構造
環の上の点を示す図ではありません。占有された各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。
測定値
各バーは、その性質についてアスタチンが118元素の中でどこに位置するかを示しています。
出典：IUPAC 2021標準原子量 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST。~が付いた値は、測定値ではなく予測値です。
縮尺どおりの大きさ
Radius 150 pm — that is 0.15 nm, so about 3333 million of them side by side would span a millimetre.
熱範囲
アスタチン is liquid over a 35 K window, from 575 K to 610 K.
物語
The rarest naturally occurring element on Earth — perhaps 25 grams exist in the entire crust at any moment.
アスタチンは1940年、カリフォルニア大学Berkeley校のDale Corson、Kenneth MacKenzie、Emilio Segrèによって発見され、天然に存在する元素として最後に発見された元素となりました。チームは60インチサイクロトロンでビスマス-209にα粒子を照射し、アスタチン-211を生成することで、アスタチンを人工的に作り出しました。この発見により、天然に存在する元素の周期表に残されていた最後の空白が埋まりました。
発見以前から、元素85はMendeleevの周期律に基づいて存在すると考えられていましたが、何十年にもわたって検出されませんでした。「alabamine」（1931年）や「dor」（1936年）など、さまざまな名称が提案され、多くの誤った発見の主張もありました。Berkeleyチームは当初この発見を「alabamine」と呼びましたが、後に「不安定」を意味するギリシャ語の「astatos」に由来する「astatine」へ変更しました。これは、その放射性の性質を完全に表しています。
この発見には、1940年当時としては非常に高度な技術が必要でした。チームは、崩壊パターン、半減期、化学的挙動を調べることで、アスタチンを他の放射性生成物から区別しなければなりませんでした。アスタチンが化学的にハロゲンのように振る舞い、有機溶媒で抽出でき、元素85に予測された放射性の性質を持つことを示して、その存在を証明しました。
アスタチンは初めに人工的に作られましたが、科学者たちは1943年、ウランの崩壊系列中にアスタチンを特定し、天然での存在を確認しました。これによりアスタチンは、自然界で見つかる前に人工的に作られた元素として独自の存在となり、人間の創意工夫と、自然界におけるこの元素の極端な希少性の両方を示しています。
用途
アスタチン-211は、現代の核医学において最も有望な標的α線治療（TAT）用放射性同位体の一つです。その7.2時間の半減期は、複雑な放射性医薬品の調製と患者の治療に十分な長さを持ちながら、長期的な放射線被ばくを最小限に抑えるのに十分短く、理想的な治療時間枠を提供します。世界中の研究機関が、神経膠芽腫、卵巣がん、血液悪性腫瘍など、さまざまながんの治療を目的として、モノクローナル抗体にAt-211を結合させる研究を進めています。
アスタチンは極めて希少で、地球上に存在する量は常時30グラム未満ですが、核物理学実験における重要なトレーサーとして役立ちます。研究者はごく微量を用いてハロゲンの化学的挙動を調べ、極限条件下で他のハロゲンがどのように振る舞う可能性があるかを理解します。天然に存在する最も重いハロゲンという独自の位置づけにより、周期表の予測や量子力学モデルの検証に欠かせません。
アスタチンの同位体は、放射性崩壊の経路と核の安定性を科学者が理解するのに役立ちます。At-210からAt-219は、α崩壊の過程に関する知見をもたらし、他の放射性物質用の検出機器の校正にも役立ちます。これらの研究は、核廃棄物管理、放射線セキュリティ、超重元素合成に関する理解の発展に不可欠です。
実際のアスタチン試料は極めて希少で危険ですが、アスタチンの挙動に関するコンピューターシミュレーションと理論モデルは、核化学者や放射線物理学者の訓練に役立ちます。アスタチンの化学原理を理解することで、研究者は他の不安定な重元素を扱う準備ができ、超重元素研究の安全手順の策定にも役立ちます。
アスタチン-211は、次世代のがん治療法として集中的に研究されています。従来の放射線治療で使用されるβ線放出核種とは異なり、At-211は高エネルギーのα粒子を放出し、周囲の健康な組織への損傷を最小限に抑えながら、がん細胞をピンポイントの精度で破壊できます。主要ながん治療センターで臨床試験が進行中ですが、At-211の製造は極めて困難なため、利用できるのは最も専門的な研究施設に限られます。
研究者は、アスタチンの同位体をフェムトグラム単位（10^-15グラム）で使用し、化学的挙動を調べ、ハロゲンの性質に関する理論的予測を検証します。これらの研究は、他の希少元素の挙動予測に使われるコンピューターモデルの検証に役立ち、重い原子における化学結合の理解にも貢献します。
既知量のアスタチン同位体は、高感度放射線検出機器を校正するための基準物質として役立ちます。この用途は、核セキュリティ、環境モニタリング、医療用放射線治療機器の精度確保に不可欠です。
極度の希少性と放射性のため、アスタチンには商業的用途がありません。すべての用途は、最高水準の放射線安全プロトコルを備えた施設で行われる、非常に専門的な学術研究および医学研究に限られます。アスタチン研究の大部分は、実際の試料ではなくコンピューターモデルを用いた理論研究です。
由来
0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements
アスタチンは、地球上で天然に存在する元素の中で最も希少な元素です。地球の地殻全体に、その時点で存在する総量は30グラム未満と推定されています。この極端な希少性は、複数の放射性崩壊系列に属していることと、半減期が極めて短いことに起因し、多くの人工元素よりも希少です。
天然のアスタチンは、三つの主要な放射性崩壊系列における中間生成物としてのみ存在します。すなわち、ウラン-235系列（At-215とAt-219を生成）、ウラン-238系列（At-218を生成）、トリウム-232系列（At-216を生成）です。これらの同位体は、フランシウム、ラジウム、ポロニウムなどのより重い放射性元素がα崩壊またはβ崩壊を起こすと生成しますが、通常は数秒から数時間以内にさらに崩壊します。
アスタチンは地質学的過程ではなく放射性崩壊によって生成されるため、濃縮鉱床や特定の地理的分布はありません。カナダのアサバスカ盆地、オーストラリアのオリンピックダム、カザフスタン、ナミビア、米国西部のさまざまな地点など、ウラン鉱石やトリウム鉱石が見つかる場所には微量が存在します。しかし、その濃度は極限まで低いため、抽出は不可能です。
天然に存在するアスタチン同位体のうち最も長寿命なのはAt-219で、半減期はわずか56秒です。一方、At-215はわずか0.1ミリ秒です。これは、ウランを含む岩石中でアスタチンの原子が絶えず生成と消滅を繰り返していることを意味します。この元素は動的平衡の状態にあり、放射性崩壊によって新しい原子が生成される速度と、既存の原子が他の元素へ崩壊する速度がほぼ等しくなっています。
取り扱い
アスタチンは放射性です。 It has no stable isotope — every nucleus decays. 取り扱いには適切な遮蔽と許可が必要です。
アスタチンは、知られている中でも最も危険な放射性元素の一つです。すべての同位体が高エネルギーのα粒子を放出し、一部はβ粒子やγ線も放出します。ごく微量でも致死量の放射線を与える可能性があります。最も研究されている同位体であるAt-211は、細胞に深刻な損傷を与え、DNAを破壊する可能性のある5.9 MeVのα粒子を放出します。
アスタチンの研究には、最高水準の放射線封じ込め施設（バイオセーフティレベル3以上相当）が必要です。すべての作業は、遠隔操作装置を備えた専用のホットセル内で行わなければなりません。作業員は独立した空気供給装置付きの完全な放射線防護服を着用し、継続的な放射線モニタリングを受けなければなりません。ごく小さな漏出でも、研究室全体を永久に汚染する可能性があります。
アスタチンへの安全な被ばく量は存在しません。アスタチンがヨウ素のように甲状腺に集積する性質を持つため、特に危険であり、甲状腺がん、放射線障害、死亡を引き起こす可能性があります。倫理的な制約により、人体における生物学的半減期は不明ですが、動物実験では急速な取り込みと深刻な組織損傷が示されています。
アスタチンは、適切な封じ込め能力を備えた認可済みの核研究施設でのみ取り扱えます。輸送には、特別な原子力規制委員会の許可と、高レベル放射性物質用に設計された装甲車両が必要です。避難手順や放射線被ばくに対する専門的な医療処置など、緊急対応プロトコルをアスタチンが存在するすべての場所で整備しなければなりません。
簡単な回答
アスタチン (symbol At) is element 85 on the periodic table, a 半金属 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.アスタチン melts at 575 K (301.9 °C) and boils at 610 K (336.9 °C).
アスタチン 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.
アスタチン 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.
アスタチン 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.
アスタチン was discovered in 1940 by Corson, MacKenzie & Segre. It is named after greek astatos, "unstable".
アスタチン does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.
Yes. アスタチン has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.