Строение
Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место астат занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 150 pm — that is 0.15 nm, so about 3333 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Астат is liquid over a 35 K window, from 575 K to 610 K.
История
The rarest naturally occurring element on Earth — perhaps 25 grams exist in the entire crust at any moment.
Астат был открыт в 1940 году Дейлом Корсоном, Кеннетом Маккензи и Эмилио Сегре в Калифорнийском университете в Беркли, став последним открытым природным элементом. Команда искусственно создала астат, облучая висмут-209 альфа-частицами в циклотроне диаметром 60 дюймов, в результате чего образовался астат-211. Это открытие заполнило последний пробел в периодической таблице природных элементов.
До открытия было известно о существовании элемента 85 на основании периодического закона Менделеева, но обнаружить его не удавалось в течение десятилетий. Было сделано много ложных заявлений; предлагались такие названия, как «алабамин» (1931) и «дор» (1936). Сначала берклийская команда назвала открытый элемент «алабамином», но позднее изменила название на «астат» — от греческого слова «astatos», означающего «неустойчивый» и точно описывающего его радиоактивную природу.
Для 1940 года открытие требовало чрезвычайно сложных методов. Команде пришлось отличать астат от других радиоактивных продуктов, изучая закономерности распада, периоды полураспада и химическое поведение. Учёные доказали существование астата, показав, что химически он ведёт себя как галоген, может извлекаться органическими растворителями и обладает предсказанными радиоактивными свойствами элемента 85.
Хотя сначала астат был создан искусственно, позднее, в 1943 году, учёные подтвердили его природное существование, обнаружив его в цепочках распада урана. Это сделало астат уникальным элементом, который сначала был создан искусственно, а затем обнаружен в природе, подчеркнув человеческую изобретательность и чрезвычайную редкость элемента в природных системах.
Применение
Астат-211 представляет собой один из наиболее перспективных радиоактивных изотопов для таргетной альфа-терапии (ТАТ) в современной ядерной медицине. Его период полураспада, составляющий 7,2 часа, обеспечивает оптимальное терапевтическое окно — достаточно длительное для сложного приготовления радиофармпрепарата и лечения пациента, но достаточно короткое, чтобы свести к минимуму долгосрочное радиационное воздействие. Исследовательские учреждения по всему миру изучают At-211, конъюгированный с моноклональными антителами, для лечения различных видов рака, включая глиобластому, рак яичников и гематологические злокачественные опухоли.
Несмотря на чрезвычайную редкость (в любой момент на Земле существует менее 30 граммов), астат служит важным трассером в экспериментах по ядерной физике. Исследователи используют микроскопические количества вещества для изучения химического поведения галогенов, помогая понять, как другие галогены могут вести себя в экстремальных условиях. Его уникальное положение как самого тяжёлого встречающегося в природе галогена делает его незаменимым для проверки предсказаний периодической таблицы и моделей квантовой механики.
Изотопы астата помогают учёным понять пути радиоактивного распада и ядерную стабильность. Изотопы At-210 — At-219 дают представление о процессах альфа-распада и помогают калибровать оборудование для обнаружения других радиоактивных материалов. Эти исследования необходимы для обращения с ядерными отходами, радиологической безопасности и развития понимания синтеза сверхтяжёлых элементов.
Хотя реальные образцы астата невероятно редки и опасны, компьютерные симуляции и теоретические модели поведения астата помогают обучать ядерных химиков и физиков медицинской радиологии. Понимание принципов химии астата готовит исследователей к работе с другими нестабильными тяжёлыми элементами и помогает разрабатывать протоколы безопасности для исследований сверхтяжёлых элементов.
Астат-211 интенсивно изучается как противораковое лечение следующего поколения. В отличие от бета-излучателей, используемых в традиционной лучевой терапии, At-211 испускает высокоэнергетические альфа-частицы, которые могут с высокой точностью уничтожать раковые клетки, причиняя минимальный вред окружающим здоровым тканям. Клинические испытания продолжаются в крупных онкологических центрах, однако чрезвычайная сложность получения At-211 ограничивает его доступность только наиболее специализированными исследовательскими учреждениями.
Исследователи используют количества изотопов астата порядка фемтограммов (10^-15 грамма), чтобы изучать химическое поведение и проверять теоретические предсказания свойств галогенов. Эти исследования помогают подтверждать компьютерные модели, используемые для предсказания поведения других редких элементов, и расширяют понимание химических связей в тяжёлых атомах.
Известные количества изотопов астата служат эталонами для калибровки чувствительного оборудования для обнаружения радиации. Это применение имеет решающее значение для ядерной безопасности, экологического мониторинга и обеспечения точности оборудования для медицинской лучевой терапии.
Из-за чрезвычайной редкости и радиоактивности астат не имеет коммерческого применения. Все виды применения ограничены узкоспециализированными академическими и медицинскими исследованиями, проводимыми в учреждениях с наиболее совершенными протоколами радиационной безопасности. Большинство исследований астата носит теоретический характер и использует компьютерные модели, а не реальные образцы.
Откуда он берётся
0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements
Астат считается самым редким встречающимся в природе элементом на Земле: по оценкам, в земной коре в любой момент содержится менее 30 граммов. Эта исключительная редкость обусловлена его участием в нескольких цепочках радиоактивного распада и чрезвычайно коротким периодом полураспада, из-за чего он встречается ещё реже многих искусственно созданных элементов.
В природе астат встречается исключительно как промежуточный продукт в трёх основных рядах радиоактивного распада: ряду урана-235 (образуются At-215 и At-219), ряду урана-238 (образуется At-218) и ряду тория-232 (образуется At-216). Эти изотопы формируются, когда более тяжёлые радиоактивные элементы, такие как франций, радий и полоний, претерпевают альфа- или бета-распад, но быстро распадаются дальше — обычно в течение секунд или часов.
Поскольку астат образуется в результате радиоактивного распада, а не геологических процессов, он не формирует концентрированных залежей и не имеет определённого географического распространения. Следовые количества существуют везде, где встречаются урановые и ториевые руды, включая такие места, как бассейн Атабаска в Канаде, Олимпик-Дам в Австралии, а также различные районы Казахстана, Намибии и западной части США. Однако концентрации настолько бесконечно малы, что извлечение невозможно.
Самый долгоживущий природный изотоп астата, At-219, имеет период полураспада всего 56 секунд, тогда как At-215 существует лишь 0,1 миллисекунды. Это означает, что атомы астата непрерывно образуются и разрушаются в содержащих уран породах. Элемент существует в состоянии динамического равновесия: новые атомы образуются в результате радиоактивного распада примерно с той же скоростью, с какой существующие атомы распадаются на другие элементы.
Обращение
Астат радиоактивен. It has no stable isotope — every nucleus decays. Для обращения требуются соответствующие средства защиты и лицензия.
Астат — один из самых опасных известных радиоактивных элементов. Все изотопы испускают высокоэнергетические альфа-частицы, а некоторые также испускают бета-частицы и гамма-лучи. Даже микроскопические количества могут создать смертельные дозы радиации. Наиболее изученный изотоп At-211 испускает альфа-частицы энергией 5,9 МэВ, которые могут вызвать тяжёлое повреждение клеток и разрушение ДНК.
Исследования астата требуют помещений с высшим уровнем радиационной защиты (эквивалент уровня биобезопасности 3+). Все работы должны проводиться в специализированных горячих камерах с оборудованием для дистанционного манипулирования. Персонал обязан носить полные костюмы радиационной защиты с автономными источниками воздуха и проходить непрерывный радиационный контроль. Даже небольшая утечка может навсегда загрязнить всю лабораторию.
Безопасного уровня воздействия астата не существует. Способность элемента накапливаться в щитовидной железе (подобно иоду) делает его особенно опасным и потенциально способным вызвать рак щитовидной железы, лучевую болезнь и смерть. Биологический период полураспада у человека неизвестен из-за этических ограничений, однако исследования на животных указывают на быстрое поглощение и тяжёлое повреждение тканей.
Астат доступен только лицензированным ядерным исследовательским учреждениям, располагающим необходимыми средствами локализации. Для транспортировки требуются специальные разрешения Комиссии по ядерному регулированию и бронированные транспортные средства, предназначенные для перевозки высокоактивных радиоактивных материалов. Везде, где присутствует астат, должны действовать протоколы реагирования на чрезвычайные ситуации, включая процедуры эвакуации и специализированное медицинское лечение при радиационном облучении.
Краткие ответы
Астат (symbol At) is element 85 on the periodic table, a металлоид 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.Астат melts at 575 K (301.9 °C) and boils at 610 K (336.9 °C).
Астат 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.
Астат 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.
Астат 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.
Астат was discovered in 1940 by Corson, MacKenzie & Segre. It is named after greek astatos, "unstable".
Астат does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.
Yes. Астат has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.