astat - Astatine


z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Astat,   85 V
Obecné vlastnosti
Výslovnost / Æ s t ə t n , - t ɪ n / ( AS -tə-dospívající, -tin )
Vzhled neznámo, pravděpodobně kovový
hmotnostní číslo 210 (nejvíce stabilní izotop)
Astat v periodické tabulce
Vodík Hélium
Lithium berylium Boron Uhlík Dusík Kyslík fluoru Neon
Sodík magnézium Hliník Křemík Fosfor Síra Chlór argon
Draslík Vápník Scandium Titan Vanadium chróm Mangan Žehlička Kobalt Nikl Měď Zinek gallium Germanium arzén Selen Bróm Krypton
rubidia Stroncium ytrium zirkon Niobium Molybden technecium ruthenium rhodium Palladium stříbrný Kadmium Indium Cín antimon teluru Jód Xenon
cesium Baryum lanthanu minerál praseodym neodym promethium Samarium kovový prvek kovový prvek terbium kovový prvek holmium kovový prvek thulium yterbium lutecium Hafnium tantal Wolfram rhenium kovový prvek iridium Platina Zlato Rtuť (prvek) thalium Vést Vizmut Polonium astat Radon
francium Rádium actinium thorium protactinium Uran neptunium Plutonium americium curium Berkelium Californium einsteinium fermium mendelevium nobelium lawrencium rutherfordium dubnium Seaborgium bohrium hassium Meitnerium darmstadtium roentgenium kopernicium Nihonium flerovium Moscovium livermorium Tennessine Oganesson
 I 

Na

Ts
poloniumastatradon
Atomové číslo ( Z ) 85
Skupina skupina 17 (halogeny)
Doba období 6
Blok p-blok
category element   metaloidní , někdy klasifikována jako nekovový, nebo s kovem
elektronová konfigurace [ Xe ] 4f 14 5d 10 6S 2 6p 5
Elektrony na plášti
2, 8, 18, 32, 18, 7
Fyzikální vlastnosti
Fáze STP pevný
Bod tání 575  K (302 ° C, 576 ° F)
Bod varu 610 K (337 ° C, 639 ° F)
Hustota (blízko  pokojové teplotě ) (V 2 ), 6,35 ± 0,15 g / cm 3 (předpokládané)
molární objem (V 2 ) 32,94 cm 3 / mol (předpokládané)
Výparné teplo (V 2 ) 54,39 kJ / mol
Tlak páry
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
na  T  (K) 361 392 429 475 531 607
atomové vlastnosti
oxidační stavy -1 , 1 , 3, 5, 7
Elektronegativita Pauling měřítko: 2.2
ionizační energie
  • 1.: 899,003 kJ / mol
kovalentní poloměr 150  pm
Van der Waals poloměr 202 pm
Ostatní vlastnosti
Krystalická struktura plošně centrované krychlové (FCC)
Plošně centrovanou kubickou krystalovou strukturu pro astatu

(Předpokládané)
Tepelná vodivost 1,7 W / (mK)
Číslo CAS 7440-68-8
Dějiny
pojmenování Po řecké astatos (αστατος), znamenat "nestabilní"
Objev Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie , Emilio Segre (1940)
Hlavní izotopy astatu
Izotop Hojnost Poločas ( t 1/2 ) režim Decay Produkt
209 V syn 5.41 h β + 209 Po
α 205 Bi
210 V syn 8,1 h β + 210 Po
α 206 Bi
211 V syn 7.21 h ε 211 Po
α 207 Bi
| Reference

Astat je radioaktivní chemický prvek se symbolem At a atomové číslo 85. Je to nejvzácnější přirozeně se vyskytující prvek v zemské kůře , vyskytující se pouze jako produkt rozpadu různých těžších prvků. To vše je Astat izotopů jsou krátké trvání; nejstabilnější je astat-210, s poločasem 8,1 hodin. Vzorek čistého prvku nebyl nikdy sestaven, protože jakékoliv makroskopické vzorek by se okamžitě odpařuje působením tepla vlastního radioaktivity.

Objemové vlastnosti astatu nejsou známy s jistotou. Mnohé z nich byly odhadnuty na základě pozice prvku v periodické tabulce jako těžší analog jódu , a člen z halogenů (skupiny prvků, zahrnující fluor , chlor , brom a jod). Astat je pravděpodobné, že mají tmavé nebo lesklý vzhled a může být polovodičový nebo případně kovu ; to asi má vyšší teplotu tání než jódu. Chemicky několik aniontových druhů astatu jsou známy a většina z jeho sloučenin, se podobají těm jodu. To také ukazuje některé kovové chování, včetně jejich schopnosti tvořit stabilní monatomic kationt ve vodném roztoku (na rozdíl od lehčích halogeny).

První syntéza prvku byl v roce 1940 Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie a Emilio G. Segre na University of California, Berkeley , který jej jmenoval z řeckých astatos (ἄστατος), což znamená "nestabilní". Čtyři izotopy astatu bylo následně zjištěno, že přirozeně se vyskytující, i když je přítomen v dané době v zemské kůře mnohem méně než g. Ani nejvíce stabilní izotop astat-210 ani lékařsky užitečný astat-211 se vyskytují v přírodě; mohou být vyráběny pouze synteticky, obvykle tím, že bombarduje vizmut -209 se částicemi alfa .

charakteristika

Astat je extrémně radioaktivní prvek; všechny jeho izotopy mají krátké poločasy 8,1 hodiny nebo méně, rozpadající se do jiných Astat izotopy, vizmutu , poloniem nebo radonu . Většina z jeho izotopů jsou velmi nestabilní s poločasem jedné sekundy nebo méně. Z prvních 101 prvků periodické tabulky, jen francium je méně stabilní, a všechny astat izotopy stabilnější než francium, jsou v každém případě syntetických a nevyskytují v přírodě.

Objemové vlastnosti astatu nejsou známy s jistotou. Výzkum je omezena jeho krátkým poločasem, který zabraňuje vzniku weighable množství. Viditelný kus astatu by okamžitě odpařovat sama, protože teplo generované jeho intenzivní radioaktivity. Je třeba vyčkat, zda se dostatečné chlazení, by mohl být makroskopické množství astatu uloženy ve formě tenkého filmu. Astat je obvykle klasifikovány jako nekovový nebo na metaloidu ; Tvorba kov také předpokládalo.

Fyzický

Většina z fyzikálních vlastností astatu byly odhadnuty (o interpolací nebo extrapolací ), za použití teoreticky nebo empiricky odvozené metody. Například, halogeny tmavší s rostoucí atomovou hmotností - fluor je téměř bezbarvý, chlór je žlutozelený, brom je červeno-hnědé a jód je tmavě šedá / fialová. Astat je někdy popisován jako pravděpodobně být černé pevné látky (za předpokladu, že takto tento trend), nebo jako prostředky ve kovový vzhled (pokud se jedná o polokov nebo kov). K tání a teploty varu se také očekává, že z astatu sledovat trend z halogenového série, zvyšuje s atomovým číslem . Na tomto základě se odhaduje na 575 a 610 K (302 a 337 ° C, 575 a 638 ° F), v tomto pořadí. Některé experimentální důkazy naznačují, astat mohou mít nižší body tání a varu než ty, které vyplývá z halogenu trend. Astat sublimuje méně rychle než dělá jod, mající nižší tlak par . I tak se polovina z daného množství astatu odpařovat v přibližně jednu hodinu v případě, dal na čistý povrch skla při teplotě místnosti . Absorpční spektrum z astatu v prostřední ultrafialové oblasti má řádky na 224.401 a 216.225 nm, naznačujících 6p na 7s přechody .

Struktura pevného astatu je neznámý. Jako analog jódu může mít kosočtverečnou krystalickou strukturu, složenou z dvouatomových astat molekul, a být polovodič (s zakázaného pásu 0,7 eV ). Alternativně, je-li kondenzuje astat tvoří kovovou fázi, jak již bylo předpovídal, může mít monatomic plošně centrované kubickou strukturu ; V této struktuře se může dobře být supravodič , stejně jako podobné vysokotlaké fáze jodu. Důkaz pro (nebo proti) existenci diatomic astatu At ( 2 ) je řídká a neprůkazné. Některé zdroje uvádějí, že to neexistuje, nebo alespoň nebyl nikdy pozorován, zatímco jiné zdroje tvrdí, ani naznačovat jeho existenci. Přes tuto diskusi, mnohé vlastnosti diatomic astatu byly předvídat; například jeho délka svazku by bylo 300 ± 10  pm , disociační energie 83,7 ± 12,5 kJ / mol , a teplo odpařování (? H VAP ) 54,39 kJ / mol. Druhé číslo znamená, že se mohou astat (alespoň) se kovové v kapalném stavu na základě toho, že prvky se výparné teplo je větší než ~ 42 kJ / mol, jsou kovové, když kapalina; diatomic jodu, s hodnotou 41,71 kJ / mol, padá těsně prahové obrázku.

Chemikálie

Chemie astatu je „zahalena extrémně nízkých koncentracích, při které byly astat experimentů, a možnost reakce s nečistotami, stěny a filtry, nebo radioaktivity vedlejší produkty a jiné interakce nežádoucí nano měřítku.“ Mnoho z jeho zdánlivé chemické vlastnosti byly pozorovány pomocí sledovacího studie o velmi zředěné astat roztoky, typicky menší než 10 -10 moll -1 . Některé vlastnosti - jako je tvorba aniontů - zarovnat s jinými halogeny. Astat má některé kovové vlastnosti i, jako je například pokovování na na katodě , koprecipitací s kovovými sulfidů v kyselině chlorovodíkové, a vytvořit stabilní monatomic kationt ve vodném roztoku. To tvoří komplexy s EDTA , kovové chelatační činidlo , a je schopný působit jako kov na protilátky radioaktivní značení ; v některých ohledech astat v +1 stavu je podobný stříbra v nezměněném stavu. Většina z organické chemie astatu je však analogický jodu.

Astat má elektronegativitu 2,2 o revidované Pauling stupnici  - nižší, než je jod (2,66) a stejně jako je vodík. V kyselina astatanová (HAT) je záporný náboj se předpokládá, že se na atomu vodíku, z čehož vyplývá, že tato sloučenina by mohla být označena jako astat hydridu podle určitých číselníky, že by byl v souladu s electronegativity astatu na stupnici Allred-Rochow ( 1.9) je menší, než je atom vodíku (2.2). Nicméně, oficiální IUPAC stechiometrický nomenklatura je založena na idealizované konvence stanovení relativních electronegativities pro prvky pouhou díky jejich poloze v periodické tabulce. Podle této konvence, astat je nakládáno, jako kdyby to je více elektronegativní než vodík, a to bez ohledu na jeho skutečnou electronegativity. Elektronová afinita z astatu se předpokládá, že se sníží o jednu třetinu z důvodu interakce spin-orbit .

sloučeniny

Než méně reaktivní jodu, astat je nejméně reaktivní halogens, i když jeho sloučeniny, které byly syntetizovány v mikroskopickém množství a studovány intenzivně jak je to možné před jejich radioaktivního rozpadu. Reakce se podílejí byly typicky testovány s zředěných roztocích astatu smíchané s většími množstvími jodu. Působí jako nosiče, jód zajišťuje dostatečný materiál pro laboratorní techniky (jako je například filtrace a srážení ) pro práci. Jako jodu, astat bylo prokázáno, že přijetí lichých oxidačních stavů v rozmezí od -1 až +7.

Pouze několik sloučenin s kovy byly hlášeny, ve formě astatides sodíku, palladium , stříbro, thalium , a olovo. Některé charakteristické vlastnosti stříbra a sodného astatide, a další hypotetických astatides alkalických kovů a kovů alkalických zemin, se odhaduje extrapolací z jiných halogenidy kovů.

Vytvořením astat sloučeniny s vodíkem - je obvykle označována jako kyselina astatanová - byl známý průkopníků astat chemie. Jak již bylo zmíněno, existují důvody pro to místo s odkazem na tuto sloučeninu jako Astat hydridu. Je snadno oxiduje ; okyselení pomocí zředěné kyseliny dusičné dává Při 0 nebo V + forem, a následným přidáním stříbra (I), se mohou pouze částečně, v nejlepším případě, srážejí astat jako stříbro (I) astatide (AGAT). Jód, naproti tomu není oxidován, a sráží snadno jako stříbrného (I) jodidu .

Astat je známo, že se váže k boru , uhlíku a dusíku . Různé sloučeniny boru klece byly připraveny s V-B vazeb, kterými jsou stabilnější než u-C vazeb. Astat může nahradit atom vodíku v benzenu za vzniku astatobenzene C 6 vodíku 5 At; to může být oxidován na C 6 H 5 AtCl 2 chlorem. Zpracováním této sloučeniny s alkalickým roztokem chlornanu, C 6 H 5 AtO 2 mohou být vyrobeny. Dipyridin-astat (I) kation, [V (C 5 H 5 N) 2 ] + , tvoří iontové sloučeniny s chloristanem (a ne-koordinační anion ) a s dusičnanem , [V (C 5 H 5 N) 2 ] NO 3 . Tato kation existuje jako koordinační komplex , ve kterém dvě dative kovalentní vazby odděleně odkazují astat (I), centrum s každou z pyridinových kruhů prostřednictvím atomů dusíku.

S kyslíkem, existují důkazy o druhu ATO - a AtO + ve vodném roztoku, vytvořených reakcí astatu s oxidačním činidlem, jako je elementární brom nebo (v posledním případě) o persíranu sodného v roztoku kyseliny chloristé . Druhy se dříve myslelo, že je AtO -
2
od té doby bylo zjištěno, že AtO (OH) -
2
, je produkt hydrolýzy Ato + (jiný takový produkt hydrolýzy je AtOOH). Dobře charakterizovaný AtO -
3
anion může být získána, například, oxidace astatu s chlornanu draselného v roztoku hydroxidu draselného . Příprava lanthanu triastatate La (ATO 3 ) 3 , po oxidaci astatu horkým Na 2 S 2 O 8 roztokem, byla hlášena. Další oxidace ATO -
3
, jako je xenon difluoridu (v horkém alkalickém roztoku) nebo jodistan (v neutrálním nebo alkalickém roztoku), se získá perastatate iontů Ato -
4
; To je stabilní pouze v neutrálním nebo alkalickém roztoku. Astat je také myšlenka být schopné tvořit kationty v soli s oxyanionty, jako jodičnanu nebo dvojchromanu ; je to založeno na pozorování, že, v kyselých roztocích, monovalentní nebo pomocných pozitivních stavů astat koprecipitátu s nerozpustnou solí kationtů kovů, jako je stříbro (I) jodičnanu nebo thalia (I) dvojchromanu.

Astat mohou tvořit vazby na ostatní chalkogeny ; mezi ně patří S 7 V + a V (ČSN) -
2
se sírou , a koordinační selenourea sloučeniny s selenu , a astatine- telluru koloidu s telur.

Struktura astat monoiodide, jeden z astat Interhalogen a nejtěžší známé diatomic interhalogenové.

Astat je známo, že reagují s lehčí homology jod, brom a chlor ve stavu páry; Tyto reakce produkují diatomic interhalogenové sloučeniny se vzorci ATI AtBr a AtCl. První dvě sloučeniny mohou být také vyrobeny ve vodě - astat reaguje s jodem / jodidem roztoku za vzniku Ati, zatímco AtBr vyžaduje (kromě astatu) jod / jodid monobromidu / bromid roztoku. Přebytek jodidy nebo bromidy, může vést k AtBr -
2
a ATI -
2
iontů, nebo v roztoku chloridu, mohou produkovat druhy jako AtCl -
2
nebo AtBrCl -
pomocí rovnovážných reakcích s chloridy. Oxidace prvku s dvojchromanu (v roztoku kyseliny dusičné), ukázaly, že přidání chloridu otočil astat do molekuly, které by mohly být buď AtCl nebo AtOCl. Podobně AtOCl -
2
nebo AtCl -
2
mohou být vyrobeny. Tyto polyhalides PdAtI 2 , CsAtI 2 , TlAtI 2 , a PbAtI jsou známé nebo se předpokládá, že bylo vysráží. V zdroj iontového plazmatu hmotnostního spektrometru , ionty [Ati] + , [AtBr] + a [AtCl] + byly vytvořeny zavedením lehčí halogenových páry do helium -vyplňuje buňka obsahující astat, podporuje existenci stabilních neutrálních molekul plazma iontové stát. Žádné Astat fluoridy byly dosud objeveny. Jejich absence byla spekulativně přidělený extrémní reaktivity těchto sloučenin, včetně reakcí původně vytvořeného fluoridu se stěnami skleněné nádoby pro vytvoření netěkavý produkt. Proto, i když se syntéza z astat fluoridu se považuje za možné, že může vyžadovat kapalný halogen fluoridu rozpouštědlo, jak již byla použita pro charakterizaci radonu fluoridu.

Dějiny

Periodická tabulka podle Mendělejev (1971), s astat chybějící pod chloru, bromu a jodu ( „J“)
Dmitri Mendeleev je tabulka 1871, s prázdným prostorem v poloze eka-jod

V roce 1869, kdy Dmitrij Ivanovič Mendělejev publikoval jeho periodickou tabulku , prostor pod jódu byla prázdná; Po Bohr zjištěné fyzikální základ klasifikace chemických prvků, bylo navrženo, že pátý halogen tam patří. Před jeho úředně uznaných objevu, byl nazýván „eka-jod“ (od Sanskrit EKA  - „jeden“), znamenat, že to byl jeden prostor pod jódu (stejným způsobem jako eka-křemík, eka-bor, a další ). Vědci se snažili najít v přírodě; vzhledem k jeho extrémní vzácnost, tyto pokusy vedly v několika falešných objevů.

První tvrdil objev eka-jódu byl vyroben Fred Allison a jeho kolegové na Alabama polytechnického institutu (nyní Auburn University ) v roce 1931. Objevitelé názvem element 85 „alabamine“, a přiřadil mu symbol AB, označení, které byly použity pro pár let. V roce 1934, HG MacPherson z University of California, Berkeley vyvrátili Allison metodu a platnosti jeho objevu. Nastalo další požadavek v 1937 lékárnou Rajendralal DE. Práce v Dacca v Britské Indii (nyní Dháka v Bangladéši ), zvolil název „Dakin“ pro element 85, který tvrdil, že izoluje jako thorium série ekvivalent radia F (polonium-210) ve radia série . Vlastnosti hlásil k Dakin neodpovídají těm astatu; kromě toho, astat není nalezen v thoria série, a pravá identita Dakin není znám.

V roce 1936, tým rumunský fyzik Horia Hulubei a francouzským fyzikem Yvette Cauchois prohlašoval, že má objevil prvek 85 pomocí rentgenové analýzy. V roce 1939 vydali další papír, který podporoval a rozšířené předchozí data. V roce 1944 publikoval Hulubei souhrn údajů měl získanou do té doby, prohlašovat to bylo podporováno prací jiných badatelů. Vybral si jméno „Dor“, pravděpodobně z rumunštiny pro „touhu“ [míru], jako druhá světová válka začala před pěti lety. Jako Hulubei psal francouzsky, jazyk, který není pojmout „ine“ přípona, dor by pravděpodobně byly tavil v angličtině jako „Dorine“, pokud by byl přijat. V roce 1947, Hulubei tvrzení bylo účinně odmítnut rakouský chemik Friedrich Panethovy , kteří by později předsedat IUPAC výbor odpovědný za uznání nových prvků. Přestože Hulubei se vzorky udělal obsahují Astat jeho prostředky ke zjištění, že byly příliš slabé, podle současných měřítek s cílem umožnit správnou identifikaci. On také byl zapojený do dřívější lživé tvrzení , pokud jde o objevu prvku 87 (francium) a to je myšlenka k způsobili jiné výzkumníky bagatelizovat jeho práci.

Odstín šedi fotografie horní části těla člověka
Emilio Segré , jeden z objevitelů hlavní skupiny prvků astatu

V roce 1940, švýcarský chemik Walter Minder oznámil objev elementu 85 jako beta produkt rozpadu radia A (polonium-218), výběru jména „helvetium“ (od Helvetia , latinský název Švýcarska). Karlík a Bernert byly neúspěšné v reprodukci jeho experimenty, a následně připsat zvukového signálu se výsledky kontaminace jeho radonu proudu (radon-222 je mateřskou izotop polonia-218). V roce 1942, Minder, ve spolupráci s anglickým vědcem Alice Leigh-Smith, oznámil objev dalšího izotopu prvku 85, které se jeví jako produkt thorium (polonium-216) rozpadu beta. Pojmenovali tuto látku „anglo-helvetium“, ale Karlík a Bernert byly opět schopny reprodukovat tyto výsledky.

Později v roce 1940, Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie a Emilio Segre izoloval prvek na University of California, Berkeley. Místo toho, aby hledal element v přírodě, vědci vytvořil to tím, že bombarduje vizmut-209 s částicemi alfa v cyklotronu (urychlovače částic) za vzniku, po emisi dvou neutronů, astat-211. Objevitelé nicméně však okamžitě nějaký název pro element. Důvodem bylo, že v době, prvek vytvořený synteticky „neviditelných množství“, které se dosud objevených v přírodě, se nepovažuje za zcela platný jedna; kromě toho, lékárny se zdráhají uznat radioaktivní izotopy, jako oprávněně ty jako stabilní. V roce 1943, bylo zjištěno, astat jako součin dvou přirozeně se vyskytujících rozpadové řetězce podle Berta Karlik a Traude Bernert, nejprve v tzv uranu série , a pak v aktiniové řady . (Od té doby astat byla stanovena ve třetí rozpadovém řetězci, na řadu neptunium .) Friedrich Panethovy v roce 1946 s názvem konečně rozpoznat syntetické prvky, citovat, mimo jiné i proto, nedávné potvrzení jejich přirozeného výskytu, a navrhuje, že objevitelé nově objevené nejmenovaných prvky pojmenovat tyto prvky. Na počátku roku 1947, Nature publikoval návrhy Objevitelé; dopis od Corson, MacKenzie a Segre navrhl jméno „Astat“ přicházející z řeckých astatos (αστατος) mínit „nestabilní“, protože jeho sklon k radioaktivním rozpadem , s koncovkou „-ine“, nalezený v jmény čtyři dříve objevené halogeny. Jméno bylo také vybrán pokračovat v tradici čtyř stabilních halogeny, kde název uvedené vlastnosti prvku.

Corson a jeho kolegové klasifikují astat jako kov na základě své analytické chemie . Následné výzkumníci hlášeny jod-like, kationtové nebo amfoterní chování. V retrospektivní 2003, Corson napsal, že „některé vlastnosti [z astatu] jsou podobné jako jód ... ale také vykazuje kovové vlastnosti, spíš svými sousedy kovových Po a Bi.“

izotopy

Alfa rozpad charakteristiky vzorku astat izotopů
Mass
číslo
Mass
přebytek
Poločas rozpadu Pravděpodobnost
alfa
rozpad
Alfa
rozpad
poločas
207 -13.243 MeV 1.80 h 8,6% 20,9 h
208 -12.491 MeV 1,63 h 0,55% 12.3 d
209 -12.880 MeV 5.41 h 4,1% 5.5 d
210 -11.972 MeV 8,1 h 0,175% 193 d
211 -11.647 MeV 7.21 h 41,8% 17,2 h
212 -8.621 MeV 0,31 s ≈100% 0,31 s
213 -6.579 MeV 125 ns 100% 125 ns
214 -3.380 MeV 558 ns 100% 558 ns
219 10.397 MeV 56 s 97% 58 s
220 14.350 MeV 3,71 min 8% 46,4 min
221 16.810 MeV 2,3 min experimentálně
Alpha stabilní

Existuje 39 známých izotopy z astatu, s atomovým hmot (hmotnostní čísla) na 191-229. Teoretické modelování naznačuje, že by mohly existovat 37 další izotopy. Nestabilní nebo s dlouhým poločasem rozpadu astat izotop bylo pozorováno, ani je Očekává se, že existují.

Astat je alfa rozpad energie stejný trend jako u jiných těžkých prvků. Lehčí astat izotopy mají poměrně vysoké energii alfa rozpad, který se zmenšují, jak jádra stanou těžší. Astat-211 má podstatně vyšší energie než v předchozím izotopu, protože se má jádro s 126 neutrony, a 126 je magické číslo odpovídající naplněné neutronovým skořepiny. Přesto, že má podobnou poločas na předchozí izotopu (8,1 hodin za astat-210 a 7,2 hodiny pro astatu-211), alfa rozpad pravděpodobnost je mnohem vyšší pro druhý: 41,81% oproti pouze 0,18%. Následující dva izotopy uvolnit ještě více energie, s astat-213 uvolnění nejvíce energie. Z tohoto důvodu se jedná o nejkratší žil astat izotop. I když Těžší astat izotopy uvolňují méně energie, neexistuje trvanlivý astat izotop, vzhledem k rostoucí roli beta útlumu (emise elektronů). Tento režim rozpad je důležité zejména pro astatu; již v roce 1950 se předpokládá, že všechny izotopy prvku projít beta rozpad. Beta režimy rozpadu byly nalezeny ve všech Astat izotopů s výjimkou Astat-213, -214, -215 a -216m. Astat-210 a lehčí izotopy vykazují beta a rozpadu ( pozitronové emisní ), astat-216 a těžšími izotopy, vykazují beta (mínus) se rozkládá, a astat-212 se rozkládá přes obou režimech, zatímco astat-211 podstoupí elektronového záchytu .

Nejvíce stabilní izotop je astat-210, který má poločas 8,1 hodiny. Primární úpadkový režim je beta a k relativně dlouhým poločasem rozpadu (v porovnání s astat izotopů) alfa emitoru polonium-210 . Celkem pouze pět izotopy mají poločas přesahující jednu hodinu (astat-207 až -211). Nejméně stabilní základní stav izotop je astat-213, s poločasem rozpadu 125 nanosekund. Podléhá alfa rozpad na mimořádně dlouhou trvání vizmutu-209 .

Astat má 24 známých jaderné izomery , které jsou jádra s jedním nebo více nukleonů ( protonů nebo neutrony ) v excitovaném stavu . Jaderný izomer může být také nazýván „ meta -state“, což znamená, že systém má více vnitřní energie , než je „ základní stav “ (stav s nejnižší možnou vnitřní energie), čímž se bývalý pravděpodobně rozkládat do druhé. Může existovat více než jeden izomer pro každý izotop. Nejstabilnější těchto jaderných izomerů astat-202m1, který má poločas asi 3 minuty, větší než ty, které ze všech pozemních státy kromě těch izotopů 203-211 a 220. nejméně stabilní je astat-214m1; jeho poločas rozpadu 265 nanosekund je kratší než u všech pozemních států kromě astatu-213.

přirozený výskyt

posloupnost různě barevných kuliček, z nichž každá obsahuje dvoupísmenných symbol a některá čísla
Neptunium série, ukazující rozpadové produkty, včetně astat-217, vytvořené z neptunium-237

Astat je nejvzácnější přirozeně se vyskytující prvek. Celkové množství astatu v zemské kůře (citováno hmotnost 2,36 × 10 25 gramů) se odhaduje na méně než jeden g v daném okamžiku.

Jakékoli astat přítomny při vzniku Země už dávno zmizel; čtyři přirozeně se vyskytující izotopy (astat-215, -217, -218 a -219), jsou místo toho kontinuálně vyrábí jako důsledku rozpadu radioaktivních thoria a uranu rud, a stopové množství neptunia-237 . Zemská masa ze Severní a Jižní Ameriky v kombinaci, do hloubky 16 kilometrů (10 mil), obsahuje jen asi jeden bilion astat-215 atomů v daném okamžiku (okolo 3,5 x 10 -10 g). Astat-217 se vyrábí pomocí radioaktivního rozpadu neptunium-237. Prvotní zbytky druhého izotopu-kvůli jeho relativně krátkým poločasem rozpadu 2,14 milionů let, jsou již k dispozici na Zemi. Nicméně, vyskytují stopová množství přirozeně jako produkt transmutační reakcí v uranových rud . Astat-218 byl první astat izotop objevil v přírodě. Astat-219 s poločasem rozpadu 56 sekund, je nejdelší žil z přirozeně se vyskytujících izotopů.

Izotopy astatu jsou někdy nejsou uvedeny jako přirozeně se vyskytující, protože mylné, že neexistují žádné takové izotopy, nebo rozdíly v literatuře. Astat-216 byla počítána jako přirozeně se vyskytující izotop, ale nebyla potvrzena zprávy o jeho zjištění (které byly popsány jako pochybné).

Syntéza

Formace

Možné reakce po bombarduje vizmut-209 s částicemi alfa
Reakce Energie částice alfa
209
83
Bi
+ 4
2
On
211
85
U
+ 2 1
0
n
26 MeV
209
83
Bi
+ 4
2
On
210
85
V
+ 3 1
0
n
40 MeV
209
83
Bi
+ 4
2
On
209
85
V
+ 4 1
0
n
60 MeV

Astat byl nejprve produkován tím, že bombarduje vizmut-209 s energetickými částicemi alfa, a to je stále hlavní cestou použit k vytvoření relativně dlouhým poločasem izotopy astat-209 přes astat-211. Astat se vyrábí pouze v nepatrných množstvích, s moderní techniky umožňuje výrobní série až 6,6  giga becquerelech (asi 86  ng a 2,47 x 10 14 atomů). Syntéza větší množství astatu Pomocí této metody je omezena omezené dostupnosti vhodných cyclotrons a vyhlídky na tavení cíl. Solvent Radiolýza důsledku kumulativního účinku Astat rozpadu je příbuzný problém. Kryogenní technologie mikrogramů množství astatu by mohl být schopen být generovány pomocí protonové ozařování thoria nebo uranu , čímž se získá radonu-211, pak se rozkládá k astat-211. Kontaminace astat-210 se předpokládá, že je nevýhodou tohoto způsobu.

Nejdůležitější izotop je astat-211, jediný v komerčním využití. K výrobě cíl bismutu, je kov rozprašovaných na a zlata, mědi nebo hliníku plochy při teplotě 50 až 100 mg na čtvereční centimetr. Oxid bismutu může být použit místo; toto je násilně kondenzovaný s měděnou deskou. Cíl je udržována pod chemicky neutrální dusíkové atmosféře, a je chlazena vodou, aby se zabránilo předčasnému astat odpařování. V urychlovače částic, jako je například cyklotronu, alfa částice se srazil s bismutu. I přesto, že je použit pouze jeden vizmut izotop (bismut-209), reakce se může provést třemi způsoby, produkující astat-209, astat-210, nebo astat-211. Za účelem odstranění nežádoucích nuklidy, maximální energie urychlovače částic je nastaven na hodnotu (optimálně 29,17 MeV) nad že pro reakci produkující astat-211 (k dosažení požadovaného izotop) a pod jednou produkující astat-210 (k vyhnout výrobě jiných astat izotopy).

separační metody

Vzhledem k tomu, astat je hlavním produktem syntézy, po jeho vytvoření, musí být odděleny pouze z cíle a případné významné nečistoty. Několik metod jsou k dispozici, „ale obecně následovat jeden ze dvou přístupů-suchou destilací nebo [mokra] zpracováním kyselinou terče s následnou extrakcí rozpouštědlem.“ Metody popsané níže jsou moderní adaptace starších postupů, jak je přezkoumána Kugler a Keller. Pre-1985 techniky častěji řešit odstranění současně k toxickým polonia; Tento požadavek je nyní zmírněna omezení energie ozařovací cyklotronu paprsku.

Suchý

Astat obsahující cílový cyklotron se zahřívá na teplotu okolo 650 ° C. Astat vypařuje a kondenzuje v (obvykle) a vymrazovací jímkou . Vyšší teploty až do asi 850 ° C může zvýšit výtěžek, s rizikem, bismutu kontaminace souběžného odpařování. Opětovnou kondenzátu může být požadováno, aby se minimalizovala přítomnost bismutu (jako vizmutu může rušit astat reakce značení ). Astat se izoluje z pasti použití jedné nebo více nízké koncentrace rozpouštědla, jako například hydroxidu sodného , methanolu nebo chloroformu . Může být dosaženo astat výtěžky až do asi 80%. Suchá separace je metoda nejčastěji používá k produkci chemicky užitečnou formu astatu.

mokrý

Bismut (nebo někdy bismut sírový ) cíl se rozpustí v, například, koncentruje dusičné nebo kyseliny chloristé. Astat se extrahuje za použití organického rozpouštědla, jako je butyl nebo isopropyletheru , a thiosemikarbazidu . Výtěžek separace 93% za použití kyseliny dusičné bylo hlášeno, klesá na 72% v době, kdy purifikační postupy byly získány (destilace kyseliny dusičné, proplachovacích zbytkových oxidů dusíku , a opětným rozpuštěním dusičnanu bismutitého pro umožnění extrakce kapalina-kapalina ). Mokré metody zahrnují „více kroků manipulace radioaktivita“ a nejsou vhodné pro izolaci větší množství astatu. Mohou umožňují výrobu astatu v určitém oxidačním stavu a může mít větší použitelnost v experimentální radiochemii .

Použití a bezpečnostní opatření

Několik 211 V, obsahující molekuly a jejich použití experimentálních
Činidlo Aplikace
[ 211 V] astat-tellur koloidy Kompartmentové nádory
6- [ 211 V] astato-2-methyl-1,4-difosfát naphtaquinol adenokarcinom
211 V značené methylenové modři melanomy
Meta- [ 211 V] astatobenzyl guanidin neuroendokrinní nádory
5- [ 211 V] astato-2'-deoxyuridin Rozličný
211 V značené konjugáty biotinu Různé předběžného zaměření
211 V značené oktreotid receptoru somatostatinu
211 V-značené monoklonální protilátky a fragmenty Rozličný
211 V značené bisfosfonáty kostní metastázy

Nově vytvořený astat-211 je předmětem probíhajícího výzkumu v nukleární medicíně . Musí být použity rychle, jak je to se rozkládá s poločasem 7,2 hodin; To je dostatečně dlouhý, aby umožnil vícestupňové strategie označování . Astat-211 má potenciál pro cílené alfa částic radioterapii , protože to se rozkládá buď prostřednictvím emise alfa částice (na vizmutu-207), nebo pomocí elektronového záchytu (na extrémně krátkou životností nuklidu, polonium-211, který se podrobí další alfa kazu ), se velmi rychle dosáhne svého stabilního vnučku olovo-207. Polonium Rentgenové paprsky emitované v důsledku pobočky elektronového záchytu, v rozmezí 77-92  keV , umožňují sledování astatu u zvířat a pacientů. Ačkoli astat-210 má o něco delší poločas, je zcela nevhodný, protože je obvykle prochází beta navíc rozpad extrémně toxické polonium-210.

Hlavní rozdíl mezi léčivý astat-211 a jódu-131 (radioaktivním jódem izotopu rovněž používají v medicíně), je to, že jód-131 emituje částice s vysokou energií beta, a astat ne. Beta částice mají mnohem větší sílu proniknout přes tkáních, než tomu mnohem těžší částice alfa. Průměrná alfa částice uvolní astat-211 může cestovat až 70 um do okolních tkání; beta částice průměrně energie vyzařované jódu-131 může cestovat téměř 30-krát tak daleko, až asi 2 mm. Krátký poločas a omezené pronikání síla záření alfa přes tkáně nabízí výhody v situacích, kdy je „nádorová zátěž je populace nízké a / nebo maligní buňky jsou umístěny v těsné blízkosti základních normálních tkání.“ Vysoké nemocnosti v buněčné kultuře modelech lidských nádorů byl získán od jednoho do deseti astat-211 atomů vázaných na buňky.

Astat ... [je] nešťastný, aby se i peklo s ním pracovat.

P Durbin, lidská radiace Studies: Vzpomínky raných létech 1995

Některé překážky se vyskytly při vývoji Astat bázi radiofarmak pro onkologické léčbě. Druhá světová válka zpožděním výzkumu za téměř deset let. Výsledky prvních experimentů ukázaly, že rakovina selektivní nosič by třeba vyvinout, a to nebylo až 1970, že monoklonální protilátky byly k dispozici pro tento účel. Na rozdíl od jodu, astat jevit sklon k dehalogenate z molekulárních nosičů, jako jsou tyto, a to zejména v sp 3 atomy míst (méně z sp 2 webů ). S ohledem na toxicitu astatu nahromaděného a uchovávány v těle, to zdůrazněno, je třeba zajistit, že zůstal připojen k hostitelské molekuly. Zatímco Astat nosiče, které jsou pomalu metabolizované lze posuzovat z hlediska jejich účinnosti, rychleji metabolizují nosičů zůstává významnou překážkou vyhodnocení astatu v nukleární medicíně. Zmírnění účinků astat indukované radiolýze označování chemie a nosných molekul je další oblastí, které vyžadují další vývoj. Praktická aplikace pro astatu jako léčba rakoviny by mohla být vhodná pro „ohromující“ počtu pacientů; Produkce astatu v množství, které by byly zapotřebí i nadále problémem.

Studie na zvířatech ukazují, že astat, podobně jako jód, i když v menší míře, je přednostně soustředěna v štítné žláze . Na rozdíl od jodu, astat také ukazuje tendenci být zvednut plic a sleziny, pravděpodobně z důvodu oxidace v-tělese At - At + . Pokud se podává ve formě radiocolloid má tendenci se koncentrovat v játrech . Experimenty u krys a opic naznačují, že astat-211 způsobuje daleko větší škodu štítné žlázy dělá než jod-131, s opakovanou injekcí nuklidu, což vede k nekróze a buněčné dysplazie v žlázy. Early výzkumy naznačují, že injekce astatu do samic hlodavců způsobilo morfologické změny v prsní tkáni; Tento závěr zůstal sporný na mnoho let. Všeobecná shoda později dosáhl že to byl pravděpodobně způsoben vlivem prsní tkáně ozáření v kombinaci s hormonálními změnami v důsledku ozařování vaječníků. Stopová množství astatu lze manipulovat bezpečně digestoří, pokud jsou dobře provzdušněný; je třeba se vyhnout biologické absorpce prvku.

viz též

Poznámky

Reference

Bibliografie

externí odkazy