Il tempo di dimezzamento biologico negli esseri umani è sconosciuto per motivi etici, ma gli studi sugli animali suggeriscono un rapido assorbimento e gravi danni ai tessuti.
L'astato è disponibile solo per strutture di ricerca nucleare autorizzate e dotate di adeguate capacità di contenimento. Il trasporto richiede permessi speciali della Nuclear Regulatory Commission e veicoli blindati progettati per materiali radioattivi ad alta attività. Devono essere predisposti protocolli di risposta alle emergenze ovunque sia presente astato, comprese procedure di evacuazione e trattamenti medici specializzati per l'esposizione alle radiazioni.
Risposte rapide
Astato (simbolo At) è l'elemento 85 nella tavola periodica, appartenente a metalloide nel periodo 6, gruppo 17. L'elemento presente in natura più raro sulla Terra: forse in ogni momento ne esistono 25 grammi nell'intera crosta terrestre. A temperatura ambiente è un solido ed è radioattivo.
[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁵, con 6 gusci occupati e la distribuzione 2, 8, 18, 32, 18, 7. Il suo guscio esterno contiene 7 elettroni, e questo determina il suo comportamento nei legami.Astato fonde a 575 K (301.9 °C) ed entra in ebollizione a 610 K (336.9 °C).
Astato non ha isotopi stabili, quindi non ha una massa atomica standard. Il valore indicato, 210, è il numero di massa del suo isotopo noto con la vita più lunga.
Si prevede che Astato abbia una densità di circa 7 g/cm³, anche se non è mai stato prodotto un campione abbastanza grande da poter essere pesato. Per confronto, l'acqua ha una densità di 1.0 g/cm³.
Astato ha un'elettronegatività di Pauling pari a 2.2. La scala va da 0.70 (francio, il meno incline ad attirare elettroni) a 3.98 (fluoro, il più incline). I valori in questa fascia intermedia tendono a formare legami covalenti anziché legami fortemente ionici.
Astato è stato scoperto nel 1940 da Corson, MacKenzie & Segre. Prende il nome da greco astatos, "instabile".
Astato non si trova naturalmente sulla Terra in quantità significative: viene prodotto in un reattore o in un acceleratore.
Sì. Astato non ha isotopi stabili — ogni suo nucleo decade. Quantità in tracce si trovano naturalmente come prodotti del decadimento di elementi più pesanti.