astato - Astatine


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Astatino,   85 A
Propiedades generales
Pronunciación / Æ s t ə t i n , - t ɪ n / ( AS -tə-adolescente, -tin )
Apariencia desconocido, probablemente metálico
Numero de masa 210 (isótopo más estable)
Astato en la tabla periódica
Hidrógeno Helio
Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón
Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón
Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Planchar Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón
Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón
Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio neodimio Prometeo Samario europio gadolinio Terbio disprosio holmio erbio Tulio Iterbio lutecio Hafnio tantalio Tungsteno renio Osmio iridio Platino Oro Mercurio (elemento) talio Dirigir Bismuto Polonio astato Radón
francio Radio Actinio torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio einstenio fermium Mendelevio nobelio lawrencium rutherfordium dubnium seaborgio bohrium hassio meitnerio darmstadtium roentgenio copernicio Nihonium flerovium Moscovium livermorium Tennessine Oganesson
 Me 

En

Ts
polonioastatoradón
El número atómico ( Z ) 85
Grupo grupo 17 (halógenos)
Período período de 6
Bloquear p-bloque
categoría de elementos   metaloide , a veces clasificado como un no metal, o un metal de
Configuración electronica [ Xe ] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 5
Electrones por shell
2, 8, 18, 32, 18, 7
Propiedades físicas
Fase al  STP sólido
Punto de fusion 575  K (302 ° C, 576 ° F)
Punto de ebullición 610 K (337 ° C, 639 ° F)
Densidad (cerca  rt ) (A 2 ) 6,35 ± 0,15 g / cm 3 (predicho)
volumen molar (A 2 ) 32,94 cm 3 / mol (predicho)
Calor de vaporización (A 2 ) 54,39 kJ / mol
Presión de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
en  T  (K) 361 392 429 475 531 607
propiedades atómicas
estados de oxidación -1 , 1 , 3, 5, 7
electronegatividad escala de Pauling: 2,2
energías de ionización
  • Primero: 899.003 kJ / mol
radio covalente 150  pm
Van der Waals radio 202 pm
Otras propiedades
Estructura cristalina cara cúbica centrada (fcc)
estructura cristalina cúbica centrada en las caras para astato

(predicho)
Conductividad térmica 1,7 W / (m · K)
Número CAS 7440-68-8
Historia
nombrar después griegas astatos (αστατος), que significa "inestable"
Descubrimiento Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie , Emilio Segrè (1940)
Principales isótopos de astato
Isótopo Abundancia La vida media ( t 1/2 ) modo de desintegración Producto
209 A syn 5.41 h β + 209 Po
α 205 Bi
210 A syn 8.1 h β + 210 Po
α 206 Bi
211 A syn 7.21 h ε 211 Po
α 207 Bi
| referencias

Astatino es un radiactivo elemento químico con el símbolo Al y número atómico 85. Es el más raro elemento natural en la corteza terrestre , que se producen sólo como el producto de la desintegración de los diversos elementos más pesados. Todas astato de isótopos son de corta duración; el más estable es astato-210, con una vida media de 8,1 horas. Una muestra del elemento puro nunca se ha montado, porque cualquier espécimen macroscópicas se vaporizan inmediatamente por el calor de su propio radiactividad.

Las propiedades a granel de astato no se conocen con certeza. Muchos de ellos se han estimado sobre la base de la posición del elemento en la tabla periódica como un análogo más pesado de yodo , y un miembro de los halógenos (el grupo de elementos que incluye flúor , cloro , bromo , y yodo). Astatino es probable que tenga una apariencia oscura o brillante y puede ser un semiconductor o, posiblemente, una de metal ; es probable que tenga un punto de fusión mayor que la de yodo. Químicamente, varios aniónicos especies de astato son conocidos y la mayoría de sus compuestos se parecen a los de yodo. También muestra un comportamiento metálico, incluyendo ser capaz de formar una estable catión monoatómico en solución acuosa (a diferencia de los halógenos más ligeros).

La primera síntesis del elemento fue en 1940 por Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie , y Emilio G. Segrè en la Universidad de California, Berkeley , que la nombró de los griegos astatos (ἄστατος), que significa "inestable". Cuatro isótopos de astato se encontraron posteriormente ser de origen natural, aunque mucho menos de un gramo está presente en cualquier momento dado en la corteza terrestre. Ni el isótopo más estable astato-210, ni el astato-211 médicamente útil, producen de forma natural; que sólo pueden ser producidos sintéticamente, por lo general mediante el bombardeo de bismuto -209 con partículas alfa .

características

Astatino es un elemento extremadamente radiactivos; todos sus isótopos tienen cortas vidas medias de 8,1 horas o menos, de decaer en otros isótopos de astato, bismuto , polonio o radón . La mayor parte de sus isótopos son muy inestable con una vida media de un segundo o menos. De los primeros 101 elementos de la tabla periódica, solamente francio es menos estable, y todo el astato isótopos más estables que francio son en cualquier caso sintética y no se producen en la naturaleza.

Las propiedades a granel de astato no se conocen con certeza. La investigación está limitada por su corta vida media, lo que impide la creación de cantidades ponderables. Una pieza visible de astato sería vaporizar inmediatamente sí mismo debido a que el calor generado por su intensa radiactividad. Queda por ver si, con una refrigeración suficiente, una cantidad macroscópica de astato podría ser depositado como una película fina. Astatino generalmente se clasifica como un no metal o un metaloide ; formación de metal también se ha predicho.

Físico

La mayor parte de las propiedades físicas de astato se han estimado (por interpolación o extrapolación ), utilizando métodos derivados teórica o empíricamente. Por ejemplo, halógenos se oscurecen con el aumento de peso atómico - flúor es casi incoloro, el cloro es amarillo-verde, el bromo es de color rojo marrón, y el yodo es gris oscuro / violeta. Astatino se describe a veces como probablemente ser un sólido negro (suponiendo que sigue esta tendencia), o como que tiene un aspecto metálico (si es un metaloide o un metal). Los de fusión y puntos de ebullición también se espera de astato para seguir la tendencia observada en la serie de los halógenos, que aumenta con el número atómico . Sobre esta base, se estiman en 575 y 610 K (302 y 337 ° C; 575 y 638 ° F), respectivamente. Cierta evidencia experimental sugiere astato puede tener más bajos puntos de fusión y ebullición que aquellos implicados por la tendencia halógeno. Sublima el astatino con menos facilidad que hace yodo, que tiene una baja presión de vapor . Aun así, la mitad de una cantidad dada de astato se evapora en aproximadamente una hora si se pone sobre una superficie de vidrio limpio en la temperatura ambiente . El espectro de absorción de astato en la región ultravioleta medio tiene líneas en 224,401 y 216,225 nm, sugestivos de 6p a 7s transiciones .

La estructura de astato sólido es desconocida. Como un análogo de yodo que puede tener un estructura cristalina ortorrómbica compuesto de diatómicas moléculas astatino, y ser un semiconductor (con una separación de banda de 0,7 eV ). Alternativamente, si astato condensada forma una fase metálica, como se ha predicho, puede tener un monoatómico cara estructura cúbica centrada ; en esta estructura bien puede ser un superconductor , como la fase de alta presión similar de yodo. La evidencia de (o en contra) la existencia de astato diatómico (A 2 ) es escasa y no concluyentes. Algunas fuentes indican que no existe, o al menos nunca se ha observado, mientras que otras fuentes afirman o implican su existencia. A pesar de esta controversia, muchas propiedades de astato diatómico se han predicho; por ejemplo, su longitud de enlace sería 300 ± 10  pm , la disociación de energía 83,7 ± 12,5 kJ / mol , y calor de vaporización (? H vap ) 54,39 kJ / mol. Esta última cifra significa que astato puede (al menos) ser metálico en estado líquido sobre la base que los elementos con un calor de vaporización mayor que ~ 42 kJ / mol son metálicos cuando el líquido; yodo diatómico, con un valor de 41,71 kJ / mol, cae justo por debajo de la cifra umbral.

Químico

La química de astato es "empañado por las concentraciones extremadamente bajas en el que se han realizado experimentos astatino, y la posibilidad de reacciones con impurezas, paredes y filtros, o radiactividad subproductos, y otras interacciones no deseado nano-escala." Muchos de sus propiedades químicas aparentes se han observado usando trazadores estudios sobre soluciones extremadamente diluidas astatino, típicamente menos de 10 -10 mol·L -1 . Algunas propiedades - tales como la formación del anión - alinean con otros halógenos. Astatino tiene algunas características metálicas, así, como chapado sobre un cátodo , coprecipitación con sulfuros de metal en ácido clorhídrico, y la formación de una estable catión monoatómico en solución acuosa. Se forma complejos con EDTA , un metal agente quelante , y es capaz de actuar como un metal en anticuerpo radiomarcaje ; en algunos aspectos astato en el estado 1 es similar a la plata en el mismo estado. La mayoría de la química orgánica de astato es, sin embargo, análoga a la de yodo.

Astatino tiene una electronegatividad de 2,2 en la revisada escala de Pauling  - menor que la de yodo (2,66) y el mismo como hidrógeno. En astatide hidrógeno (HAT) la carga negativa se prevé que sea en el átomo de hidrógeno, lo que implica que este compuesto podría ser referido como hidruro de astato de acuerdo con ciertas nomenclaturas, que sería coherente con la electronegatividad del astato en la escala Allred-Rochow ( 1.9) menor que el de hidrógeno (2,2). Sin embargo, oficial nomenclatura estequiométrica IUPAC se basa en una convención idealizada de la determinación de las electronegatividades relativas de los elementos por la mera virtud de su posición dentro de la tabla periódica. Según esta convención, astato se maneja como si es más electronegativo que el hidrógeno, con independencia de su verdadero electronegatividad. La afinidad electrónica de astato se predice que reducirse en un tercio a causa de las interacciones spin-órbita .

Compuestos

Menos reactivo que el yodo, astato es el menos reactivo de los halógenos, aunque sus compuestos han sido sintetizados en cantidades microscópicas y estudiado tan intensamente como sea posible antes de su desintegración radiactiva. Las reacciones implicadas han sido típicamente probado con soluciones diluidas de astato mezclado con cantidades mayores de yodo. Actuando como un portador, el yodo asegura que hay suficiente material para las técnicas de laboratorio (tales como filtración y precipitación ) a trabajar. Como yodo, astato se ha demostrado que adoptar estados de oxidación impares valores comprendidos entre -1 +7.

Sólo unos pocos compuestos con metales han sido reportados, en forma de astatides de sodio, paladio , plata, talio y plomo. Algunas propiedades características de plata y sodio astatide, y los otros astatides alcalinos y alcalinotérreos hipotéticas, se han estimado por extrapolación a partir de otros haluros metálicos.

La formación de un compuesto con hidrógeno astato - por lo general se hace referencia como astatide hidrógeno - se observó por los pioneros de la química astato. Como se ha mencionado, existen motivos para su lugar en referencia a este compuesto como hidruro de astato. Es fácilmente oxidado ; acidificación por diluida de ácido nítrico da la A 0 o A + formas, y la posterior adición de plata (I) pueden sólo parcialmente, en el mejor, precipitar astato como la plata (I) astatide (AGAT). Yodo, en contraste, no se oxida, y precipita fácilmente como yoduro de plata (I) .

Astatino se sabe que se une a boro , carbono y nitrógeno . Diversos compuestos de la jaula de boro han sido preparados con los enlaces A-B, siendo estos más estable que A-C bonos. Astatino puede reemplazar a un átomo de hidrógeno en benceno para formar astatobenzene C 6 H 5 A; este puede estar oxidado a C 6 H 5 ATCL 2 por el cloro. Por tratamiento de este compuesto con un alcalino solución de hipoclorito, C 6 H 5 AtO 2 puede ser producida. El dipiridina-astato (I) de cationes, [Al (C 5 H 5 N) 2 ] + , forma compuestos iónicos con perclorato (un anión no coordinante ) y con nitrato , [Al (C 5 H 5 N) 2 ] NO 3 . Este catión existe como un complejo de coordinación en el que dos enlaces covalentes dativos enlazan por separado el centro astato (I) con cada uno de los piridina anillos a través de sus átomos de nitrógeno.

Con oxígeno, hay evidencia de la especie ATO - y AtO + en solución acuosa, formados por la reacción de astato con un oxidante tal como bromo elemental o (en el último caso) por persulfato de sodio en una solución de ácido perclórico . Las especies que anteriormente se consideraban AtO -
2
ya que se ha determinado que es AtO (OH) -
2
, un producto de hidrólisis de AtO + (otro tal producto de hidrólisis ser AtOOH). El bien caracterizado AtO -
3
anión se puede obtener, por ejemplo, la oxidación de astato con hipoclorito de potasio en una solución de hidróxido de potasio . Preparación de lantano triastatate La (ATO 3 ) 3 , después de la oxidación de astato por un caliente Na 2 S 2 O 8 solución, ha sido reportado. La oxidación adicional de AtO -
3
, tal como por difluoruro de xenón (en una solución alcalina caliente) o peryodato (en un neutral solución o alcalina), produce el ion perastatate AtO -
4
; esto sólo es estable en soluciones neutras o alcalinas. Astatino también se piensa que es capaz de formar cationes en sales con oxianiones tales como yodato o dicromato ; esta se basa en la observación de que, en soluciones ácidas, monovalente o estados positivos intermedios de coprecipitado astato con las sales insolubles de cationes de metales tales como plata yodato (I) o talio dicromato (I).

Astatino puede formar enlaces a los otros calcógenos ; estos incluyen S 7 A + y A (CSN) -
2
con azufre , una coordinación selenourea compuesto con selenio , y un astatine- telurio coloide con teluro.

Estructura de monoiodide astato, uno de los astato interhalógenos y la interhalógeno diatómico pesado conocido.

Astatino se sabe que reaccionan con sus homólogos más ligeros yodo, bromo , y el cloro en estado de vapor; estas reacciones producen diatómicas compuestos interhalogenados con fórmulas AtI, atbR, y ATCL. Los dos primeros compuestos también se pueden producir en el agua - astato reacciona con yodo / yoduro de solución para formar AtI, mientras que atbR requiere (aparte de astato) un yodo / monobromuro de yodo / bromuro de solución. El exceso de yoduros o bromuros puede conducir a atbR -
2
y ATI -
2
iones, o en una solución de cloruro, pueden producir especies como ATCL -
2
o AtBrCl -
a través de reacciones de equilibrio con los cloruros. La oxidación del elemento con dicromato (en solución de ácido nítrico) mostró que la adición de cloruro de convirtió el astato en una molécula de probabilidades de ser ATCL o AtOCl. Del mismo modo, AtOCl -
2
o ATCL -
2
pueden ser producidos. Los polihaluros PdAtI 2 , CsAtI 2 , TlAtI 2 , y PbAtI son conocidos o se sospecha que se han precipitado. En una fuente de iones de plasma espectrómetro de masas , los iones [AtI] + , [atbR] + , y [ATCL] + se han formado mediante la introducción de más ligeros vapores de halógeno en un helio -filled célula que contiene astato, apoyando la existencia de moléculas neutras estables en el estado de iones de plasma. No hay fluoruros astato se han descubierto todavía. Su ausencia se ha especulativamente atribuido a la extrema reactividad de tales compuestos, incluyendo la reacción de un fluoruro inicialmente formado con las paredes del recipiente de vidrio para formar un producto no volátil. Por lo tanto, aunque la síntesis de un fluoruro de astato se piensa que es posible, se puede requerir un disolvente halógeno fluoruro de líquido, como ya se ha utilizado para la caracterización de fluoruro de radón.

Historia

Tabla periódica de Mendeleev (1971), con astato falta a continuación cloro, bromo y yodo ( "J")
Dmitri Mendeleev tabla 's de 1871, con un espacio vacío en la posición de eka-yodo

En 1869, cuando Dmitri Mendeleev publicó su tabla periódica , el espacio debajo de yodo estaba vacío; después de Niels Bohr estableció la base física de la clasificación de los elementos químicos, se sugirió que el quinto halógeno pertenecía allí. Antes de su descubrimiento oficialmente reconocida, se le llamó "eka-yodo" (de sánscrito EKA  - "uno") dar a entender que era uno espacio debajo de yodo (de la misma manera como eka-silicio, eka-boro, y otros ). Los científicos trataron de encontrar en la naturaleza; dada su extrema rareza, estos intentos resultaron en varios descubrimientos falsos.

El primer descubrimiento reclamada de EKA-yodo fue hecha por Fred Allison y sus colaboradores en el Instituto Politécnico de Alabama (ahora Universidad de Auburn ) en 1931. Los descubridores elemento llamado 85 "alabamine", y le asignó el símbolo Ab, las designaciones que se utilizaron para unos años. En 1934, HG MacPherson de la Universidad de California, Berkeley refutada método de Allison y la validez de su descubrimiento. Hubo otra demanda en 1937, por el químico Rajendralal De. Trabajando en Dacca en British India (ahora Dhaka en Bangladesh ), eligió el nombre de "Dakin" para el elemento 85, que afirmó haber aislado como la serie torio equivalente de radio F (polonio-210) en la serie radium . Las propiedades Informó de Dakin no corresponden a los de astato; Por otra parte, el astato no se encuentra en la serie del torio, y la verdadera identidad de Dakin no es conocida.

En 1936, un equipo de físico rumano Horia Hulubei y físico francés Yvette Cauchois afirmó haber descubierto elemento 85 a través de análisis de rayos X. En 1939, publicaron otro artículo que apoyó y amplió los datos anteriores. En 1944, Hulubei publicó un resumen de los datos que había obtenido hasta ese momento, alegando que fue apoyado por el trabajo de otros investigadores. Se eligió el nombre de "dor", presumiblemente de la rumana para "anhelo" [de paz], como la Segunda Guerra Mundial había comenzado cinco años antes. Como Hulubei escribía en francés, un idioma que no da cabida el sufijo "ine", dor probablemente habría sido dictada en Inglés como "dorine", si se hubiera adoptado. En 1947, la afirmación de Hulubei fue rechazado de manera efectiva por el químico austríaco Friedrich Paneth , que más tarde silla de la IUPAC comité responsable del reconocimiento de nuevos elementos. A pesar de que las muestras de Hulubei contenían astato, sus medios para detectar que eran demasiado débiles, para los estándares actuales, para permitir la identificación correcta. También había participado en una anterior afirmación falsa en cuanto al descubrimiento del elemento 87 (francio) y esto se cree que han causado otros investigadores de restar importancia a su trabajo.

Una foto en escala de grises de la parte superior del cuerpo de un hombre
Emilio Segrè , uno de los descubridores del elemento representativo astato

En 1940, el químico suizo Walter Minder anunció el descubrimiento del elemento 85 como el beta producto de la desintegración del radio A (polonio-218), la elección del nombre "helvetium" (de Helvetia , el nombre latino de Suiza). Karlik y Bernert no tuvieron éxito en la reproducción de sus experimentos, y posteriormente se atribuyeron los resultados de Minder a la contaminación de su corriente de radón (radón-222 es el isótopo padre de polonio-218). En 1942, Minder, en colaboración con el científico Inglés Alice Leigh-Smith, anunció el descubrimiento de otro isótopo del elemento 85, presume que es el producto de torio Una desintegración beta (polonio-216). Nombraron esta sustancia "anglo-helvetium", pero Karlik y Bernert fueron de nuevo incapaz de reproducir estos resultados.

Más tarde, en 1940, Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie , y Emilio Segrè aislar el elemento en la Universidad de California, Berkeley. En lugar de buscar el elemento en la naturaleza, los científicos crearon mediante el bombardeo de bismuto-209 con partículas alfa en un ciclotrón (acelerador de partículas) para producir, después de la emisión de dos neutrones, astato-211. Los descubridores, sin embargo, no sugieren inmediatamente un nombre para el elemento. La razón de esto es que en el momento, un elemento creado sintéticamente en cantidades "invisibles" que aún no se habían descubierto en la naturaleza no fue visto como uno completamente válido; Además, los químicos eran reacios a reconocer isótopos radiactivos como legítimamente queridos como estables. En 1943, astato se encuentra como un producto de dos de origen natural cadenas de desintegración por Berta Karlik y Traude Bernert, primero en el llamado series de uranio , y luego en la serie actinio . (Desde entonces, astato se ha determinado en una tercera cadena de desintegración, la serie neptunio .) Friedrich Paneth en 1946 llama a reconocer finalmente elementos sintéticos, citando, entre otras razones, reciente confirmación de su ocurrencia natural, y propuso que los descubridores de la elementos no identificados recientemente descubiertas por nombrar estos elementos. A principios de 1947, la Naturaleza publicó las sugerencias de los descubridores; una carta de Corson, MacKenzie y Segrè sugirió el nombre "astato" procedente de los griegos astatos (αστατος) que significa "inestable", debido a su propensión a la desintegración radiactiva , con la terminación "ine", que se encuentra en los nombres de los cuatro halógenos descubiertos previamente. El nombre también fue elegido para continuar la tradición de los cuatro halógenos estables, donde el nombre se refiere a una propiedad del elemento.

Corson y sus colegas clasifican astato como un metal sobre la base de su química analítica . Investigadores posteriores informaron yodo-como, catiónicos, o anfóteros comportamiento. En una retrospectiva de 2003, Corson escribió que "algunas de las propiedades [de astato] son similares al yodo ... también exhibe propiedades metálicas, más como sus vecinos metálicos Po y Bi."

isótopos

características de desintegración alfa para isótopos muestra astato
masa
número
masa
exceso
Media vida Probabilidad
de alfa
decaimiento
Alfa
descomposición
vida media
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 experimentalmente
alfa estable

Hay 39 conocidos isótopos de astato, con masas atómicas (números de masa) de 191 a 229. Los modelos teóricos sugieren que podrían existir más de 37 isótopos. Sin isótopo astato estable o de larga duración se ha observado, ni es uno espera que exista.

De astatino desintegración alfa energías siguen la misma tendencia como para otros elementos pesados. Encendedor isótopos de astato tienen bastante altas energías de desintegración alfa, que se convierten inferior como los núcleos se vuelven más pesados. El astato-211 tiene una energía significativamente mayor que el isótopo anterior, ya que tiene un núcleo con 126 neutrones, y 126 es un número mágico que corresponde a una capa de neutrones lleno. A pesar de tener una vida media similar al isótopo anterior (8.1 horas para astato-210 y 7,2 horas para astato-211), la probabilidad desintegración alfa es mucho mayor para la última: 41,81% frente a sólo 0,18%. Los dos siguientes isótopos liberan aún más energía, con astato-213 liberando la mayoría de la energía. Por esta razón, es el isótopo astato de vida más corta. A pesar de que los isótopos más pesados astato liberan menos energía, existe isótopo astato vivido largo no, debido a la creciente importancia de la desintegración beta (emisión de electrones). Este modo de decaimiento es especialmente importante para astato; ya en 1950 se postuló que todos los isótopos del elemento se someten a la desintegración beta. Modos de desintegración beta se han encontrado para todos los isótopos de astato excepto astato-213, -214, -215, y -216m. El astato-210 y isótopos más ligeros exposición beta plus de desintegración ( por emisión de positrones ), astato-216 y isótopos más pesados exposición desintegración beta (menos), y astato-212 decae a través de ambos modos, mientras astato-211 se somete a captura de electrones .

El isótopo más estable es astato-210, que tiene una vida media de 8,1 horas. El modo de desintegración principal es beta plus, a la vida relativamente larga (en comparación con los isótopos de astato) alfa emisor polonio-210 . En total, sólo cinco isótopos tienen vidas medias superiores a una hora (astato-207 a -211). El isótopo estado fundamental menos estable es el astato-213, con una vida media de 125 nanosegundos. Se somete a desintegración alfa a la extremadamente larga vida de bismuto-209 .

Astatino tiene 24 conocidos isómeros nucleares , que son núcleos con uno o más nucleones ( protones o neutrones ) en un estado excitado . Un isómero nuclear también puede ser llamado un " meta -Estado", lo que significa que el sistema tiene más energía interna que el " estado fundamental " (el estado con la energía interna más bajo posible), por lo que la antigua probable que decaer en este último. Puede haber más de un isómero de cada isótopo. El más estable de estos isómeros nucleares es astato-202m1, que tiene una vida media de aproximadamente 3 minutos, más largo que los de todos los estados fundamentales bar de los isótopos 203-211 y 220. El menos estable es el astato-214m1; su vida media de 265 nanosegundos es más corta que las de todos los estados fundamentales, excepto la de astato-213.

La presencia natural

una secuencia de bolas de diferentes colores, cada uno con una de dos letras símbolo y algunos números
serie neptunio, mostrando los productos de desintegración, incluyendo astato-217, formado a partir de neptunio-237

El astato es el elemento natural más rara. La cantidad total de astato en la corteza terrestre (citado masa 2,36 × 10 25 gramos) se estima en menos de un gramo en un momento dado.

Cualquier astato presente en la formación de la Tierra desde hace mucho tiempo ha desaparecido; los cuatro isótopos naturales (astato-215, -217, -218 y -219) en cambio se producen continuamente como resultado de la descomposición de radiactivos torio y uranio minerales y trazas de neptunio-237 . La masa de tierra de América del Norte y del Sur combinada, a una profundidad de 16 kilómetros (10 millas), contiene sólo alrededor de un billón de astato-215 átomos en un momento dado (alrededor de 3,5 x 10 -10 gramos). El astato-217 se produce a través de la desintegración radiactiva de neptunio-237. Restos primordiales de este último isótopo debido a su relativamente corta vida media de 2,14 millones de años ya no están presentes en la Tierra. Sin embargo, cantidades traza producen de forma natural como un producto de las reacciones de transmutación en minerales de uranio . Astato-218 fue el primer isótopo astato descubierto en la naturaleza. El astato-219, con una vida media de 56 segundos, es la más larga vida de los isótopos naturales.

Los isótopos de astato veces no se enumeran como de origen natural debido a conceptos erróneos que no hay tales isótopos, o discrepancias en la literatura. El astato-216 ha sido contado como un isótopo natural pero los informes de su observación (que se describieron como dudoso) no han sido confirmados.

Síntesis

Formación

Posibles reacciones después de bombardear bismuto-209 con partículas alfa
Reacción Energía de partícula alfa
209
83
Bi
+ 4
2
Él
211
85
Al
+ 2 1
0
n
26 MeV
209
83
Bi
+ 4
2
Él
210
85
Al
+ 3 1
0
n
40 MeV
209
83
Bi
+ 4
2
Él
209
85
Al
+ 4 1
0
n
60 MeV

El astato fue producido primero mediante el bombardeo de bismuto-209 con partículas alfa energéticas, y esto sigue siendo la ruta principal utilizada para crear la vida relativamente larga isótopos astato-209 a través de astato-211. Astatino solamente se produce en cantidades minúsculas, con las técnicas modernas permitiendo series de producción de hasta 6,6  giga becquerelios (alrededor de 86  nanogramos o 2,47 × 10 14 átomos). Síntesis de mayores cantidades de astato uso de este método está limitada por la disponibilidad limitada de ciclotrones adecuados y la perspectiva de la fusión de la diana. Solvente radiólisis debido al efecto acumulativo de la caries astato es un problema relacionado. Con la tecnología criogénica, de microgramos cantidades de astato podrían ser capaces de ser generado a través de la irradiación de protones de torio o uranio para producir radón-211, a su vez en descomposición a astato-211. Se espera que la contaminación con astato-210 a ser un inconveniente de este método.

El isótopo más importante es el astato-211, el único en uso comercial. Para producir el objetivo de bismuto, el metal se pulveriza sobre una, cobre, o una superficie de aluminio de oro en 50 a 100 miligramos por centímetro cuadrado. El óxido de bismuto puede utilizarse en lugar; este se fusiona a la fuerza con una placa de cobre. El objetivo se mantiene bajo una atmósfera de nitrógeno químicamente neutro ambiente, y se enfría con agua para evitar la vaporización prematura astato. En un acelerador de partículas, tal como un ciclotrón, las partículas alfa se chocaron con el bismuto. A pesar de que sólo se utiliza un isótopo de bismuto (bismuto-209), la reacción puede ocurrir en tres formas posibles, produciendo astato-209, astato-210, o astato-211. A fin de eliminar los núclidos no deseados, la energía máxima de la acelerador de partículas se establece en un valor (de manera óptima 29,17 MeV) anterior que para la reacción de producción de astato-211 (para producir el isótopo deseado) y por debajo de la producción de astato-210 (a evitar la producción de otros isótopos de astato).

Los métodos de separación

Desde astato es el producto principal de la síntesis, después de su formación se debe solamente ser separado de la diana y los contaminantes significativos. Varios métodos están disponibles, "pero generalmente siguen uno de dos enfoques-seco destilación o tratamiento con ácido [húmeda] del objetivo seguido de extracción con disolvente." Los métodos que se resumen a continuación son adaptaciones modernas de los procedimientos más antiguos, tal como fue revisado por Kugler y Keller. técnicas Pre-1985 más a menudo dirigidas a la eliminación de polonio tóxico co-producido; este requisito está mitigada por la limitación de la energía del haz de irradiación ciclotrón.

Seco

El objetivo de ciclotrón que contiene astato-se calienta a una temperatura de alrededor de 650 ° C. El astato volatiliza y se condensa en un (típicamente) de absorción en frío . Las temperaturas más altas de hasta alrededor de 850 ° C pueden aumentar el rendimiento, con el riesgo de contaminación de bismuto de volatilización concurrente. Redestilación el condensado puede ser necesaria para reducir al mínimo la presencia de bismuto (como bismuto pueden interferir con astato reacciones de marcado ). El astato se recupera de la trampa usando uno o más disolventes de baja concentración, tales como hidróxido de sodio , metanol o cloroformo . Se pueden conseguir rendimientos astatino de hasta alrededor de 80%. Separación en seco es el método más comúnmente utilizado para producir una forma químicamente útil de astato.

Mojado

El bismuto (o, a veces trióxido de bismuto ) diana se disuelve en, por ejemplo, nítrico o ácido perclórico concentrado. Astatino se extrae usando un disolvente orgánico tal como butilo o éter isopropílico , o tiosemicarbazida . Se obtuvo un rendimiento de separación del 93% usando ácido nítrico se ha informado, cayendo a 72% en el tiempo de los procedimientos de purificación se completaron (destilación de ácido nítrico, purgando residuales óxidos de nitrógeno , y redisolución nitrato de bismuto para permitir la extracción líquido-líquido ). Métodos en húmedo implican "múltiples etapas de manipulación radiactividad" y no son muy adecuadas para el aislamiento de grandes cantidades de astato. Pueden permitir la producción de astato en un determinado estado de oxidación y pueden tener una mayor aplicabilidad en experimental radioquímica .

Usos y precauciones

Varios 211 A que contiene las moléculas y sus usos experimentales
Agente aplicaciones
[ 211 AT] coloides astato-telurio tumores compartimental
6- [ 211 A] difosfato astato-2-metil-1,4-naphtaquinol Los adenocarcinomas
211 En marcado con azul de metileno Los melanomas
Meta- [ 211 A] guanidina astatobenzyl Los tumores neuroendocrinos
5- [ 211 A] astato-2'-desoxiuridina Varios
211 conjugados de biotina en-etiquetados Varios segmentación previa
211 En marcado con octreotide receptor de somatostatina
211 anticuerpos y fragmentos monoclonales At-etiquetados Varios
211 At-etiquetados bisfosfonatos Las metástasis óseas

Recién formado astato-211 es el tema de la investigación en curso en medicina nuclear . Se debe utilizar más rápidamente se desintegra con una vida media de 7,2 horas; esto es lo suficientemente largo como para permitir estrategias de etiquetado de varios pasos . El astato-211 tiene potencial para partículas alfa dirigida radioterapia , ya que se descompone ya sea a través de la emisión de una partícula alfa (al bismuto-207), o por medio de captura de electrones (a un nucleido extremadamente de corta duración, polonio-211, que se somete adicionalmente la desintegración alfa ), alcanzando muy rápidamente su nieta estable plomo-207. Polonio rayos X emitidos como resultado de la rama de captura de electrones, en el rango de 77-92  keV , permitirá el seguimiento de astato en animales y pacientes. Aunque astato-210 tiene un poco más larga vida media, es totalmente inadecuado, ya que por lo general se somete a la descomposición beta, más a la extremadamente tóxico polonio-210.

La diferencia principal entre medicinal astato-211 y yodo-131 (un isótopo de yodo radiactivo también utilizado en la medicina) es que el yodo-131 emite partículas beta de alta energía, y astato no lo hace. Las partículas beta tienen mucho mayor poder de penetración a través de los tejidos que lo hacen las partículas alfa mucho más pesados. Un medio de partícula alfa liberado por astato-211 puede viajar hasta 70 micras a través de los tejidos circundantes; una partícula beta-energía media emitida por el yodo-131 puede viajar casi 30 veces más lejos, a unos 2 mm. La corta vida media y poder de penetración limitado de radiación alfa a través de tejidos ofrece ventajas en situaciones en las que la "carga tumoral es poblaciones de bajos y / o malignas de células se encuentran en las proximidades de los tejidos normales esenciales". Morbilidad significativa en los modelos de cultivo de células de cánceres humanos se ha logrado con de uno a diez astato-211 átomos unidos por célula.

Astato ... [es] desgraciada para hacer y demonios a trabajar.

P Durbin, estudios de radiación Humanos: Recordando los primeros años de 1995

Varios se han encontrado obstáculos en el desarrollo de la sede en astato radiofármacos para el cáncer de tratamiento. Segunda Guerra Mundial retrasó la investigación por cerca de una década. Los resultados de los primeros experimentos indicaron que tendría que ser desarrollado un portador cáncer selectivo y no fue hasta la década de 1970 que los anticuerpos monoclonales se hicieron disponibles para este propósito. A diferencia de yodo, astato muestra una tendencia a deshalogenar de portadores moleculares tales como éstos, en particular en sp 3 sitios de carbono (menos de sp 2 sitios ). Dada la toxicidad de astato acumulado y retenido en el cuerpo, esto hizo hincapié en la necesidad de garantizar que permaneció unido a su molécula huésped. Mientras que los portadores de astato que se metabolizan lentamente pueden evaluarse por su eficacia, los portadores más rápidamente metabolizados siguen siendo un obstáculo importante para la evaluación de astato en la medicina nuclear. La mitigación de los efectos de la radiolisis astato-inducida de moléculas de química etiquetado y portadores es otra área que requiere un mayor desarrollo. Una aplicación práctica para astato como tratamiento del cáncer sería potencialmente ser adecuado para un número "de escalonamiento" de los pacientes; producción de astato en las cantidades que serían necesarias sigue siendo un problema.

Los estudios en animales muestran que el astato, de manera similar al yodo, aunque en menor medida, se concentra preferentemente en la glándula tiroides . A diferencia de yodo, astato también muestra una tendencia a ser absorbido por los pulmones y el bazo, posiblemente debido a la oxidación en el cuerpo de Al - a A + . Si se administra en forma de una radiocoloide tiende a concentrarse en el hígado . Experimentos en ratas y monos sugieren que astato-211 provoca mucho mayor daño a la glándula tiroides que hace yodo-131, con la inyección repetitiva del núclido que resulta en necrosis celular y displasia dentro de la glándula. La investigación preliminar sugiere que la inyección de astato en roedores hembra provocó cambios morfológicos en el tejido mamario; esta conclusión se mantuvo controversia durante muchos años. Acuerdo general fue más tarde llegó a que esto fue causado probablemente por el efecto de la irradiación del tejido mamario combinado con los cambios hormonales debido a la irradiación de los ovarios. Trazas de astato se pueden manejar con seguridad en las campanas de extracción si están bien aireados; absorción biológica del elemento debe ser evitada.

Ver también

notas

referencias

Bibliografía

enlaces externos