Astatin | ||||
---|---|---|---|---|
← Poloniu | Radon → | ||||
| ||||
Aspectul unei substanțe simple | ||||
Cristale negre albastre | ||||
Proprietățile atomului | ||||
Nume, simbol, număr | Astatiu (At), 85 | |||
Masa atomica ( masa molara ) |
[210] ( numărul de masă al celui mai stabil izotop) [1] | |||
Configuratie electronica | [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 5 | |||
Raza atomului | ora 145 | |||
Proprietăți chimice | ||||
raza covalentă | (145) pm | |||
Raza ionică | (+7e) 62 pm | |||
Electronegativitatea | 2.2 (Scara Pauling) | |||
Potențialul electrodului | La 2 →2At - 0,2 V | |||
Stări de oxidare | 7, 5, 3, 1, -1 | |||
Energia de ionizare (primul electron) |
916,3 (9,50) kJ / mol ( eV ) | |||
Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple | ||||
Densitate (la n.a. ) | probabil 6,4 [2] g/cm³ | |||
Temperatură de topire | 503K ( 230 °C, 446 °F) [2] | |||
Temperatura de fierbere | 575K ( 302 °C, 576 °F) [2] | |||
Rețeaua cristalină a unei substanțe simple | ||||
Structura de zăbrele | atom cubic centrat pe față [3] | |||
Debye temperatura | 195 (calculat) [3] K | |||
Alte caracteristici | ||||
numar CAS | 7440-68-8 |
85 | Astatin |
La(210) | |
4f 14 5d 10 6s 2 6p 5 |
Astatina este un element chimic cu număr atomic 85 [4] . Aparține grupului al 17-lea al tabelului periodic al elementelor chimice (în conformitate cu forma scurtă învechită a sistemului periodic , aparține subgrupului principal al grupului VII sau grupului VIIA), se află în a șasea perioadă a tabelului. Masa atomică a unui element este de 210 amu . e. m. Se indică prin simbolul At (din lat. Astatium ). Radioactiv. Molecula astatină, aparent, este diatomică (formula At 2 ) [5] . Primele principii, calculele mecanice cuantice prevăd că, în stare condensată, astatina nu constă din molecule diastate, ci formează un cristal metalic [3] [6] , spre deosebire de toți halogenii mai ușori, care formează cristale moleculare din molecule de dimeri Hal la presiune normală [ 7] 2 .
Astatina este cel mai rar element natural din tabelul periodic, așa că a fost sintetizat artificial înainte de a fi găsit în natură. În întreaga scoarță terestră, nu există mai mult de 1 gram. Datorită radioactivității sale puternice, nu poate fi obținut în cantități macroscopice suficiente pentru un studiu profund al proprietăților sale.
Prezit (ca „eka-iod”) de Dmitri Mendeleev în 1898. „Se poate spune, de exemplu, că atunci când este descoperit un halogen X cu o greutate atomică mai mare decât iodul, acesta va forma CH, CHO3 etc. , că compusul său de hidrogen HX va fi un acid gazos, foarte fragil, că greutatea atomică va fi …215” [8] .
În 1931-1943 s-au făcut numeroase încercări de descoperire a elementului nr. 85 în natură. Ar putea fi un satelit de iod, un produs al descompunerii α a franciului sau al descompunerii β a poloniului, așa că au încercat să-l găsească în iod, apă de mare, produse de descompunere ai izotopilor de radiu și radon, monazit , minereu de rășină de uraniu . , minerale de fier și platină. În 1931, F. Allison și colegii (Alabama Polytechnic Institute) au raportat descoperirea acestui element în nisipul monazit și au propus pentru acesta denumirea de „ alabamium ” (Ab) [9] [10] , dar acest rezultat nu a fost confirmat. Până în 1943, au apărut publicații despre descoperirea elementului în natură și a primit în mod constant denumirile de dor, dekin, helvetium (în onoarea Helvetiei - numele antic al Elveției ), anglogelvetium, leptin (din grecescul „slab, tremurător” ). Toate aceste descoperiri s-au dovedit, de asemenea, a fi eronate.
Astatina a fost obținută artificial pentru prima dată în 1940 de D. Corson , C. R. Mackenzie și E. Segre ( UC Berkeley ). Pentru a sintetiza izotopul 211 At, au iradiat bismut cu particule alfa . În 1943-1946 , izotopi astatini au fost descoperiți în compoziția serii radioactive naturale (vezi mai jos). Numele elementului provine din altă greacă. ἄστατος - „instabil”. În terminologia rusă, elementul a fost numit „astatin” până în 1962 [11] .
Astatina este cel mai rar element dintre toate găsite în natura terestră. Conținutul său total în scoarța terestră în echilibru cu radionuclizii parentali nu depășește un gram [12] . Stratul de suprafață al scoarței terestre de 1,6 km grosime conține doar 70 mg de astatin. Prezența constantă a astatinului în natură se datorează faptului că radionuclizii săi cu durată scurtă de viață ( 215 At, 218 At și 219 At) fac parte din seriile radioactive 235 U și 238 U. Rata de formare a acestora este constantă și egală cu rata dezintegrarii lor radioactive, prin urmare, scoarța terestră conține un număr de echilibru aproape constant de izotopi ai astatinului.
Astatina se obține numai artificial. În general, izotopii astatinului sunt produși prin iradierea bismutului sau toriu metalic cu particule α de înaltă energie, urmată de separarea astatinului prin co- precipitare , extracție , cromatografie sau distilare .
Pe acceleratoarele moderne, ar fi posibil să se obțină („dobândirea”) câteva zeci de nanograme ale elementului, cu toate acestea, ar fi imposibil să se lucreze cu astfel de probe din cauza radioactivității sale enorme - 2000 Ci / mg și la concentrații molare de elementul, soluțiile studiate ar fierbe și ar avea loc o radioliză intensă a apei [ 13] .
Datorită cantității mici de materie disponibilă pentru studiu, proprietățile fizice ale acestui element sunt puțin înțelese și, de regulă, sunt construite pe analogii cu elemente mai accesibile.
Astatina este un solid albastru-negru, asemănător ca aspect cu iodul [14] . Se caracterizează printr-o combinație de proprietăți de nemetale (halogeni) și metale ( poloniu , plumb și altele). La fel ca iodul, astatina se dizolvă bine în solvenți organici și este ușor de extras de aceștia. Din punct de vedere al volatilității, este ușor inferior iodului, dar se poate sublima și ușor [14] .
Punct de topire - 503 K (230 ° C), punctul de fierbere (sublimare) 575 K (302 ° C) [2] (Conform altor surse 244 ° C, respectiv 309 ° C [5] ).
În ceea ce privește proprietățile chimice, astatina este apropiată atât de iod (indică proprietățile halogenilor ), cât și de poloniu (proprietățile metalului) [15] .
Astatina în soluție apoasă este redusă cu dioxidul de sulf SO2 ; ca şi metalele , precipită chiar şi din soluţii puternic acide cu hidrogen sulfurat (H 2 S) [15] . Este înlocuit din soluțiile de acid sulfuric de zinc (proprietățile metalului) [15] .
Ca toți halogenii (cu excepția fluorului), astatinul formează o sare insolubilă AgAt (astatidă de argint) [15] . Este capabil să se oxideze la starea At(V), ca iodul (de exemplu, sarea AgAtO 3 are proprietăți identice cu AgIO 3 ) [15] .
Astatinul reacționează cu bromul și iodul pentru a forma compuși interhalogeni - iodură de astatin AtI și bromură de astatin AtBr .
Ambii acești compuși sunt solubili în tetraclorură de carbon CCl 4 [16] .
Astatinul se dizolvă în acizii clorhidric și azotic diluați [16] .
Când o soluție apoasă de astatin este expusă la hidrogen , se formează HAt de astatidă de hidrogen gazos în momentul reacției . Cu toate acestea, din cauza aceleiași electronegativități a hidrogenului și a astatinului, astatidul de hidrogen este extrem de instabil, iar în soluțiile apoase nu există doar protoni, ci și ioni At + , ceea ce nu este cazul tuturor celorlalți acizi hidrohalici [17] .
Cu metale, astatinul formează compuși în care prezintă o stare de oxidare de -1, ca toți ceilalți halogeni (NaAt - astatidă de sodiu ). Ca și alți halogeni, astatinul poate înlocui hidrogenul într-o moleculă de metan pentru a obține astatmetan CH 3 At.
În soluții de acizi tari (1-6 M) în prezența unui ion dicromat (1-5 mM), astatinul se prezintă sub forma unui cation unic încărcat, ceea ce se dovedește prin mișcarea sa către catod în timpul electromigrării, comportamentul său. pe schimbătoare de cationi sulfonice monofuncționale [18] , precum și co-precipitarea completă cu săruri puțin solubile ale cationilor monovalenți fosfotungstați, dicromați, iodați) [19] . Conform unui număr de proprietăți chimice, astatinul este similar cu cationii monovalenți grei, de exemplu, taliu și cesiu [20] . Un cation astatin încărcat unic este un complex acvatic de astatin monovalent sau acid astatos protonat [At( H2O )] + [21] . Constanta de deprotonare (К dp ) calculată din datele experimentale : [Аt(ОН 2 )] + ↔АtОН + Н + este egală cu (7.6±3)·10 −5 [22] .
Prin oxidarea astatinei cu difluorura de xenon in solutie alcalina s-a obtinut un compus astatin heptavalent, ionul perastatat, care cocristalizeaza izomorf cu sarurile periodat de potasiu si cesiu [23] . Au fost sintetizați compuși organoelementali ai astatinului precum RAtCl și RAtO (unde R este un radical fenil sau paratolil), în care acesta există în stările de valență +3 și +5 [24] . Au fost sintetizați alchili astatid cu structură normală și ramificată cu până la 5 atomi de carbon [25] [26] . S-au obținut astatide de hidrocarburi ciclice [27] , astatbenzen [28] , astattoluen [29] , orto-, meta- și paraizomeri ai fluoro- și clorostatbenzeni [30] ; izomerii astatnitrobenzenului [31] și astatanilinei [29] , astatirozină [32] , etilenestatidrina [33] , astatalilului [34] , izomerii acidului astatbenzoic [35] și izomerii acidului astattrifluormetilbenzen [36] , [37] astatacetic .
Pentru derivații organici ai astatinului, determinarea proprietăților fizico-chimice prin metode clasice este inacceptabilă datorită concentrației sale extrem de scăzute. În aceste scopuri, cromatografia gaz-lichid a fost utilizată cu succes cu utilizarea metodei de calcule comparative. Caracteristicile fizico-chimice ale compușilor organici astatini sunt determinate de dependența proprietăților derivaților similari de halogen de valoarea lor de retenție cromatografică în gaze (indicele de retenție), urmată de extrapolarea acestui parametru la proprietățile fizico-chimice ale compusului organoastatinic [38] .
Au fost determinate punctele de fierbere ale compușilor astatini alifatici [39] [40] [41] . Pentru compușii aromatici ai astatinului s-au găsit căldurile de vaporizare [38] [42] , punctele de fierbere [38] [43] , refracțiile legăturii carbon-astatin momentul dipol [38] [44] . S-a efectuat o estimare prin extrapolare a parametrilor geometrici ai astatinului [38] [45] : raza covalentă - 1,52 Å , raza van der Waals - 2,39 Å , raza atomică - 1,48 Å , raza ionică At - - 2,39 Å , volumul atomic este de 27,72 m 3 /mol , iar distanța interatomică С–Аt în astataromatic este de 2,24 Å [38] .
Prin metoda pirolizei, pe baza unui studiu direct al procesului de descompunere termică, s-au determinat experimental valorile energiei de rupere a legăturii chimice carbon-astatină (D C - At, kcal/mol) în derivații aromatici ai astatinului . 38] [46] : C6H5At = 44,9±5,1 ; în medie, pentru astfel de izomeri ca AtC 6 H 4 CH 3 \u003d 43,3 ± 2,1, AtC 6 H 4 CF 3 \u003d 42,3 ± 2,1, AtC 6 H 4 F \u003d 43,0 ± 2,2, AtC 6 H 4 CF 3 \u003d 42,3 ± 2,1, AtC 6 H 4 F \u003d 43,0 ± 2,2, AtC 6 H 4 Cdl \u003d ± 2,1 2,1, AtC 6 H 4 Br \u003d 42,3 ± 2,1. În n-propilastatid este de 38,6±2,5 kcal/mol, iar în izopropilastatid este de 36,3±2,3 kcal/mol [38] .
În timpul sublimării astatinului din folia de argint în plasma sursei de ioni a separatorului de masă, pe colector a fost găsită o moleculă de astatin ionizată, At 2 + . Conform estimărilor extrapolării, energia de disociere a acestei molecule este de 55,4 kcal/mol și este mai stabilă decât cea neionizată. Existența unei molecule de astatin - La 2 la temperatura camerei este puțin probabilă, deoarece energia ei de disociere este de 27 kcal/mol [48] . Când halogenii au fost introduși în sursa de ioni a separatorului de masă, pe colector au fost înregistrate mase corespunzătoare compușilor astatini AtCl + , AtBr + și AtI + [47] .
Prezența astatinului este determinată de radiația alfa caracteristică [15] .
Fiind similar în proprietăți chimice cu iodul, astatina este radiotoxică .
Izotopul astatin-211 este un nuclid promițător pentru crearea de radiofarmaceutice (RP). Este un emițător alfa pur cu un timp de înjumătățire de 7,2 ore. Fiecare act de dezintegrare a izotopului astatin-211 este însoțit de emisia de particule alfa cu o energie medie de 6,8 MeV. Lungimea traseului lor în țesuturile biologice este de numai 60 µm (LET este de 70-160 keV/µm); prin urmare, ionizarea are loc într-un volum mic. Când astatina este localizată într-o tumoare, țesuturile din jur nu vor suferi de emisia sa radio. Particulele de astatin-211 alfa afectează aproximativ 3 celule. Rata dozei de iradiere în 1 gram de țesut biologic dintr-o sursă de astatin-211 cu o activitate de 37 kBq cu distribuția sa uniformă este de aproximativ 4 milirad/sec [49] . Doza absorbită în țesut după degradarea completă a 37 kBq de astatin-211 este de aproximativ 150 rad [50] .
Astatina, administrată sub formă de soluție de astatidă, precum iodul, se acumulează în glanda tiroidă (care poate fi folosită pentru tratarea bolilor legate de acest organ) [51] , iar administrată ca radiocoloid este concentrată în principal în ficat [52] . Deja primele studii efectuate imediat după descoperirea astatinei-211 au arătat că acest izotop poate fi utilizat în radioterapie [51] [53] . Au fost obținute proteine atatizate [54] [55] , limfocite [56] și biomolecule complexe [57] [58] [59] .
A fost stabilită eficacitatea terapeutică ridicată a coloidului 211 At-teluriu in vivo atunci când este expus la celulele canceroase ascitice ale lui Ehrlich [60] . Anticorpii monoclonali împotriva diferitelor tipuri de tumori, marcați cu astatin-211, livrează în mod intenționat radionuclidul organului afectat de cancer [61] [62] [63] . Un vehicul eficient pentru radioterapia țintită a melanomului (unul dintre cele mai maligne neoplasme) este un astfel de compus înrudit cu coloranții de fentiazină precum albastrul de metilen (MB) (tetrametilentionină) marcat cu astatin-211 [64] [65] [66] [67] .
Prezența astatinului este determinată de radiația alfa caracteristică, precum și de radiația gamma și radiația de electroni de conversie. În spectrul gamma al pregătirii 211 At , vârful de 686 keV corespunde astatinei-211 în sine, iar vârfurile de 569,896 keV fiicei 211 Po [ 68] .
Începând cu 2015, sunt cunoscuți 37 de izotopi astatini cu numere de masă de la 191 la 229, precum și 23 de stări excitate metastabile ale nucleelor astatine. Toate sunt radioactive . Cele mai stabile dintre ele (de la 207 At la 211 At) au un timp de înjumătățire mai mare de o oră (cele mai stabile sunt 210 At, T 1/2 = 8,1 (4) ore și 211 At, T 1/2 = 7,214 (7) ore ); cu toate acestea, ele sunt absente în seriile radioactive naturale , iar timpul de înjumătățire a trei izotopi naturali nu depășește un minut: 215 At ( 0,10(2) ms , seria uraniu-235), 218 At ( 1,5(3) s , 238 ) și 219 At (56(3) s, seria uraniu-235) [11] [69] [70] [71] .
Dicționare și enciclopedii | |
---|---|
În cataloagele bibliografice |
Sistem periodic de elemente chimice a lui D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|