Астат - Astatine


Из Википедии, свободной энциклопедии

Астат,   85 В
Астат
Произношение / Æ с т ə т я п , - т ɪ п / ( А.С. -tə подростков, -⁠tin )
Внешность неизвестно, вероятно, металлический
Массовое число 210 (наиболее стабильный изотоп)
Астат в периодической таблице
водород гелий
литий бериллий бор углерод азот кислород Фтор неон
натрий магниевый алюминий кремний фосфор сера хлор аргон
калий кальций Скандий титан Ванадий хром марганца Железо кобальт никель медь цинк галлий германий мышьяк Селен Бром криптон
Рубидий стронций Иттрий Цирконий ниобий молибден технеций Рутений Родий палладий Серебряный Кадмий Индий Банка сурьма Теллур йод ксенон
цезий барий Лантан церий празеодимий неодим Прометий Самарий европий гадолиний тербий диспрозий Holmium эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний тантал вольфрам рений Осмий Иридий платиновый Золото Ртуть (элемент) таллий вести висмут Полоний Астат радон
Франций радий актиний торий протактиний Уран нептуний Плутоний Америций кюрий беркелий калифорний эйнштейний Fermium менделевий Нобелий Лоуренсий резерфордия Дубний сиборгия борий гания мейтнерий Darmstadtium рентгения Коперниций Nihonium Флеровий Moscovium Ливерморий Tennessine Oganesson
 I 

На

Ts
полонийастатинрадон
Атомный номер ( Z ) 85
группа группа 17 (галогены)
период период 6
блок п-блок
категория Элемент   металлоида , иногда классифицируется как неметалл или металл
Электронная конфигурация [ Xe ] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 5
Электроны в оболочке
2, 8, 18, 32, 18, 7
Физические свойства
Фаза на  STP твердый
Температура плавления 575  К (302 ° С, 576 ° F)
Точка кипения 610 К (337 ° С, 639 ° F)
Плотность (около  к.т. ) 2 ) 6,35 ± 0,15 г / см 3 (прогноз)
молярный объем 2 ) 32,94 см 3 / моль (прогноз)
Теплота парообразования 2 ) 54,39 кДж / моль
Давление газа
Р  (Па) 1 10 100 1 к 10 к 100 к
при  Т  (К) 361 392 429 475 531 607
Атомные свойства
Окислительные состояния -1 , +1 , +3, +5 +7
Электроотрицательность Полинг шкала: 2,2
энергия ионизации
  • 1-й: 899,003 кДж / моль
радиус Ковалентного 150  часов
Ван-дер-Ваальса радиус 202 ч
Другие свойства
Естественное явление от распада
Кристальная структура гранецентрированной кубической (ГЦК)
Гранецентрированная структура кубического кристалла для астатина

(Предсказано)
Теплопроводность 1,7 Вт / (м · К)
Количество CAS 7440-68-8
история
Именование после того, как греческие astatos (αστατος), что означает "нестабильный"
открытие Дейл Р. Corson , Кеннет Росс Маккензи , Эмилио Сегре (1940)
Основные изотопы астатина
Изотоп изобилие Период полураспада ( т 1/2 ) режим Decay Товар
209 В син 5.41 ч β + 209 Po
α 205 Bi
210 В син 8.1 ч β + 210 Po
α 206 Bi
211 В син 7.21 ч ε 211 Po
α 207 Bi
| Рекомендации

Астат является радиоактивным химическим элементом с символом At и атомным номером 85. Это является самым редким естественным элемент в земной коре , происходит только как продукт распада различных тяжелых элементов. Все астатин в изотопах недолговечно; наиболее стабильным является астатин-210 с периодом полураспада 8,1 часа. Образец чистого элемента никогда не был собран, так как любые макроскопические образец будет немедленно испаряется за счет теплоты его собственной радиоактивности.

Объемные свойства астатина не известны с уверенностью. Многие из них были оценены на основе позиции элемента на периодическую таблице , как более тяжелый аналог йода , и член из галогенов (группы элементов , включая фтор , хлор , бром и йод). Астат, вероятно, имеют темный или блестящий внешний вид и может быть полупроводником или , возможно, металл ; это , вероятно , имеет более высокую температуру плавления , чем йод. Химически, несколько анионных видов астатина известны , и большинство из его соединений напоминают йод. Он также показывает некоторое металлическое поведение, в том числе способность образовывать стабильную одноатомный катион в водном растворе ( в отличие от более легких атомов галогена).

Первый синтез элемента был в 1940 году Дейл Р. Корсоном , Кеннет Росс Маккензи и Эмилио Сегре Г. в Университете Калифорнии, Беркли , который назвал его от греческого astatos (ἄστατος), что означает «нестабильным». Четыре изотопов астатина были впоследствии найдены, что в природе, хотя и гораздо меньше , чем один грамм присутствует в любой данный момент времени в земной коре. Ни наиболее стабильным изотопом астатин-210, ни с медицинской точки зрения полезно астатин-211, не встречаются в природе; они могут быть получены только синтетически, как правило , при бомбардировке висмута -209 с альфа - частицами .

Характеристики

Астат является чрезвычайно радиоактивным элементом; все его изотопы имеют короткий период полураспада 8,1 часа или меньше, разлагающийся в другие изотопы Астата, висмут , полоний или радон . Большинство его изотопов очень неустойчивы с периодом полураспада в одну секунду или меньше. Из первых 101 элементов в периодической таблице, только франций менее стабилен, и все изотопы астатина более стабилен , чем франция в любом случае синтетический и не встречаются в природе.

Объемные свойства астатина не известны с уверенностью. Исследование ограничивается его коротким периодом полураспада, что препятствует созданию весомых количеств. Видимая часть астатина немедленно испаряются себя из-за тепла , выделяемого при его интенсивной радиоактивности. Остается увидеть , если при достаточном охлаждении, макроскопическое количество астатина может быть осажден в виде тонкой пленки. Астат обычно классифицируются как неметалл или в металлоиде ; формирование металла также было предсказано.

физический

Большинство физических свойств астатина были оценены (по интерполяции или экстраполяции ), используя теоретически или эмпирически полученные методами. Так , например, галогены темнее с увеличением атомного веса - фтор почти бесцветный, хлор является желто-зеленый, бром красно-коричневый цвет, и йод темно - серый / фиолетовый. Астат иногда называют , вероятно , быть черным твердое вещество (при условии , что следует этой тенденции), или как имеющие металлический вид (если это металлоид или металл). В плавления и кипения астатина также , как ожидается, следовать тенденции видели в серии галогена, возрастает с атомным номером . На основании этого они , по оценкам, 575 и 610 К (302 и 337 & deg ; С; 575 и 638 ° F) соответственно. Некоторые экспериментальные данные свидетельствуют о том астатин могут иметь более низкие температуры плавления и кипения , чем те , вытекает из тенденции галогена. Астатина сублимируется менее легко , чем делает йод, имеющим более низкое давление паров . Тем не менее , половина из заданного количества астатина будет испаряться примерно через час , если положить на чистую стеклянную поверхность при комнатной температуре . Спектр поглощения астатина в средней ультрафиолетовой области имеет линии на 224.401 и 216.225 нм, указывающие на 6р до 7s переходов .

Структура твердого астатина неизвестна. В качестве аналога йода оно может иметь орторомбическую кристаллическую структуру , состоящую из двухатомных молекул астатина, и быть полупроводник (с шириной запрещенной зоны 0,7 эВ ). В качестве альтернативы, если конденсируют астатин образует металлическую фазу, как было предсказано, он может иметь одноатомную гранецентрированную кубическую структуру ; в этой структуре , она вполне может быть сверхпроводником , как и аналогичной фазе высокого давления йода. Доказательства (или против) существования двухатомного астатина (At 2 ) немногочисленны и неубедительны. Некоторые источники утверждают , что он не существует, или , по крайней мере , никогда не наблюдались, в то время как другие источники утверждают или подразумевают ее существование. Несмотря на это противоречие, многие свойства двухатомного астатина были предсказаны; например, его длина связи будет 300 ± 10  вечера , энергия диссоциации 83,7 ± 12,5 кДж / моль , а теплота парообразования (H VAP ) 54,39 кДж / моль. Последняя цифра означает , что астатин может (по крайней мере) быть металлическим в жидком состоянии на том основании , что элементы с теплотой испарения большей , чем ~ 42 кДж / моль являются металлическими , когда жидкость; двухатомного йода, со значением 41,71 кДж / моль, падает чуть меньше порогового рисунка.

химикат

Химия астатина является «омрачена крайне низкими концентрациями , при которых были проведены эксперименты астатина, а также возможностью реакций с примесями, стеном и фильтрами, или радиоактивностью побочными продуктами, а также другими нежелательными наноразмерными взаимодействиями.» Многие из его очевидных химических свойств наблюдались с помощью индикаторных исследований на очень разбавленные растворы астатина, как правило , менее чем на 10 -10 Moll -1 . Некоторые свойства - такие как образование аниона - совмещено с другими галогенами. Астат имеет некоторые металлические характеристики, а, например, нанесение на катод , соосаждения с сульфидами металлов в соляной кислоте, и образование стабильного одноатомный катион в водном растворе. Он образует комплексы с ЭДТА , металлического хелатирующего агента , и способен действовать в качестве металла в антитело радиомечения ; в некоторых отношениях астатин в состоянии +1 сродни серебро в том же состоянии. Большая часть органической химии астатина, однако, аналогичен йод.

Астат имеет электроотрицательность 2,2 по пересмотренной шкале Полинга  - ниже , чем у йода (2,66) и так же , как водород. В астатоводороде (HAT) отрицательный заряд предсказан на атоме водорода, подразумевая , что это соединение можно было бы назвать как гидрид астатина в соответствии с определенными номенклатурами, что соответствовало бы электроотрицательности астатина по шкале Алледа-Рохи ( 1.9) быть меньше , чем у водорода (2.2). Тем не менее, официальный ИЮПАК стехиометрическая номенклатура основана на идеализированную конвенции об определении относительных электроотрицательности элементов путем простой в силе своего положения в периодической таблице. В соответствии с этим соглашением, астатин обрабатывается так , как будто это более электроотрицательным , чем водород, независимо от его истинного электроотрицательности. Сродство к электрону астатина предсказывается быть уменьшена на одну треть из - за спин-орбитального взаимодействия .

соединений

Менее , чем реактивное йода, астатин является наименее реактивной из галогенов, хотя его соединения были синтезированы в микроскопических количествах и изучены так же интенсивно , как это возможно , прежде чем их радиоактивного распада. Реакции , участвующие были , как правило , проходит с разбавленными растворами астатина , смешанным с большими количествами йода. Действуя в качестве носителя, йод гарантирует , что является достаточным материалом для лабораторных методов (например, фильтрации и осаждения ) для работы. Как йод, астатин был показан , принять нечетную степень окисления в диапазоне от -1 до +7.

Только несколько соединений с металлами сообщалось, в форме astatides натрия, палладия , серебра, таллия и свинца. Некоторые характерные свойства серебра и натрия astatide, а также другие гипотетические щелочных и щелочно - земельных astatides, были оценены путем экстраполяции из других галогенидов металлов.

Формирование астатина соединения с водородом - обычно называют astatide водорода - было отмечено , пионерами химии астатина. Как уже упоминалось, есть основания , а не относящихся к этому соединению , как гидрид астатина. Он легко окисляется ; подкисление с помощью разбавленной азотной кислотой дает При 0 или В + формах, и последующего добавления серебра (I) может только частично, в лучшем случае , осаждаются астатин как серебро (I) , astatide (АГАТ). Йод, в отличие от этого , не окисляется и выпадает в осадок легко , как иодид серебра (I) .

Астат , как известно, связываются с бора , углерода и азота . Различные соединения бора клетки были приготовлены с В-В облигации, эти являющиеся более стабильными , чем Ат-С - связей. Астат может заменить собой атом водорода в бензоле с образованием astatobenzene C 6 H 5 At; это может быть окислен до С 6 Н 5 AtCl 2 хлором. Путем обработки данного соединени с щелочным раствором гипохлорита, С 6 Н 5 AtO 2 может быть получено. Катион дипиридин-астатин (I) [В (C 5 H 5 N) 2 ] + , образует ионные соединения с перхлоратне координирующий анион ) и нитрата , [В (С 5 Н 5 Н) 2 ] NO 3 . Этот катион существует в виде координационного комплекса , в котором две дативных ковалентных связи отдельно связать астатин (I) центр с каждым из пиридиновых колец через их атомы азота.

С кислородом, существует доказательство того вида ATO - и AtO + в водном растворе, образующийся в результате реакции астатина с окислителем , такими как элементарный бром или (в последнем случае) персульфат натрия в растворе хлорной кислоты . Виды ранее считались AtO -
2
с тех пор было определено , что AtO (ОН) -
2
, продукт гидролиза ATO + (другой такой продукт гидролиза является AtOOH). Хорошо охарактеризованный AtO -
3
анион может быть получен, например, окисление гипохлоритом астатина калия в растворе гидроксида калия . Получение лантана triastatate Ла (ATO 3 ) 3 , после окисления астатина с помощью горячего Na 2 S 2 O 8 раствора, было сообщено. Дальнейшее окисление ATO -
3
, например, с помощью дифторида ксенона (в горячем щелочном растворе) или периодатомнейтральном или щелочном растворе), дает perastatate ионов ATO -
4
; это является стабильным только в нейтральных или щелочных растворах. Астат также полагают, способен образовывать катионы в соли с оксианионами , такими как йодид или дихромат ; это основано на наблюдении , что, в кислых растворах, одновалентной или промежуточных положительных состояний астатина соосаждения с нерастворимых солей катионов металлов , таких как серебро (I) йодид или таллия (I) дихромата.

Астат могут образовывать связи на другие халькогенов ; они включают S 7 В + и В (CSN) -
2
с серой , в координации селеномочевины соединения с селеном , и astatine- теллура коллоида с теллуром.

Структура астатин monoiodide, один из астатина interhalogens и тяжелые известной двухатомной interhalogen.

Астат , как известно, реагирует с его гомологи более легкие йода, брома и хлора в парообразном состоянии; эти реакции производят двухатомные interhalogen соединений с формулами ати, AtBr и AtCl. Первое два соединение также может быть получено в воде - астатин реагирует с йодом / йодидом раствором с образованием ати, тогда как AtBr требует (кроме астатина) иода / монобромида иода / бромида раствора. Избыток иодидов или бромидов может привести к AtBr -
2
и ати -
2
ионов, или в растворе хлорида, они могут производить виды , такие как AtCl -
2
или AtBrCl -
с помощью равновесных реакций с хлоридами. Окисление элемента с дихроматом (в растворе азотной кислоты) , показало , что добавление хлорида превратил астатин в молекулу , вероятно, будет либо AtCl или AtOCl. Точно так же, AtOCl -
2
или AtCl -
2
может быть получен. В полигалогениды PdAtI 2 , CsAtI 2 , TlAtI 2 , и PbAtI известны или предположительно были осаждали. В плазменном источнике ионов масс - спектрометре , ионы [ати] + , [AtBr] + и [AtCl] + было сформированы путем введения более легкие паров галогена в гелий с наполнением ячейки , содержащей астатин, поддерживая существование устойчивых нейтральных молекул в ионов плазмы состояние. Нет Астат фториды пока не обнаружены. Их отсутствие было умозрительно отнести к крайним реакционной способности таких соединений, в том числе реакции первоначально образованный фторид со стенками стеклянного контейнера с образованием нелетучего продукта. Таким образом, хотя синтез фторида астатина , как полагает, возможно, он может потребовать жидкий фтористый галогена растворителя, как уже используется для характеристики фторида радона.

история

Периодическая таблица Менделеева (1971), с астатин отсутствует ниже хлора, брома и йода ( «J»)
Дмитрий Менделеев «s таблица 1871, с пустым пространством в эка-иод положении

В 1869 году, когда Дмитрий Менделеев опубликовал свою периодическую таблицу , пространство под иодом было пусто; после того, как Нильс Бор создал физическую основу классификации химических элементов, было предложено, чтобы пятый галоген принадлежал там. Перед тем как его официально признанной открытия, он был назван «эка-иод» (от санскритского эка  - «один»), подразумевает , что это одно пространство под иодом (таким же образом , как эка-кремний, эка-бор, и другие ). Ученые пытались найти его в природе; учитывая его крайняя редкость, эти попытки привели к нескольким ложных открытий.

Первое заявленное открытие эка-иод сделал Фред Эллисон и его коллеги в Алабаме политехническом институте (ныне Auburn University ) в 1931 году первооткрыватели назвали элемент 85 «alabamine», и назначил ему символ Ab, обозначения , которые были использованы для несколько лет. В 1934 году Герберт МакФерсон из Калифорнийского университета, Беркли опровергнуты метод Эллисон и обоснованность его открытия. Был еще один иск в 1937 году химиком Rajendralal De. Работая в Дакке в Британской Индии (ныне Дакки в Бангладеш ), он выбрал название «Дакин» для элемента 85, который он утверждал, изолировали как торий серии эквивалент радия F (полоний-210) в серии радия . Свойства он сообщенные для Дакин не соответствует таковому астатину; кроме того, астатин не найден в серии тория, и истинная идентичность Дакина не известна.

В 1936 году команда румынский физик Хория Hulubei и французский физик Иветт Кошуа утверждал, что обнаружил элемент 85 с помощью рентгеноструктурного анализа. В 1939 году они опубликовали еще один документ , который поддерживается и протяженную предыдущие данные. В 1944 году Hulubei опубликовал сводку данных , которые он получил до того времени, утверждая , что она была поддержана работой других исследователей. Он выбрал название «дор», предположительно из Румынии на «тоску» [мира], а Вторая мировая война началась пять лет назад. Как Hulubei писал на французском языке, на языке , который не вместить «INE» суффикс, Доры, скорее всего , были предоставлены на английском языке как «Дорин», если бы он был принят. В 1947 году иск Hulubei был фактически отвергнут австрийский химик Панет , который позже возглавит IUPAC комитет , ответственный за признание новых элементов. Даже если образцы Hulubei в содержали астатин, его средства , чтобы обнаружить его были слишком слабы, по современным стандартам, чтобы обеспечить правильную идентификацию. Он также принимал участие в ранее ложное утверждение , как к открытию элемента 87 (франция) , и это , как полагают, причиной других исследователей приуменьшить свою работу.

Оттенки серого фото верхней части тела человека
Эмилио Сегре , один из первооткрывателей основного элемента группы астатина

В 1940 году швейцарский химик Вальтер моторист объявил об открытии элемента 85 как бета продукт распада радия А (полоний-218), выбирая имя «helvetium» (от Гельвеция , латинское название Швейцарии). Карлик и Bernert не увенчались успехом в воспроизведении своих экспериментов, а затем отнести результаты МИНДЕРА к загрязнению его поток радона (радон-222 является родительским изотопом полония-218). В 1942 году, моторист, в сотрудничестве с английским ученым Элис Ли-Смит, объявил об открытии другого изотопа элемента 85, предполагаемый быть продуктом торий (полоний-216) бета - распада. Они назвали это вещество «Anglo-helvetium», но Карлик и Bernert снова были неспособны воспроизвести эти результаты.

Позже в 1940 году Дейл Р. Corson , Кеннет Росс Маккензи и Эмилио Сегре изолировали элемент в Университете Калифорнии, Беркли. Вместо поиска элемента в природе, ученые создали его при бомбардировке висмута-209 с альфа - частиц в циклотроне (ускоритель частиц) с получением, после испускания двух нейтронов, астатина-211. Первооткрыватели, однако, не сразу предложит имя для элемента. Причиной этого было то , что в то время, элемент создается синтетически в «невидимых количествах» , которые еще не обнаружены в природе не было расценено как вполне допустимым; кроме того, химиков неохотно признают , радиоактивные изотопы , как на законном основании , как стабильные. В 1943 году астатин был найден в виде произведения двух естественных цепей распада по Берта Карлик и Traude Bernert, первый в так называемой серии урана , а затем в серии актиний . (С тех пор астатин была определена в третьей цепи распада, в серию нептуний .) Панет в 1946 году под названием , чтобы , наконец , признать , синтетические элементы, со ссылкой, среди других причин, недавнее подтверждение их естественном залегании, и предположил , что открывателей недавно обнаруженные неназванные элементы называют эти элементы. В начале 1947, Nature опубликовал предложения первооткрывателей; письмо от Корсона, Маккензи, и Сегры предложило название «астатин» Coming от греческого astatos (αστατος) , что означает «нестабильный», из - за его склонность к радиоактивному распаду , с окончанием «-ine», найденный в фамилиях четыре ранее обнаруженных галогенов. Было также выбрано имя , чтобы продолжить традицию четыре стабильных галогенов, где имя , упомянутых свойства элемента.

Corson и его коллега классифицирован астатин как металл на основе своей аналитической химии . Последующие исследователи сообщили йод-подобный, катионный или амфотерное поведение. В ретроспективе 2003 Corson писал , что «некоторые из свойств [астатин] похожи на йод ... он также проявляет металлические свойства, больше похожи на своих металлических сосед Po и Bi.»

Изотопы

характеристики альфа-распада изотопов для образца астатина
Массовое
число
Массовый
избыток
Период полураспада Вероятность
альфа -
распада
Альфа -
распад
полураспада
207 -13.243 МэВ 1.80 ч 8,6% 20.9 ч
208 -12.491 МэВ 1.63 ч 0,55% 12,3 г
209 -12.880 МэВ 5.41 ч 4,1% 5,5 г
210 -11.972 МэВ 8.1 ч 0,175% 193 г
211 -11.647 МэВ 7.21 ч 41,8% 17.2 ч
212 -8.621 МэВ 0.31 s ≈100% 0.31 s
213 -6.579 МэВ 125 нс 100% 125 нс
214 -3.380 МэВ 558 нс 100% 558 нс
219 10.397 МэВ 56 лет 97% 58 лет
220 14.350 МэВ 3.71 мин 8% 46.4 мин
221 16.810 МэВ 2,3 мин Экспериментально
альфа - стабильным

Есть 39 известных изотопов астатина, с атомными массами (массовые числа) от 191-229. Теоретическое моделирование показывает , что 37 больше изотопов могут существовать. Нет стабильный или долгоживущий изотоп астатина не наблюдались, ни один , как ожидается, существует.

Астат в альфа - распад энергия следует той же тенденции, что и для других тяжелых элементов. Более легкие изотопы Астата имеют достаточно высокую энергию альфа - распад, которые становятся ниже , так как ядра становятся тяжелее. Астат-211 имеет значительно более высокую энергию , чем предыдущий изотоп, поскольку он имеет ядро с 126 нейтронами, и 126 является магическим числом , соответствующее заполненной нейтронной оболочки. Несмотря на то , аналогичный период полураспада к предыдущему изотопа (8,1 часа для астатина-210 и 7,2 часа для астатина-211), вероятность альфа - распада намного выше для последнего: 41,81% против только 0,18%. Два следующих изотопов освободить еще больше энергии, с астатин-213 выпуская наибольшее количество энергии. По этой причине она является кратчайшим жил астатин изотоп. Несмотря на то, более тяжелые изотопы астатина выпустить меньше энергии, не долго-жил астатин изотоп существует, из-за возрастающей роли бета - распада (электронной эмиссии). Этот режим распада особенно важен для астатина; уже в 1950 г. было выдвинуто предположение , что все изотопы элемента подвергаются бета - распада, хотя ядерная измерения массы показывают , что 215 В фактически является бета-устойчивым , так как она имеет самую низкую массу всех изобар с = 215. режиме бета - распад было обнаружено , для всех остальных изотопов астата для астата-213, астат-214 и астат-21ого , кроме. Астат-210 и более легкие изотопы обладают бета - распада плюс ( позитронно - эмиссионной ), астатин-216 и более тяжелые изотопы обладают бета (минус) распад, и астатин-212 распадов с помощью обоих режимах, в то время как астатин-211 проходит электронный захват .

Наиболее стабильный изотоп астатин-210, который имеет период полураспада 8,1 часа. Режим первичного распада является бета - плюс, к относительно долгоживущий (по сравнению с изотопами астатина) альфа - излучатель полоний-210 . В общей сложности только пять изотопы имеют периоды полураспада , превышающие один час (астат-207 -211). Наименее стабильным основное состояние изотопа астатин-213, с периодом полураспада в 125 наносекунд. Она проходит альфа - распад с чрезвычайно долгоживущего висмут-209 .

Астат имеет 24 известных ядерных изомеров , которые являются ядра с одним или более нуклонов ( протонов или нейтронов ) в качестве возбужденного состояния . Ядерный изомер также можно назвать « мета -state», то есть система имеет больше внутренней энергии , чем « основное состояние » (состояние с наименьшей возможной внутренней энергии), что делает бывший , вероятно, распадаться в последний. Там может быть более чем один изомер для каждого изотопа. Наиболее стабильной из этих ядерных изомеров астатин-202m1, который имеет период полураспада около 3 минут, больше , чем у всех основных состояний запретить те из изотопов 203-211 и 220. наименее стабильным является астатин-214m1; его период полураспада 265 наносекунд короче , чем у всех основных состояний , за исключением того астатина-213.

Естественное явление

последовательность по-разному окрашенных шариков, каждый из которых содержит двухбуквенный символ и некоторые номера
Серия нептуния, показывающие продукты распада, в том числе астатина-217, сформированном из нептуния-237

Астат является самым редким естественным элементом. Общее количество астатина в земной коре (цит массы 2,36 × 10 25 г), по оценкам, менее одного грамма в любой момент времени.

Любой астатин присутствует при образовании Земли давно исчезли; четыре естественных изотопов (астатин-215, -217, -218 и -219), вместо этого непрерывно получают в результате распада радиоактивных тория и урана руд, а также следовые количества нептуния-237 . Суши Северной и Южной Америке , в сочетании, на глубину 16 километров (10 миль), содержит только около одного триллиона атомов астатин-215 в любой данный момент времени (около 3,5 × 10 -10 г). Астат-217 производится с помощью радиоактивного распада нептуния-237. Не Первобытные остатки последнего изотопа-из - за его относительно короткого периода полураспада 2,14 млн лет, больше не присутствуют на Земле. Однако, следовые количества встречаются в природе как продукт трансмутации реакций в урановых рудах . Астат-218 был первым астатин изотоп обнаружен в природе. Астат-219, с периодом полураспада 56 секунд, является самым длинным жил из естественных изотопов.

Изотопы астатина иногда не перечислены как встречающиеся в природе из-за неправильные представления, что нет таких изотопов, или несоответствий в литературе. Астат-216 было подсчитано в качестве природного изотопа, но сообщения о его наблюдения (которые были описаны как сомнительные) не были подтверждены.

Синтез

формирование

Возможные реакции после бомбардировки висмута-209 с альфа-частицами
реакция Энергия альфа-частицы
209
83
Bi
+ 4
2
Он
211
85
В
+ 2 1
0
п
26 МэВ
209
83
Bi
+ 4
2
Он
210
85
В
+ 3 1
0
п
40 МэВ
209
83
Bi
+ 4
2
Он
209
85
В
+ 4 1
0
п
60 МэВ

Астат был впервые изготовлен путем бомбардировки висмута-209 с энергичными альфа - частицами, и это по- прежнему является основным маршрут используется для создания относительно долгоживущих изотопов астата-209 через астатин-211. Астат производится только в крохотных количествах, с современными методами позволяет производственный цикл до 6,6  гига беккерелях (около 86  нанограмм или 2,47 × 10 14 атомов). Синтез больших количеств астатина с использованием этого метода сдерживается ограниченным наличием подходящих циклотронах и перспектива плавления мишени. Растворитель радиолиз из - за кумулятивный эффект астатина распада является связанной проблемой. С криогенной технологии, микрограммные количества астатина могли бы быть получены с помощью протонного облучения тория или урана с получением радон-211, в свою очередь , распадающейся на Астат-211. Заражение Астат-210 , как ожидается , будет недостатком этого метода.

Наиболее важный изотоп астатин-211, единственный в коммерческом использовании. Для получения целевого висмута, металл напыляет на золото, медь или алюминиевую поверхность от 50 до 100 миллиграммов на квадратный сантиметр. Оксида висмута может быть использован вместо; это принудительно слито с медной пластиной. Мишень выдерживала в химически нейтральном азоте атмосфере, и охлаждается водой , чтобы предотвратить преждевременное испарение астата. В ускорителе частиц, такие , как циклотрон, альфа - частицы столкнулись с висмутом. Несмотря на то, используется только один изотоп висмута (висмут-209), реакция может протекать в трех возможных способов, производя астатин-209, астатин-210, или астатин-211. Для того чтобы исключить нежелательные нуклиды, максимальная энергия ускорителя частиц устанавливаются на значение (оптимально 29,17 МОВ) выше , что для реакции производства астата-211 (для получения желаемого изотопа) и ниже тот , производящей астат-210 (к Во избежание получения других изотопов астатина).

методы разделения

Так как астатин является основным продуктом синтеза, после ее образования она должна быть отделена только от цели и каких-либо значительных примесей. Существует несколько методов «но они обычно следуют один из двух подходов сухой перегонки или мокрой [] кислотной обработки мишени с последующей экстракцией растворителя.» Методы, суммированные ниже, являются современными адаптациями старых процедур, так как рассмотрены Куглера и Келлером. Предварительно 1985 методы чаще обратились к ликвидации совместного производства токсичного полония; это требование теперь смягчаются укупорками энергии циклотронного облучения пучка.

сухой

Астатин-мишень , содержащий циклотронного нагревают до температуры приблизительно 650oC. Астатин улетучивается и конденсируется в (обычно) в холодной ловушке . Более высокие температуры вплоть до примерно 850 ° С , могут увеличить выход, на риск загрязнения висмута из параллельного улетучивания. Redistilling конденсата может потребоваться , чтобы минимизировать присутствие висмута (как висмут может мешать астатин реакции маркировки ). Астатин извлекает из ловушки , используя один или более низкую концентрацию растворители , такие как гидроксид натрия , метанол или хлороформ . Астатин выходы до около 80% могут быть достигнуты. Сухое разделение является метод наиболее часто используется для получения химически полезной формы астатина.

Мокрый

Висмута (или иногда висмута трехокись ) мишень растворяют в, например, концентрированной азотной или хлорной кислоты. Астат экстрагируют с использованием органического растворителя , такого как бутиловый или изопропиловый эфир , или тиосемикарбазидом . Выход разделения 93% с использованием азотной кислоты сообщалось, падение до 72% от времени процедуры очистки были завершены (дистилляцию азотной кислоты, продувку остаточных оксидов азота , и повторное растворение нитрата висмута , с тем чтобы жидкость-жидкостную экстракцию ). Влажные методы включают «несколько этапов обработки Радиоактивность» и не очень хорошо подходят для выделения больших количеств астатина. Они могут включить производство астатина в определенном состоянии окисления и могут иметь большее применение в экспериментальной радиохимии .

Использование и меры предосторожности

Несколько 211 В , содержащая молекулу и их экспериментальные применения
агент Приложения
[ 211 в] астатин-теллур коллоидов полигамные опухоли
6- [ 211 В] astato-2-метил-1,4-дифосфат naphtaquinol Аденокарциномы
211 В меченных метиленовый синий Меланомы
Мета- [ 211 В] astatobenzyl гуанидин нейроэндокринные опухоли
5- [ 211 В] astato-2'-дезоксиуридин Различный
211 В меченные биотином конъюгаты Различные Задействуйте в
211 В меченном октреотиде рецептора соматостатина
211 В-меченные моноклональные антитела и фрагменты Различный
211 В меченных бисфосфонатах метастазы в кости

Новоиспеченная астатин-211 является предметом постоянных исследований в области ядерной медицины . Он должен быть использован быстро , как он распадается с периодом полураспада 7,2 часа; это достаточно долго , чтобы позволить многоэтапные стратегии маркировки . Астат-211 имеет потенциал для целенаправленного альфа - частицы лучевой терапии , так как он распадается либо через испускание альфа - частицу (висмут-207), или с помощью электронного захвата (к чрезвычайно короткоживущим нуклидам, полоний-211, который подвергается дальнейшему альфа - распад ), очень быстро достигая стабильный внучек свинцово-207. Полаяся X-лучи , испускаемые в результате отделения захвата электронов, в диапазоне 77-92  к , позволяют отслеживать астатин у животных и пациентов. Хотя астатин-210 имеет немного более длительный период полураспада, он совершенно непригоден , поскольку она обычно проходит бета - плюс распад в крайне токсичного полоний-210.

Основная лекарственная разница между астатином-211 и йодом-131 (радиоактивным изотопом йода также используется в медицине) является то , что иод-131 испускает бета - частицу с высокой энергией, и астатин не делает. Бета - частицы имеют гораздо большую проникающую способность , через ткань , чем сделать гораздо более тяжелый альфа - частицу. Средний альфа - частица выпущен астатин-211 может проехать до 70 мкм с помощью окружающих тканей; бета - частиц средней энергии , излучаемой йода-131 может перемещаться почти в 30 раз , как далеко, до около 2 мм. Короткий период полураспада и ограниченное проникающая способность альфа - излучения через ткани дает преимущества в ситуациях , когда «бремя опухоли населения с низким и / или злокачественных клеток , расположены в непосредственной близости от основных нормальных тканей.» Значительная болезненность в моделях культивирования клеток рака человека была достигнута с от одного до десяти астатина-211 атомов , связанных на клетку.

Астат ... [это] несчастными, чтобы сделать и ад работать.

P Дурбин, Исследования излучения человека: Вспоминая первые годы , 1995

Несколько препятствия возникли в развитии Астат на основе радиофармпрепаратов для рака лечения. Вторая мировая война задерживается исследование в течение почти десяти лет. Результаты первых экспериментов показали , что рак-селективного носитель необходимо будет разработать и он не был до 1970 - х , что моноклональные антитела стали доступны для этой цели. В отличии от йода, астатин показывает тенденцию к дегалогенированию из молекулярных носителей , таких как эти, в частности , на зр 3 углеродных сайтах ( в меньшей степени из зра 2 сайтов ). Учитывая токсичность астатина накопленной и удерживаемой в организме, это подчеркивает необходимость обеспечения она оставалась присоединена к молекуле - хозяине. В то время как Астат носители, которые медленно метаболизируются могут быть оценены на предмет их эффективности, более быстро метаболизируется носители остаются существенным препятствием для оценки астатина в области ядерной медицины. Смягчение воздействия астатина-индуцированной радиолиза химии маркировки и несущих молекул является еще одной областью , требующей дальнейшего развития. Практическое применение для астатина в качестве лечения рака потенциально будет лучшим выбором для «колеблющегося» числа пациентов; производство астатина в количествах , которые потребовались бы по- прежнему является проблемой.

Исследования на животных показывают , что астатин, подобно йода, хотя и в меньшей степени, преимущественно концентрируется в щитовидной железе . В отличие от йода, астатин также показывает тенденцию к поглощаться легких и селезенке, возможно , из - за в организме-окисления At - до В + . При введении в виде радиоколлоида она имеет тенденцию концентрироваться в печени . Эксперименты на крысах и обезьянах предполагают , что астатин-211 вызывает гораздо большее повреждение щитовидной железы , чем это делает йод-131, с повторяющимися инъекции нуклида , что приводит к некрозу клеток и дисплазии в железе. Ранние исследования свидетельствуют о том, что введение астатина в женские грызун вызвало морфологические изменения в ткани молочной железы; этот вывод остается спорным на протяжении многих лет. Общее согласие было достигнуто позже , что это было , вероятно , вызвано действием облучения тканей молочной железы в сочетании с гормональными изменениями в результате облучения яичников. Следовые количества астатина можно безопасно обрабатывать в вытяжных , если они хорошо газированной; Биологическое поглощение элемента следует избегать.

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

Список используемой литературы

внешняя ссылка