Stát | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pozice v periodické tabulce | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Symbol | Na | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Příjmení | Stát | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Protonové číslo | 85 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Skupina | 17 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Doba | 6 th doba | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Blok | Blok p | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rodina prvků | Halogen / metaloid | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronická konfigurace | [ Xe ] 4 f 14 5 d 10 6 s 2 6 p 5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrony podle energetické úrovně | 2, 8, 18, 32, 18, 7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomové vlastnosti prvku | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomová hmotnost | [ 210 u ] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kovalentní poloměr | 150 hodin | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Van der Waalsův poloměr | 202 hodin | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidační stav | ± 1,3,5,7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativita ( Pauling ) | 2.2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kysličník | neznámý | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ionizační energie | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 Re : ~ 920 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nejstabilnější izotopy | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Jednoduché fyzikální vlastnosti těla | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Obyčejný stav | Pevný | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Krystalový systém | Tvář centrovaný kubický (předpověď) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Barva | kovové (?) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fúzní bod | 302 ° C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bod varu | 312 ° C až 337 ° C (počítáno) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tepelná vodivost | 1,7 W · m -1 · K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rozličný | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N O CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Opatření | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
![]() Radioelement s pozoruhodnou aktivitou |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Jednotky SI & STP, pokud není uvedeno jinak. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Astat je rádio prvek , symbol V a atomové číslo 85. Je to nejvzácnější chemických prvků mimo transuranic přirozeně vyskytuje v zemské kůře , kde se vyrábí pomocí radioaktivního rozpadu těžších prvků . Všechny izotopy astatu mají krátký poločas , nejméně nestabilní je astat 210 s poločasem 8,1 hodiny. Viditelný vzorek čistého prvku nebyl nikdy vyroben, ale jakýkoli makroskopický vzorek by se rychle odpařil teplem vyplývajícím z jeho vlastní radioaktivity.
Vlastnosti astatu jako materiálu proto nejsou s jistotou známy. Mnoho z nich bylo odhadnuto z polohy prvku v periodické tabulce , přičemž astat je považován za těžší chemický analog jódu a je členem halogenové skupiny . Vzorek astatu by pravděpodobně byl tmavý a mohl by to být polovodič nebo snad kov ; pravděpodobně by měl vyšší teplotu tání než jód. Chemicky je známo několik aniontových druhů astatinu a většina z těchto sloučenin se podobá sloučeninám jódu. Prvek se také chová jako kov z několika hledisek, zejména je schopen vytvářet stabilní jednoatomový kation ve vodném roztoku (na rozdíl od lehčích halogenů).
Prvek byl objeven během jeho první syntézy, kterou v roce 1940 provedli Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie a Emilio G. Segrè na Kalifornské univerzitě v Berkeley . Tým navrhl pojmenovat jej astat v angličtině, z řeckého astatos ( άστατος ), což znamená „nestabilní“. Od té doby byly v přírodě identifikovány čtyři izotopy astatinu, ale v tak malém množství, že v zemské kůře se kdykoli nachází jen asi gram. V přírodě se nenachází ani izotop s nejdelším poločasem rozpadu, astatin 210, ani lékařsky nejslibnější izotop , astatin 211; syntetizují se v cyklotronu , obvykle bombardováním cíle vizmutu-209 částicemi alfa .
Astat je extrémně radioaktivní prvek ; všechny jeho známé izotopy mají poločasy 8,1 hodiny nebo méně a rozpadají se na jiné izotopy astatu , vizmut , polonium nebo radon . Většina jeho izotopů je velmi nestabilní a poločasy jsou kratší než jedna sekunda. Z prvních 101 prvků v periodické tabulce je pouze francium radioaktivnější a všechny izotopy astatinu méně radioaktivní než francium jsou vytvořeny člověkem a v přírodě se nenacházejí.
Makroskopické vlastnosti astatinu nejsou s jistotou známy. Výzkum je omezen krátkým poločasem rozpadu, který brání tvorbě významného množství (0,5 µg astatu je již více radioaktivní než jeden gram radia ). Množství astatu viditelné pouhým okem by se rychle odpařilo v důsledku intenzivního tepla vydávaného jeho vysokou radioaktivitou. Zbývá zjistit, zda by bylo možné s odpovídajícími chladicími prostředky uložit makroskopické množství astatu ve formě tenké vrstvy. Tento chemický prvek je obecně zařazen mezi nekovy nebo metaloidy ; tvorba kovové fáze byla přesto předpovídána.
Většina fyzikálních vlastností astatu byla odhadnuta ( interpolací nebo extrapolací ) pomocí teoretických nebo semi-empirických metod. Například halogeny jsou tmavší, tím těžší jsou: fluor je téměř bezbarvý, chlor zeleno-žlutý, brom červenohnědý a jod tmavě fialově šedý. Astat je proto někdy popisován jako pravděpodobně černá pevná látka (za předpokladu, že se řídí tímto vzorem) nebo kovový vzhled (ať už jde o metaloid nebo kov). Očekává se také, že teploty tání a teploty varu astatinu budou sledovat trend halogenových řad, mezi nimiž se zvyšují s atomovým číslem . Podle tohoto předpokladu se odhadují na 575 a 610 K (302 a 337 ° C ). Některé experimentální výsledky nicméně naznačují nižší hodnoty s 503 K jako teplotou varu pro diatomic astatin. To sublimuje méně snadno než jod, které mají nižší tlak par . I tak by se polovina daného množství astatinu odpařila asi za hodinu, pokud by byla ponechána na čistém skleněném povrchu při pokojové teplotě. Jeho absorpční spektrum ve střední ultrafialové oblasti má čáry při 224 401 a 216,225 nm , což naznačuje elektronické přechody od 6 do 7 s.
Struktura pevného astatu není známa. Jako halogen a jodu analogové, mohlo by to mít kosočtverečnou krystalickou strukturu složenou z dvouatomových astat molekul , a musí být polovodičový (s mezerou o 0,7 eV ). Pokud se astat v kondenzované formě chová spíše jako kov, na druhé straně by mohl krystalizovat v kubickém systému se středem tváře a dokonce by se v této hypotéze mohl ukázat jako supravodivý , jako jod, který pod vysokým tlakem tvoří tento typ fáze . Experimentální výsledky týkající se existence nebo neexistence diatomic astatinu (At 2 ) jsou vzácné a neprůkazné. Některé zdroje tvrdí, že tato forma neexistuje nebo alespoň nebyla nikdy pozorována, jiné tvrdí nebo naznačují opak. Přes tuto diskusi, byly predikovány mnoho diatomic astat vlastnosti: například délka spojení by bylo 300 ± 10 pm je disociační energie z 83,7 ± 12,5 kJ mol -1 , a její latentní teplo vypařování (AH VAP ) z 54,39 kJ mol -1 . Tato druhá hodnota naznačuje, že astat může být kovový, přinejmenším v kapalné formě, vzhledem k tomu, že všechny prvky s latentním výparným teplem větším než asi 42 kJ mol -1 jsou kovové v kapalném stavu; diatomic jodu , s hodnotou 41,71 kJ mol -1 , se nachází přímo pod touto prahovou hodnotou.
Jeho chemie je „zakryta extrémně nízkými koncentracemi, při kterých byly prováděny experimenty s astatem, a možností reakcí s nečistotami, se stěnami nebo filtry nebo s radioaktivními vedlejšími produkty a dalšími parazitickými interakcemi v nanoskopickém měřítku“ . Mnoho z jeho zjevných chemických vlastností bylo pozorováno v experimentech, kde se astat nachází v ultra-stopovém, extrémně zředěném roztoku, obvykle méně než 10–10 mol L −1 (což již odpovídá aktivitě přibližně 1, 6 GBq L −1 ) . Určité vlastnosti, jako je tvorba aniontů, se nacházejí u jiných halogenů. Má určité vlastnosti kovu, jako je ukládání na katodě , společné srážení s jinými sulfidy kovů v kyselině chlorovodíkové a tvorba stabilního jednoatomového kationtu ve vodném roztoku. Vytváří komplexy s EDTA , chelatačním činidlem , a je prokázáno, že je schopen reagovat jako kov při značení protilátek ; v určitých aspektech se astat ve svém stupni oxidace + chová jako stříbro ve stejném stavu. Hlavní část organické chemie astatinu je nicméně podobná té jodové: je zvláště schopná vytvářet halogenovou vazbu , dokonce snadněji než jód.
Astat má elektronegativitu 2,2 na revidované Paulingově stupnici , nižší než jod a je stejný jako vodík. Ve vodíkové astatuře (HAt) je záporný náboj pravděpodobně nesen atomem vodíku, což znamená, že tato sloučenina by měla být místo toho nazývána astatinhydrogenid. Takové pozorování by bylo v souladu s hodnotou elektronegativity na stupnici Allred-Rochow (1,9), menší než s hodnotou vodíku (2,2). To bylo předpovězeno v roce 2011, že elektronický afinita z astatu by byla o třetinu nižší než u chlóru (který mezi halogeny má největší) v důsledku interakce spin-oběžné dráze , tato afinita byla potvrzena 2020 rovnou 233 kJ · mol - 1 .
Astat je méně reaktivní než jód , který je sám o sobě nejméně reaktivní z ostatních halogenů. Jeho sloučeniny byly syntetizovány v nepatrném množství a studovány co nejvíce před jejich radioaktivním rozpadem. Zahrnuté reakce byly testovány hlavně se zředěnými roztoky astatinu smíchanými s větším množstvím jódu. Jód umožňuje zajistit přítomnost dostatečného množství materiálu pro správné fungování obvyklých laboratorních technik, jako je filtrace nebo srážení . Stejně jako jod může i astat přijímat liché stupně oxidace od -1 do +7.
Známé sloučeniny vytvořené s kovy jsou vzácné. Atestuje se sodík , palladium , stříbro , thalium a olovo . Určité vlastnosti aktiv stříbra a sodíku i aktiv ostatních alkalických kovů a kovů alkalických zemin byly odhadnuty extrapolací halogenidů jiných kovů.
Průkopníci chemie astatu si všimli vzniku sloučeniny astatu a vodíku, která se obecně označuje jako vodíková astatura , ačkoli „ astatinhydrogenid “ je výstižnější název. Tato sloučenina se snadno oxiduje; okyselení zředěnou kyselinou dusičnou dává formy At 0 nebo At + a následné přidání stříbra (I) může přinejlepším jen částečně vysrážet astat ve formě stříbra (I) (AgAt). Naopak, jod není oxidován a snadno tvoří sraženinu jodidu stříbrného .
Astat může vytvářet vazbu s bórem , uhlíkem a dusíkem . Byly připraveny různé bórové komplexy s vazbami At-B, které jsou stabilnější než vazby At-C. Astat mohou nahradit vodík v benzenovém kruhu za vzniku astatobenzene, C 6 H 5 V; toto může být oxidován na C 6 H 5 AtCl 2 od chlorem . Zpracováním sloučeniny s roztokem Basic z chlornanu může být vyroben C 6 H 5 ATO 2 . V dipyridin-astate (I), chloristan [V (C 5 H 5 N) 2 ] [ClO 4 ] a jeho dusičnanu analogu, atom astat je vázán na každé z dusíku obou pyridinových kruhů .
Jako sloučeniny s kyslíkem byly ve vodném roztoku prokázány ionty AtO - a AtO + , které vznikají reakcí astatu s oxidačním činidlem, jako je elementární brom nebo (pro AtO + ) persíran sodný v roztoku kyseliny chloristé . Druhy dříve identifikované jako ATO 2 - od té doby bylo zjištěno, že AtO (OH) 2 - , je produkt hydrolýzy Ato + (jak je AtOOH). Dobře charakterizované AtO 3 - anion může být dosaženo mimo jiné oxidací astatu od chlornanu draselného v roztoku hydroxidu draselného . Lanthan triastatate La (ATO 3 ) 3 se připraví oxidací astatu v horkém roztoku Na 2 S 2 O 8 . Další oxidace ATO 3 - , například xenon difluoridu (v horkém základního roztoku) nebo jodistanem (v neutrálním nebo zásaditém roztoku), výsledky v perastatate ion ATO 4 - , který je stabilní pouze při pH větší než nebo rovný až 7. Předpokládá se, že astat je také schopen tvořit kationty ve solích s oxyanionty , jako je jodičnan nebo dichroman , protože v kyselém roztoku je pozorována ko-precipitace astatu v kyselém roztoku. Jednovazný nebo středně pozitivní oxidační stav s nerozpustnými solemi kationty kovů, jako je jodičnan stříbrný nebo dichroman thalium.
Astat mohou tvořit sloučeniny s jinými chalkogeny , jako je například S 7 Na + a na (ČSN) 2 - s síry , se selenourea koordinační sloučeniny s selenu , a astate-tellur koloidu s telur .
Je známo, že astat reaguje se svými světlejšími protějšky plynného jodu , bromu a chloru ; tyto reakce produkují interhalogenové sloučeniny vzorců AtI, AtBr a AtCl. První dvě z těchto sloučenin lze také vyrábět ve vodě - astatin reaguje s roztokem jodu / jodidu za vzniku AtI, zatímco tvorba AtBr vyžaduje (kromě astatu) roztok jodu. / Jodbromid / bromid . Přebytek jodid nebo bromid může vést k tvorbě AtBr 2 - a ATI 2 - ionty , nebo v roztoku chloridu mohou vyrábět druhy jako AtCl 2 - nebo AtBrCl - přes rovnovážných reakcích s chloridy. Oxidace prvku dichromátem (v roztoku kyseliny dusičné) ukazuje, že přidání chloridů transformuje astatin na molekulu s nejistou identifikací, pravděpodobně AtCl nebo AtOCl. Podobně AtOCl 2 - nebo AtCl 2 - lze vyrábět . Tyto halogenidy PdAtI 2 , Csati 2 , TlAtI 2 , a PbAtI je známo, že byly vysrážené (nebo to, že byly). V hmotnostním spektrometru plazmy (jako zdroj iontů) byly ionty [AtI] + , [AtBr] + a [AtCl] + vytvořeny zavedením par lehčích halogenů do buňky naplněné heliem obsahujícím astatin, který je známkou ve prospěch existence stabilních neutrálních molekul v ionizované plazmě. Dosud nebyl objeven žádný astatin-fluorid. Jejich absence byla pravděpodobně přičítána extrémní reaktivitě takových sloučenin, která by zahrnovala reakci fluorované sloučeniny původně vytvořené se skleněnými stěnami nádoby za vzniku netěkavého produktu. I když tedy není vyloučena syntéza astatinfluoridu, může to vyžadovat kapalné halogenové fluoridové rozpouštědlo, které se používá pro charakterizaci radonfluoridu .
V roce 1869, kdy Dmitrij Mendělejev vydal svou periodickou tabulku prvků , byl prostor pod jódem prázdný. Jakmile je fyzickým základem pro klasifikaci prvků stanoveným Nielsem Bohrem , zdá se, že toto místo zaujímá pátý halogen . Před oficiálním uznání jeho objevu, tento hypotetický prvek byl nazýván eka-jod ( eka-jodu v angličtině, ze sanskrtu एक , EKA pro „a“) tak, aby odrážely její postavení jednu pozici níže jód (jako eka -bore, eka-cesia, nebo další). Vzhledem k jeho extrémní vzácnosti je v průběhu času oznámeno mnoho falešných objevů.
První tvrzení objevu eka-jodu je provedena v roce 1931 u amerického Fred Allison (v) a kolegové z Polytechnic Institute of Alabama (nyní Auburn University ), za použití 45 kg na monazit z Brazílie izolovat prvek. Dávají mu jméno Alabam ( alabamine v angličtině) po Alabama a symbol Am, pak se změnil na Ab, který zůstává v provozu po dobu několika let. Způsob Allison a jeho objevu jsou neplatné v roce 1934 Herbert G. MacPherson (in) z University of California v Berkeley .
V roce 1937 indický chemik Rajendralal De oznámil objev prvku 85 z monazitu. Pokřtí ho dakinem , pravděpodobně po městě Dháka, kde pracuje, poté dekhine . Tvrdí, že jej izoloval od řetězce rozpadu thoria , kde by měl stejné místo ve vztahu k thoria jako radium F (polonium 210) v řadě radia . Vlastnosti dakina se však neshodují s vlastnostmi astatinu a v řetězci rozpadu thoria ve skutečnosti neexistuje žádný izotop astatinu, a to ani v dráhách rozpadu menšin. Skutečná identita dakinů proto zůstává neznámá.
V roce 1936 rumunská Horia Hulubei a francouzská Yvette Cauchois prohlásily objev prvku 85 rentgenovou spektroskopií . Publikují článek v roce 1939, který potvrzuje a doplňuje jejich data z roku 1936. Hulubei publikuje souhrn těchto dat v roce 1944 a tvrdí, že je potvrzuje práce jiných vědců. Pojmenoval tento zlatý prvek , z rumunštiny „touha, nostalgie“. Jeho objev vyvrátil v roce 1947 Rakušan Friedrich Paneth . Dokonce i když vzorky Hulubei obsahovaly astat, jeho prostředky k jeho detekci byly podle současných standardů příliš slabé na to, aby jej bylo možné účinně identifikovat. Hulubei je také za chybným oznámením objevu francium , které mohlo vést další výzkumníky k tomu, aby na jeho práci pohlíželi skepticky.
V roce 1940 oznámil Švýcar Walter Minder objev prvku 85 v produktech rozpadu beta radia A ( polonium 218 ) a pojmenoval jej po Švýcarsku helvetiem . Berta Karlik a Traude Bernert nedokážou reprodukovat svůj experiment a výsledky přisuzují kontaminaci radonového proudu ( radon 222 je mateřským izotopem polonia 218). S Britkou Alice Leigh-Smithovou Minder oznámil objev dalšího izotopu prvku 85 v roce 1942, pravděpodobně produktu rozpadu beta thoria A ( polonium 216 ). Oba vědci jej pokřtili Anglo-Helvetium ve vztahu k jejich příslušným zemím. Karlik a Bernert však tyto výsledky opět nejsou schopni replikovat.
Prvek byl nakonec izolován v roce 1940 podle Dale R. Corson , KR MacKenzie a Emilio Segre z University of California v Berkeley . Místo toho, aby při pohledu na to se v přírodě, se syntetizovat tím, že bombarduje vizmut-209 s částicemi alfa v cyklotronu . Reakce je doprovázena emisí dvou neutronů a vede k astatu 211, formálně identifikovanému prvnímu izotopu. Objevitelé nepřišli hned pro svůj nový prvek s názvem pro svou metodu: v té době nebyla identifikace prvku dosud objeveného v přírodě, ale vytvořeného syntézou v neviditelných množstvích, považována za platnou. Chemici se navíc zdráhají považovat radioizotopy za stejně legitimní jako stabilní izotopy. V roce 1943 objevili Berta Karlik a Traude Bernert astat ve dvou řetězcích přirozeného rozpadu, nejprve v řetězci uranu 238, poté v řetězci uranu 235. Následně byl astat také objeven v hlavním řetězci rozpadu neptunia 237, ale neptunium je velmi vzácný ve svém přirozeném stavu, produkovaný zachycením neutronů v uranových rudách.
V roce 1946 požádal Friedrich Paneth o konečné uznání syntetických prvků, přičemž mezi svými argumenty uvedl zejména nedávné potvrzení jejich přirozeného výskytu, a navrhl, aby objevitelé těchto nových prvků byli ti, kteří je pojmenovali. Na začátku roku 1947 zveřejnila Nature návrhy objevitelů: dopis od Corsona, MacKenzie a Segrèe navrhl anglický název astat , pocházející z řeckého astatos ( άστατος ), což znamená „nestabilní“, kvůli jeho tendenci k rozpadu , s koncovka „-ine“, která je v angličtině charakteristická pro halogeny. Tento název také pomáhá pokračovat v tradici pojmenovávání halogenů podle jedné z jejich vlastností. To bylo přijato Mezinárodní unií čisté a aplikované chemie v roce 1949.
Corson a jeho kolegové klasifikují astat jako kov na základě jeho analytické chemie. Další studie ukazují chování podobné jódu, kationtové nebo amfoterní. V retrospektivě z roku 2003 Corson napsal, že „některé vlastnosti [astatu] jsou podobné vlastnostem jódu“ a že prvek „také vykazuje kovové vlastnosti, blíže vlastnostem polonia a bismutu , jeho kovovým sousedům“ .
Existuje 39 známých izotopů astatinu s hmotnostními čísly mezi 191 a 229. Teoretické modelování naznačuje možnou existenci dalších 37 izotopů. Nebyly pozorovány žádné stabilní izotopy s dlouhým poločasem rozpadu a neočekává se, že budou existovat.
Údaje o rozpadu alfa pro některé izotopy | ||||
---|---|---|---|---|
Číslo
z |
Přebytečná hmota |
Poločas rozpadu | Energie
průměrný |
Pravděpodobnost |
207 | -13,243 MeV | 1,80 h | 5 873 MeV | 8,6% |
208 | -12,491 MeV | 1,63 h | 5,752 MeV | 0,55% |
209 | -12,880 MeV | 5,41 h | 5,758 MeV | 4,1% |
210 | -11 972 MeV | 8,1 h | 5,632 MeV | 0,175% |
211 | -11 647 MeV | 7,21 h | 5 983 MeV | 41,8% |
212 | -8,621 MeV | 0,31 s | 7 825 MeV | ≈ 100% |
213 | -6,579 MeV | 125 ns | 9,255 MeV | 100% |
214 | -3 380 MeV | 558 ns | 8,986 MeV | 100% |
219 | 10,397 MeV | 56 s | 6 324 MeV | 97% |
220 | 14,350 MeV | 3,71 min | 6,052 MeV | 8% |
K rozpadu energie z alfa rozpad z astatu stejný trend jako jiné těžké předměty. Lehčí izotopy mají relativně vysokou energii rozpadu alfa, která klesá s těžšími izotopy. Astat 211 má podstatně větší energii než předchozí izotop, protože má jádro se 126 neutrony, což odpovídá magickému číslu, a tedy vyplněné neutronové vrstvě . Ačkoli je jeho poločas srovnatelný s předchozím izotopem (7,2 h pro 211 At, 8,1 h pro 210 At), jeho pravděpodobnost rozpadu alfa je mnohem větší: 41,81% proti pouze 0,18%. Další dva izotopy uvolňují ještě více energie, zejména astat 213, který uvolňuje nejvíce energie. Z tohoto důvodu je to také známý izotop, který má nejkratší poločas. Ačkoli těžší izotopy uvolňují méně energie, neexistuje žádný izotop s dlouhým poločasem rozpadu, kvůli rostoucí roli rozpadu beta (emise elektronů). Tento způsob dezintegrace je zvláště důležitý pro astat; již v roce 1950 vědci předpokládali, že všechny izotopy tohoto prvku se rozpadnou cestou beta. Byly nalezeny režimy beta rozkladu pro všechny známé astatinové nuklidy kromě 213 At, 214 At, 215 At a 216 m At. Astat 210 a lehčí izotopy se mohou rozpadat v režimu β + (emise pozitronu), astat 216 a těžší izotopy se rozpadají β - režim a astata 212 se může rozpadnout v obou režimech, zatímco astata 211 může podstoupit elektronový záchyt .
Nejméně radioaktivní z izotopů je astatin 210 s poločasem 8,1 h . Jeho hlavní způsob rozpadu je β + , směrem k poloniu 210 , který je sám o sobě alfa zářičem, který má delší poločas, rovný 138 dnům . Celkově má pouze pět známých izotopů poločas větší než jedna hodina (od 207 At do 211 At). Nejvíce radioaktivním izotopem ve známém základním stavu je astat 213 s poločasem rozpadu 125 ns . Rozkládá alfa na vizmut 209 , který je téměř stabilní.
U astatinu je známo 24 jaderných izomerů , což jsou jádra s jedním nebo více nukleony v excitovaném stavu . Jaderný izomer se někdy nazývá metastabilní , což znamená, že systém má vyšší vnitřní energii než základní stav (minimální energetický stav), a proto má jaderný izomer tendenci se vrátit do základního stavu. Na jeden izotop může být více než jeden jaderný izomer. Nejméně radioaktivní z nich je astatin 202 ml, který má poločas asi 3 minuty. Nejvíce radioaktivní je astat 214 ml, s poločasem 265 nanosekund (kratší než u všech známých nuklidů kromě 213 At).
Mezi prvky nalezenými v přírodě jsou jedinými prvky, které jsou méně bohaté než astat, transuranika , a proto se obecně považuje za nejvzácnější prvek. Celkové množství tohoto prvku v zemské kůře (hmotnost 2,36 × 10 25 gramů) se odhaduje na jednu desetinu až třicet gramů v daném čase.
Každý atom astatu přítomný při formování Země se rozpadl. Čtyři izotopy nalezené v přírodě ( 215 At, 217 At, 218 At a 219 At) se neustále obnovují jako produkty rozpadu prvotních izotopů thoria , uranu a stop radiogenního 237 neptunia . Prvních šestnáct kilometrů do hloubky celého amerického kontinentu obsahuje v daném čase řádově 10 12 astatických 215 atomů (řádově 3,5 × 10–10 gramů). Astat 217 je produkován během rozpadu neptunia 237 (viz obrázek naproti), přítomného ve stopových množstvích v uranových rudách, kde je produkován transmutací. Astat 218 je první izotop objevený v přírodě, zatímco astat 219 s poločasem přibližně 56 sekund je přirozeně se vyskytujícím izotopem s nejdelším poločasem.
Některé izotopy astatinu nejsou vždy považovány za přirozeně přítomné v životním prostředí z důvodu neznalosti nebo neshod v literatuře. Byla tedy hlášena přítomnost astatinu 216 v přírodě, ale jeho zpráva je kontroverzní a nepotvrzená.
Reakce | Energie částic α |
---|---|
209 83Bi + 4 2On → 211 85V + 2 1 0ne |
26 MeV |
209 83Bi + 4 2On → 210 85V + 3 1 0ne |
40 MeV |
209 83Bi + 4 2On → 209 85V + 4 1 0ne |
60 MeV |
Astat byl nejprve vyroben bombardováním cíle vizmutu-209 energetickými alfa částicemi a tato syntetická cesta zůstává nejpoužívanější k výrobě izotopů s relativně dlouhým poločasem rozpadu 209 At, 210 At a 211 At Astatin se vyrábí pouze ve velmi malém množství , moderní techniky umožňující najednou vyprodukovat až 6,6 GBq (přibližně 86 ng neboli 2,47 × 10 14 atomů). Syntéza větších množství astatu pomocí této metody je omezena nízkou dostupností vhodných cyklotronů a perspektivou tavení cíle. Radiolýza rozpouštědla v důsledku kumulativního účinku rozpadu astatu rovněž představuje problém. S cryoscopic techniky, je možné, že by se dalo dosáhnout mikrogram astatu vyrobené, ozářením protonu z cíl thoria nebo uranu , generování radonu 211 , která se rozkládá na astatu 211. Očekává se, nicméně, že tento způsob má za následek znečištění izotopu produkovaného astatinem 210.
Nejdůležitějším izotopem je astat 211, jediný, který má komerční využití. K výrobě cíle vizmutu je kov rozprašován na povrch ze zlata, mědi nebo hliníku rychlostí 50 až 100 mg cm −2 . Místo toho lze použít oxid vizmutitý; poté je připájen na měděnou desku. Terč je udržován v atmosféře inertního dusíku a je ochlazován vodou, aby se zabránilo předčasnému odpaření astatinu. V urychlovači částic, jako je cyklotron, se alfa částice srazily s vizmutem. I když se používá pouze jeden izotop vizmutu ( vizmut 209 ), reakce může probíhat třemi různými způsoby v závislosti na energii částic alfa, přičemž vznikají nežádoucí nukleotidy 209 At, 210 At nebo 211 At., Maximální energie urychlovače částic je nastavena na hodnotu (ideálně 29,17 MeV ) vyšší, než je požadována pro produkci astatu 211 (pro správnou produkci požadovaného izotopu), ale nižší než ta, která by vedla k astatinu 210 (aby se zabránilo produkci nežádoucích izotopů).
Vzhledem k tomu, že astat je hlavním produktem syntézy, musí být po jeho vzniku izolován pouze od cíle a od jakékoli kontaminace. Pro tento účel je možných několik metod, „ale obecně se řídí jedním ze dvou přístupů - suchou destilací nebo zpracováním v kyselém roztoku terče s následnou extrakcí rozpouštědlem . “ Níže popsané metody jsou moderní adaptace starších postupů, jak je přezkoumali Kugler a Keller. Mezi techniky před rokem 1985 často patřilo odstraňování polonia 210, které se poté společně vyrábělo během ozařování, ale toto opatření je méně nutné, protože zajišťuje, aby energie v cyklotronové ozařovací lince nepřekročila mezní hodnotu.
Suchým procesemOzářený cíl nyní obsahující astat se zahřeje na teplotu přibližně 650 ° C . Astat látka odpaří a pak se kondenzuje (typicky v chladiči ). Vyšší teploty (až 850 ° C ) mohou zvýšit výtěžek s rizikem kontaminace vzorku společnou těkavostí vizmutu. Může být nutné znovu destilovat kondenzát, aby se omezila přítomnost vizmutu (protože vizmut může interferovat s reakcemi označování astatem ). Astat se izoluje z lapače za použití zředěného hydroxidu sodného, methanolu nebo chloroformu. Lze dosáhnout výnosů blížících se 80%. Suchá cesta je nejběžněji používanou metodou výroby chemicky použitelné formy astatu.
MokréCíl vizmutu (někdy oxid bismutitý ) je rozpuštěn v koncentrované kyselině (obvykle dusičné nebo chloristé). Astatin se extrahuje za použití organického rozpouštědla, jako je butyl nebo isopropylether , nebo thiosemikarbazid . Byl publikován separační výtěžek 93% s kyselinou dusičnou, který na konci čistících operací klesl na 72% (destilace kyseliny dusičné, čištění zbytkových oxidů dusíku a rozklad dusičnanu vizmutového pro umožnění extrakce kapalina-kapalina ). Mokré metody zahrnují „několik kroků zahrnujících manipulaci s radioaktivními materiály“ a nejsou příliš vhodné pro izolaci velkého množství astatinu. Mohou nicméně umožnit produkci astatu na určitý stupeň oxidace, a proto mohou najít více aplikací v oblasti experimentální radiochemie .
"[Astatin] je bolest, kterou je třeba produkovat, a peklo, které zvládneme." "
- P. Durbin, Human Radiation Studies: Remembering the Early Years , 1995
Činidlo | Aplikace |
---|---|
Astatin-teluriové koloidy | Kompaktní nádory |
6-Astato-2-methyl-l, 4-naftaquinoldifosfát | Adenokarcinom |
Radioaktivně značená methylenová modř | Melanom |
Meta-astatobenzylguanidin | Neuroendokrinní nádory |
5-astato-2'-deoxyuridin | Rozličný |
Radioaktivně značené biotinové sloučeniny | Různé předběžné cílení |
Radioaktivně značený oktreotid | Somatostatinové receptory |
Monoklonální protilátky a radioaktivně značené fragmenty | Rozličný |
Radioznačené bifosfonáty | Kostní metastázy |
Astatine 211 je předmětem aktivního výzkumu v oblasti nukleární medicíny . Izotop musí být použit brzy po syntéze vzhledem k jeho poločasu 7,2 h ; toto období je nicméně dostatečné k tomu, aby umožňovalo strategie označování v několika fázích. Astatine 211 má potenciál pro použití při léčbě alfa-imunoterapií , protože se rozpadá buď v alfa režimu (směrem k vizmutu 207 ), nebo elektronovým záchytem (směrem k poloniu 211 , ve velmi krátké poloviční délce). Život a samotný emitor alfa) . Rentgenové záření emitované polónium 211, mezi asi 77 a 92 keV , umožňuje sledování astatu u zvířat a pacientů. Ačkoli se astat 210 s mírně delším poločasem rozpadu než astat 211 může pro stejnou aplikaci zdát zajímavější, je tento izotop pro lékařské použití naprosto nevhodný, protože se rozpadá na polonium 210 , které je extrémně toxické, zejména pro kostní dřeň , as delším poločasem rozpadu.
Hlavní rozdíl v lékařském prostředí mezi astatem 211 a jodem 131 ( izotop jodu používaný v nukleární medicíně) spočívá v emisi vysokoenergetického beta záření o 131 I na rozdíl od 211 At. Beta má větší penetrační sílu v tkáních než alfa záření: alfa částice střední energie emitovaná 211 At může procházet 70 um v okolních tkáních, když beta částice střední energie, která je výsledkem 131 I, může dosáhnout téměř třicetkrát dále a překročit asi 2 mm . Krátký poločas spojený s omezenou penetrační schopností alfa záření do tkání je výhodou, když „je nádorová zátěž nízká a / nebo populace maligních buněk jsou umístěny v těsné blízkosti normální zdravé tkáně“ . Bylo tak dosaženo významné buněčné úmrtnosti v kulturách buněk reprodukujících lidské rakoviny s jedním až deseti astatinovými 211 atomy vázanými na buňku.
Vývoj léků na bázi astatu pro boj proti rakovině narazil na několik překážek. Druhá světová válka zpozdila výzkum téměř o deset let. Předběžné výsledky testů ukázaly, že bude třeba vyvinout látku pro selektivní transport rakoviny, a až v 70. letech 20. století se na trh dostaly monoklonální protilátky, které by mohly hrát tuto roli. Na rozdíl od jodu, astat tendenci porušit jeho vazbu s takovými molekulami, a to zejména s sp 3 hybridizována atomů uhlíku (méně pro ty sp 2 hybridizovaný ). Vzhledem k toxicitě astatu, který má tendenci se v těle hromadit, když je radioizotop volně v oběhu, je důležité zajistit, aby zůstal vázán na svou hostitelskou molekulu. I když lze vyhodnotit účinnost transportních molekul, které se pomalu metabolizují, rychlejší metabolizované molekuly zůstávají významnou překážkou pro hodnocení astatu jako lékařské léčby. Další možnou cestou vývoje je zeslabení radiolýzy (v důsledku astatu) molekul nosiče. Praktická aplikace astatu jako protinádorové léčby by mohla prospět „ohromujícímu“ počtu pacientů; problémem zůstává výroba astatu v množstvích, která by byla nezbytná.
Studie na zvířatech ukazují, že astat, podobně jako jod, i když v menší míře, je většinou koncentrován ve štítné žláze . Na rozdíl od jódu vykazuje astat také tendenci se hromadit v plicích a slezině , pravděpodobně v důsledku oxidace At - na + + in vivo . Pokud je astat podán jako radiokoloid, má tendenci se koncentrovat v játrech . Pokusy na potkanech a opicích naznačují, že astat 211 způsobuje mnohem vážnější poškození štítné žlázy než jód 131. Opakované injekce nuklidu tedy vedou k nekróze a buněčné dysplázii v buňce štítné žlázy. Předběžné studie naznačují, že injekce astatinu 211 u samic hlodavců způsobuje morfologické změny v prsní tkáni; tento závěr zůstal po celá léta kontroverzní. Následně bylo dosaženo shody v tom, že tento účinek byl pravděpodobně způsoben ozařováním prsní tkáně v kombinaci s hormonálními změnami v důsledku ozařování vaječníků. Pokud je digestoř dobře větraná, lze s digestoří bez nebezpečí manipulovat s velmi malými množstvími astatu; je však třeba se vyhnout zavedení prvku do těla.
Hlavolam konfrontující pole 211 At bohužel spočívá v tom, že komerční dodávka 211 At čeká na prokázání klinické účinnosti; prokázání klinické účinnosti však vyžaduje spolehlivý přísun 211 At.
"Bohužel, dilema, kterému čelí obor studia astatinu 211, spočívá v tom, že komerční vývoj produkce astatinu 211 čeká na prokázání klinické účinnosti; tato demonstrace účinnosti však vyžaduje existenci spolehlivého zdroje astatu 211. “
: dokument použitý jako zdroj pro tento článek.
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||||||||||||||
1 | H | Ahoj | |||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Být | B | VS | NE | Ó | F | narozený | |||||||||||||||||||||||||
3 | N / A | Mg | Al | Ano | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||
4 | K. | To | Sc | Ti | PROTI | Cr | Mn | Fe | Spol | Nebo | Cu | Zn | Ga | Ge | Eso | Se | Br | Kr | |||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Pozn | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | v | Sn | Sb | Vy | Já | Xe | |||||||||||||||
6 | Čs | Ba | The | Tento | Pr | Nd | Odpoledne | Sm | Měl | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Číst | Hf | Vaše | Ž | Re | Kost | Ir | Pt | Na | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | Na | Rn | |
7 | Fr. | Ra | Ac | Čt | Pa | U | Np | Mohl | Dopoledne | Cm | Bk | Srov | Je | Fm | Md | Ne | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt. | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | |
8 | 119 | 120 | * | ||||||||||||||||||||||||||||||
* | 121 | 122 | 123 | 124 | 125 | 126 | 127 | 128 | 129 | 130 | 131 | 132 | 133 | 134 | 135 | 136 | 137 | 138 | 139 | 140 | 141 | 142 |
Alkalické kovy |
Alkalická země |
Lanthanidy |
Přechodné kovy |
Špatné kovy |
kovově loids |
Nebankovní kovy |
geny halo |
Vzácné plyny |
Položky nezařazené |
Aktinidy | |||||||||
Superaktinidy |