Astat - Astatine


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Astat,   85 At
Allgemeine Eigenschaften
Aussprache / Æ s t ə t í n , - t ɪ n / ( AS -tə jugendlicher, -TiN )
Aussehen unbekannt, vermutlich metallic
Massenzahl 210 (stabilste Isotop)
Astat in der periodischen Tabelle
Wasserstoff Helium
Lithium Beryllium Bor Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Silizium Phosphor Schwefel Chlor Argon
Kalium Kalzium Scandium Titan Vanadium Chrom Mangan Eisen Kobalt Nickel Kupfer Zink Gallium Germanium Arsen Selen Brom Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niob Molybdän Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silber Cadmium Indium- Zinn Antimon Tellur Jod Xenon
Cäsium Barium Lanthanum Cer Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platin Gold Quecksilber (Element) Thallium Führen Wismut Polonium Astat Radon
Francium Radium Aktinium Thorium Protaktinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium dubnium Seaborgium Bohrium Hassium meitnerium darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
 I 

At

Ts
PoloniumAstatRadon
Ordnungszahl ( Z ) 85
Gruppe Gruppe 17 (Halogene)
Zeitraum Zeitraum 6
Block p-Block
Element Kategorie   Metalloid , manchmal als Nichtmetall eingestuft oder ein Metall
Elektronenkonfiguration [ Xe ] 4f 14 5d 10 6S 2 6P 5
Elektronen pro Schale
2, 8, 18, 32, 18, 7
Physikalische Eigenschaften
Phase bei  STP solide
Schmelzpunkt 575  K (302 ° C, 576 ° F)
Siedepunkt 610 K (337 ° C, 639 ° F)
Dichte (bei  RT ) (At 2 ) 6,35 ± 0,15 g / cm 3 (vorhergesagt)
Molvolumen (At 2 ) 32,94 cm 3 / mol (vorhergesagt)
Verdampfungswärme (At 2 ) 54,39 kJ / mol
Dampfdruck
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
bei  T  (K) 361 392 429 475 531 607
Atomic Eigenschaften
Oxidationszustände -1 , +1 , +3, +5 +7
Elektronegativität Pauling-Skala: 2.2
Ionisationsenergien
  • 1. Preis: 899,003 kJ / mol
Kovalenzradius 150  pm
Van der Waals-Radius 202 pm
andere Eigenschaften
Kristallstruktur flächenzentrierten kubischen (fcc)
Kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur für Astat

(Vorhergesagt)
Wärmeleitfähigkeit 1,7 W / (m · K)
CAS-Nummer 7440-68-8
Geschichte
Benennung nach griechischen astatos (αστατος), was bedeutet , "unstable"
Entdeckung Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie , Emilio Segrè (1940)
Haupt- Isotope von Astat
Isotop Fülle Die Halbwertszeit ( t 1/2 ) Decay-Modus Produkt
209 At syn 5.41 h β + 209 Po
α 205 Bi
210 Bei syn 8,1 h β + 210 Po
α 206 Bi
211 At syn 7.21 h ε 211 Po
α 207 Bi
| Verweise

Astat ist ein radioaktives chemisches Element mit dem Symbol In und die Ordnungszahl 85. Es ist das seltenste natürlich vorkommendes Element in der Erdkruste vorkommenden nur als Zerfallsprodukt von verschiedenen schwereren Elementen. Alle Astat der Isotope sind kurzlebig; die stabilste ist Astat-210 mit einer Halbwertszeit von 8,1 Stunden. Eine Probe des reinen Elements zusammengebaut noch nie, da alle makroskopischen Proben sofort durch die Wärme der eigenen Radioaktivität verdampften würden.

Die makroskopischen Eigenschaften von Astat sind nicht mit Sicherheit bekannt. Viele von ihnen wurden geschätzt , basierend auf die Position des Elements auf dem Periodensystem als schwereren Analoges von Jod , und einem Mitglied der Halogene (die Gruppe von Elementen , einschließlich Fluor , Chlor , Brom und Jod). Astat wahrscheinlich ein dunkles oder glänzendes Aussehen haben und kann eine sein , Halbleiter oder möglicherweise ein Metall ; es hat wahrscheinlich einen höheren Schmelzpunkt als die von Jod. Chemisch verschiedene anionische Spezies von Astat sind bekannt und die meisten seiner Verbindungen sind diejenigen des Jods ähneln. Es zeigt auch eine gewisse metallisches Verhalten, einschließlich der Fähigkeit zur Bildung eines stabilen monoatomaren Kation in wässriger Lösung ( im Gegensatz zu den leichteren Halogene).

Die erste Synthese des Elements war im Jahr 1940 von Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie , und Emilio G. Segrè an der University of California, Berkeley , die es aus dem genannten griechischen astatos (ἄστατος), "unstable" bedeutet. Vier Isotope von Astat erwiesen sich später natürlich werden auftreten, obwohl viel weniger als ein Gramm zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Erdkruste vorhanden ist. Weder die stabilste Isotop Astat-210, noch die medizinisch nützlichen Astat-211, kommen in der Natur; sie können nur synthetisch hergestellt werden, in der Regel durch Beschuß Bismut -209 mit Partikeln alpha .

Eigenschaften

Astat ist ein äußerst radioaktives Element; alle seine Isotope kurze Halbwertszeiten von 8,1 Stunden oder weniger, in anderen Astat - Isotope verfallen, Bismut , Polonium oder Radon . Die meisten seiner Isotope sind sehr instabil mit Halbwertszeiten von einer Sekunde oder weniger. Von den ersten 101 Elemente in der periodischen Tabelle, nur francium ist weniger stabil, und alle Astat - Isotope beständiger als francium in jedem Fall synthetisch sind und auftreten in der Natur nicht.

Die makroskopischen Eigenschaften von Astat sind nicht mit Sicherheit bekannt. Forschung zeichnet sich durch seine kurze Halbwertszeit begrenzt, die die Schaffung von weighable Mengen verhindert. Ein sichtbares Stück Astat würde mich sofort verdampfen wegen der Hitze durch seine intensive Radioaktivität erzeugt. Es wird sich zeigen , wenn bei ausreichender Kühlung, eine makroskopische Menge von Astat als dünner Film abgeschieden werden konnte. Astat ist in der Regel entweder als ein nicht - metallischen oder eine eingestuft Metalloid ; Metallbildung wird auch vorausgesagt worden.

körperlich

Die meisten der physikalischen Eigenschaften von Astat geschätzt worden (durch Interpolation oder Extrapolation ), theoretisch oder empirisch abgeleiteten Methoden. Beispielsweise Halogene dunkler mit zunehmender Atomgewicht - Fluor fast farblos ist, Chlor ist gelb-grün, Brom rotbrauner und Jod ist dunkelgrau / violett. Astat wird manchmal beschrieben als vermutlich ein schwarzer Feststoff (vorausgesetzt , es folgt dieser Tendenz) oder als mit einem metallischen Aussehen zu sein (wenn es sich um ein Metalloid oder einem Metall). Die Schmelz und Siedepunkte von Astat sind auch in der Halogenreihe sehen den Trend zu folgen , zu erwarten, mit steigender Ordnungszahl . Auf dieser Basis werden sie geschätzt , 575 und 610 K (302 und 337 ° C; 575 und 638 ° F) zu sein, respectively. Einige experimentelle Beweise legt nahe , Astat können niedrigere Schmelz- und Siedepunkte als die von der Halogen Trend impliziert. Astat sublimiert weniger leicht als Jod tut, einen niederen mit Dampfdruck . Trotzdem Hälfte einer bestimmten Menge von Astat dauert etwa eine Stunde verdampfen, wenn bei auf einem sauberen Glasoberfläche stellen Raumtemperatur . Das Absorptionsspektrum von Astat in dem mittleren Ultraviolettbereich Linien bei 224,401 und 216,225 nm, andeutend 6p zu 7S Transitionen .

Die Struktur von fester Astat ist unbekannt. Als analoge von Jod kann sie einen hat orthorhombischen kristalline Struktur von zusammensetzen zweiatomigen Astat - Molekül und einen Halbleiter sein (mit einer Bandlücke von 0.7 eV ). Alternativ, wenn kondensiert Astat eine metallische Phase bildet, wie es vorhergesagt wurde, kann es eine einatomige haben flächenzentrierten kubischen Struktur ; In dieser Struktur kann es durchaus sein , Supraleiters , wie die ähnlichen Hochdruckphase von Jod. Beweise für (oder gegen) die Existenz von zweiatomigen Astat (At 2 ) sind spärlich und nicht schlüssig. Einige Quellen geben an, dass sie nicht existiert, oder wenigstens ist nie beobachtet worden, während andere Quellen behaupten , oder seine Existenz bedeuten. Trotz dieser Kontroverse haben viele Eigenschaften von zweiatomigen Astat vorhergesagt worden ist ; zum Beispiel würde seine Bindungslänge ist 300 ± 10  pm , Dissoziationsenergie 83,7 ± 12,5 kJ / mol und Verdampfungswärme (& Dgr; H vap ) 54,39 kJ / mol. Die letztgenannte Zahl bedeutet , dass Astat (mindestens) metallisch im flüssigen Zustand auf der Basis sein kann , die Elemente mit einer Verdampfungswärme von mehr als ~ 42 kJ / mol , wenn metallische Flüssigkeit; zweiatomiges Iod, mit einem Wert von 41,71 kJ / mol, fällt knapp unter der Schwellenwert Figur.

Chemisch

Die Chemie der Astat wird „durch die extrem geringen Konzentrationen an denen getrübt Astat Experimente durchgeführt wurden, und die Möglichkeit von Reaktionen mit Verunreinigungen, Wänden und Filtern, oder Radioaktivität , Nebenprodukten und anderem unerwünschten nanoskaligen Wechselwirkungen.“ Viele seiner scheinbaren chemischen Eigenschaften wurden unter Verwendung beobachtet Tracer - Studien auf äußerst Astat verdünnte Lösungen, typischerweise weniger als 10 -10 mol·L -1 . Einige Eigenschaften - wie Anionenbildung - Ausrichten mit anderen Halogenen. Astat hat einige metallischen Eigenschaften als auch, wie beispielsweise Plattieren auf eine Kathode , Copräzipitieren mit Metallsulfiden in Salzsäure und eine stabile bildenden monoatomare Kation in wässriger Lösung. Es bildet Komplexe mit EDTA , einem Metall - Chelatbildner und ist in der Lage , als ein Metall handeln Antikörper radioaktive Markierung ; in mancher Hinsicht Astat in der ein Zustand ist Silber im gleichen Zustand ähnelt. Die meisten der organischen Chemie von Astat ist jedoch analog zu derjenigen von Jod.

Astat hat eine Elektronegativität von 2,2 auf der überarbeiteten Pauling - Skala  - geringer als die von Jod (2,66) und die gleiche , wie Wasserstoff. In Wasserstoff Astatid (HAT) die negative Ladung vorhergesagt wird , an dem Wasserstoffatom zu sein, was impliziert , dass diese Verbindung als Astat Hydrid bezeichnet werden könnte , nach bestimmten Nomenklaturen, Wäre das mit der Elektronegativität von Astat auf der konsistent sein Allred-Rochow Waage ( 1.9) kleiner ist als die von Wasserstoff (2,2). Jedoch wird offizielle IUPAC stöchiometrischen Nomenklatur basiert auf einer idealisierten Konvention zur Bestimmung der relativen Elektronegativitaten der Elemente durch die bloße aufgrund ihrer Position innerhalb des Periodensystems zu bestimmen. Gemäß dieser Konvention wird Astat behandelt , als ob es elektronegativer als Wasserstoff ist, und zwar unabhängig von seiner wahren Elektronegativität. Die Elektronenaffinität von Astat wird vorhergesagt , wegen um ein Drittel reduziert werden Spin-Bahn - Wechselwirkung .

Verbindungen

Weniger reaktiv als Jod, ist Astat am wenigsten reaktiv der Halogene, obwohl seine Verbindungen haben in mikroskopisch kleinen und studierten so intensiv wie möglich vor ihrem radioaktiven Zerfall synthetisiert worden. Die Reaktionen beteiligt waren typischerweise mit verdünnten Lösungen von Astat vermischt mit größeren Mengen an Jod getestet. Acting als Träger gewährleistet das Jod genügend Material für Labortechniken (wie Filtration und Fällung ) zu arbeiten. Wie Jod, wurde Astat gezeigt von -1 bis +7 bis hin ungeraden Oxidationsstufen annehmen.

Nur ein paar Verbindungen mit Metallen wurden in Form von astatides von Natrium, berichtet, Palladium , Silber, Thallium und Blei. Einige charakteristischen Eigenschaften von Silber und Natrium Astatid und der andere hypothetische Alkali- und Erdalkali - astatides wurden durch Extrapolation aus anderen Metallhalogenide geschätzt.

Die Bildung einer Astat Verbindung mit Wasserstoff - in der Regel als Wasserstoff Astatid genannt - wurde von den Erfindern der Astat Chemie vermerkt. Wie bereits erwähnt, gibt es Gründe für stattdessen als Astat Hydrid auf diese Verbindung Bezug genommen wird . Es ist leicht oxidiert ; Versauerung durch verdünnte Salpetersäure gibt die At 0 oder At + Formen, und die anschließende Zugabe von Silber (I) kann, bestenfalls nur teilweise auszufallen Astat als Silber (I) Astatid (AGAT). Jod im Gegensatz dazu nicht oxidiert wird , und schlägt sich ohne weiteres als Silber (I) Jodid .

Astat ist bekannt, zu binden , Bor , Kohlenstoff und Stickstoff . Verschiedene Bor Käfige Verbindungen wurden mit AT-B - Bindungen bereit, wobei diese beständigen als At-C - Bindungen. Astat kann ein Wasserstoffatom in ersetzen benzol zu astatobenzene C bilden 6 H 5 At; Dies kann zu C oxidiert werden 6 H 5 ATCL 2 durch Chlor. Durch Behandeln dieser Verbindung mit einer alkalischen Lösung von Natriumhypochlorit, C 6 H 5 AtO 2 hergestellt werden kann. Die Dipyridin-Astatin (I) Kation, [At (C 5 H 5 N) 2 ] + , bildet ionische Verbindungen mit Perchlorat (a non-koordinierende Anions ) und mit Nitrat , [At (C 5 H 5 N) 2 ] NO 3 . Dieses Kation vorliegt als Koordinations - Komplex , bei dem zwei dative kovalenten Bindungen die Astat (I) -Zentrum mit jedem der separat verbinden pyridin Ringe über ihre Stickstoffatome.

Mit Sauerstoff gibt es Hinweise der Spezies AtO - und AtO + in wässriger Lösung, durch die Reaktion von Astat mit einem Oxidationsmittel wie elementares Brom oder (im letzteren Fall) , die durch Natriumpersulfat in einer Lösung von Perchlorsäure . Die Art bisher angenommen sein AtO -
2
hat , da festgestellt worden sein AtO (OH) -
2
, einem Hydrolyseprodukt von AtO + ( Eine andere solche Hydrolyseprodukt wobei AtOOH). Die gut charakterisierten AtO -
3
Anions ist erhältlich, beispielsweise die Oxidation von Astat mit Kaliumhypochlorit in einer Lösung von Kaliumhydroxid . Herstellung von Lanthan- triastatate La (ATO 3 ) 3 , im Anschluss an die Oxidation von Astat durch eine heiße Na 2 S 2 O 8 Lösung, wurde berichtet. Die weitere Oxidation von AtO -
3
, wie beispielsweise durch Xenondifluorid (in einer heißen alkalischen Lösung) oder Perjodat (in einer neutralen oder alkalischen Lösung), liefert die perastatate ion AtO -
4
; Dies ist nur dann stabil in neutraler oder alkalischen Lösung. Astat ist auch in der Lage sein , gedacht von Kationen in Salzen mit Oxyanionen wie Umformen Iodat oder Dichromat ; Dies basiert auf der Beobachtung , dass, in sauren Lösungen, monovalenten oder Zwischen positiven Zuständen von Astat - Copräzipitat mit den unlöslichen Salz von Metallkationen , wie beispielsweise Silber (I) Iodat oder Thallium (I) Dichromat.

Astat können Bindungen an die andere Form Chalkogene ; diese schließen S 7 At + und At (CSN) -
2
mit Schwefel , eine Koordinations Selenoharnstoff Verbindung mit Selen und eine astatine- Tellur Kolloid mit Tellur.

Struktur Astat Monojodid, einer der Astat Interhalogene und dem stärksten bekannten zweiatomigen Inter.

Astat ist bekannt , mit ihrem leichteren Homologe Jod reagiert Brom- und Chlor im Dampfzustand; Diese Reaktionen erzeugen zweiatomigen Interhalogenverbindungen mit Formeln Ati, AtBR und ATCL. Die ersten beiden Verbindungen können auch in Wasser hergestellt werden - Astat mit Jod / reagiert Iodid Lösung ATi zu bilden, wogegen AtBR erforderlich (abgesehen von Astat) eine Jod / Jodmonobromid / bromid - Lösung. Der Überschuss von Iodiden oder Bromiden kann führen AtBR -
2
und ATi -
2
Ionen oder in einer Salzlösung, wie sie Spezies erzeugen können ATCL -
2
oder AtBrCl -
über Gleichgewichtsreaktionen mit den Chloriden. Oxidation des Elements mit Dichromat (in Salpetersäurelösung) zeigte , dass die Zugabe von Chlorid die Astat in ein Molekül einge wahrscheinlich entweder ATCL oder AtOCl sein. Ebenso AtOCl -
2
oder ATCL -
2
hergestellt werden. Die Polyhalogenide PdAtI 2 , Csati 2 , TlAtI 2 und PbAtI sind bekannt oder vermutet, ausgefällt wurden. In einem Plasma - Ionenquelle Massenspektrometers , die Ionen [ati] + , [AtBR] + und [ATCL] + wird durch die Einführung von hellen Halogendämpfen in ein gebildet wurde Helium -gefüllten Zelle Astat, unterstützte die Existenz stabiler neutraler Moleküle enthält in der Plasma - Ionen - Zustand befindet. Keine Astat Fluoride wurden bislang entdeckt. Ihre Abwesenheit wurde auf die extreme Reaktivität derartiger Verbindungen spekulativ zurückzuführen, einschließlich der Reaktion eines ursprünglich gebildete Fluorid mit den Wänden des Glasbehälters ein nicht-flüchtiges Produkt zu bilden. Somit kann , obwohl die Synthese eines Astat Fluor dacht möglich sein sollte, kann es ein flüssiges Halogenfluorid Lösungsmittel erfordern, wie bereits für die Charakterisierung von Radonfluorid verwendet.

Geschichte

Periodic Table von Mendelejew (1971), mit Astat fehlt unten Chlor, Brom und Iod ( „J“)
Dmitri Mendeleev ‚s Tabelle von 1871, mit einem leeren Raum an der Position EKA-Jod

Im Jahr 1869, als Dmitrij Mendelejew sein veröffentlichte periodisches System , war der Platz unter Jod leer; nach Niels Bohr der physikalischen Grundlage der Klassifizierung von chemischen Elementen aufgebaut, wurde vorgeschlagen , dass das fünfte Halogen dort gehörte. Vor seiner Entdeckung offiziell anerkannt wurde „EKA-iodine“ genannt (von Sanskrit EKA  - „one“) zu implizieren , es ein Raum unter Jod war (in der gleichen Weise wie EKA-Silizium, Eka-Bor, und andere ). Wissenschaftler versucht , es in der Natur zu finden; seine extreme Seltenheit gegeben führten diese Versuche in mehreren falschen Entdeckungen.

Die erste behauptete Entdeckung von Eka-Jod wurde durch gemacht Fred Allison und seine Mitarbeiter an dem Alabama Polytechnic Institute (jetzt Auburn University ) im Jahr 1931. Die Entdecker benannten Element 85 „alabamine“ und übertrug sie auf das Symbol Ab, Benennungen , die für verwendet wurden ein paar Jahren. 1934 HG MacPherson von University of California, Berkeley widerlegten Allisons Verfahren und die Gültigkeit seiner Entdeckung. Es gab noch einen Anspruch im Jahr 1937 von dem Chemiker Rajendralal De. Arbeiten in Dacca in Britisch - Indien (jetzt Dhaka in Bangladesch ), wählte er den Namen „Dakin“ für Element 85, die er als getrennt zu haben behauptet , zu Thorium Serie gleichwertigen von Radium F (Polonium-210) in der Radiumreihe . Die Eigenschaften er für dakin berichtete nicht die von Astat entsprechen; Überdies ist Astat nicht in der Thorium - Reihe und die wahre Identität von dakin ist nicht bekannt.

Im Jahr 1936 ein Team von rumänischen Physikern Horia Hulubei und Französisch Physiker Yvette Cauchois beanspruchtes Element entdeckt zu haben , 85 über Röntgenstrukturanalyse. Im Jahr 1939 veröffentlichte sie ein anderes Papier , das unterstützt und frühere Daten erweitert. Im Jahr 1944 veröffentlichten Hulubei eine Zusammenfassung der Daten , die er zu dieser Zeit erhalten hatte, behauptet , es durch die Arbeit von anderen Forschern unterstützt. Er wählte den Namen „dor“, vermutlich aus dem rumänischen für „Sehnsucht“ [für den Frieden], wie dem Zweiten Weltkrieg fünf Jahre zuvor begonnen hatte. Als Hulubei auf Französisch schrieb, die eine Sprache nicht die „ine“ -Zusatz nicht aufnehmen würde dor wahrscheinlich auf Englisch als „dorine“ gemacht wurden, hatten sie angenommen worden. Im Jahr 1947 wurde Hulubei Behauptung wirkungsvoll von dem österreichischen Chemiker abgelehnt Friedrich Paneth , der später dem Vorsitz in der IUPAC federführende Ausschuss für die Anerkennung von neuen Elementen. Obwohl Hulubei Proben des Astat enthalten hat, seine Mittel zu erkennen , ist es nach heutigen Maßstäben zu schwach waren, um eine korrekte Identifizierung zu ermöglichen. Er hatte auch in einer früheren beteiligt unberechtigten Forderung in Bezug auf die Entdeckung des Elements 87 (francium) , und dies ist vermutlich verursacht haben andere Forscher seine Arbeit herunterzuzuspielen.

Ein Graustufen-Foto des Oberkörpers eines Mannes
Emilio Segrè , einer der Entdecker der Hauptgruppe Astat

Im Jahr 1940, der Schweizer Chemiker Walter Minder kündigte die Entdeckung des Elements 85 als Beta - Zerfallsprodukt von Radium A (Polonium-218), die Wahl des Namens "helvetium" (von Helvetia , der lateinische Name der Schweiz). Karlik und Bernert bei der Wiedergabe von seinen Versuchen nicht erfolgreich war, und führte anschließend Minder Ergebnisse Kontamination seines Radon Stromes (Radon-222 ist die Mutterisotop Polonium-218). Im Jahr 1942 Minder, in Zusammenarbeit mit dem englischen Wissenschaftler Alice Leigh-Smith, kündigte die Entdeckung eines anderen Isotop des Elements 85, vorausgesetzt das Produkt sein Thorium A (Polonium-216) Beta - Zerfalls. Sie nannten diese Substanz „anglo-helvetium“, aber Karlik und Bernert waren erneut nicht in der Lage , diese Ergebnisse zu reproduzieren.

Später im Jahr 1940, Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie , und Emilio Segrè isoliert das Element an der University of California, Berkeley. Statt für das Element in der Natur des Suchens, erstellt die Wissenschaftler sie durch Beschuß Bismut-209 mit Alphateilchen in einem Zyklotron (Teilchenbeschleuniger) zu erzeugen, nach der Aussendung von zwei Neutronen, Astat-211. Die Entdecker jedoch nicht sofort einen Namen für das Element vor. Der Grund dafür war zu der Zeit , dass ein Element synthetisch in „unsichtbaren quantities“ geschaffen, die in der Natur noch nicht gefunden hatten , wurde nicht als völlig gültigen gesehen; Außerdem waren Chemiker nur ungern radioaktive Isotope wie berechtigterweise als stabile diejenigen anzuerkennen. Im Jahr 1943 Astat wurde als Produkt von zwei natürlich vorkommenden gefunden Zerfallsketten von Berta Karlik und Traude Bernert, zuerst in der sogenannten Uran - Serie , und dann in der Actinium - Reihe . (Seitdem wurde in einem dritten Zerfallsreihe, die Astat bestimmt Neptunium Serie Friedrich Paneth im Jahr 1946 rief schließlich synthetische Elemente zu erkennen, zitiert, unter anderem, den letzten Bestätigung ihres natürlichen Vorkommens.), Und schlägt vor, die Entdecker der neu entdeckten unbenannte Elemente benennen diese Elemente. Zu Beginn des Jahres 1947, Nature veröffentlichte die Vorschläge Entdecker; ein Brief von Corson, MacKenzie und Segrè schlug den Namen „Astat“ aus dem kommenden griechischen astatos (αστατος) „unstable“, wegen seiner Neigung zur Bedeutung der radioaktiven Zerfall , mit der Endung „ine“, gefunden in dem Namen der vier bisher entdeckten Halogene. Der Name wurde auch die Tradition der vier stabile Halogene weiterhin gewählt, in dem der Name einer Eigenschaft des Elements bezeichnet.

Corson und seine Kollegen eingestuft Astat als Metall auf der Grundlage seiner analytischen Chemie . Folgende Erfinder berichtet Jod-like, kationischen oder amphoteren Verhalten. In einer retrospektiven 2003 schreibt Corson , dass „einige der Eigenschaften [von Astat] sind ähnlich wie Jod ... es zeigt auch metallische Eigenschaften, eher wie ihre metallischen Nachbarn Po und Bi.“

Isotopes

Alpha Abklingcharakteristiken für Beispiel Astat-Isotope

Massenzahl
Masse
Überschuss
Halbes Leben Probability
of alpha
Zerfall
Alpha
Zerfall
Halbwertszeit
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 experimentell
alpha stabile

Es gibt 39 bekannte Isotope von Astat, mit Atommassen (Massenzahlen) von 191-229. Theoretische Modellierung deutet darauf hin , dass 37 weitere Isotope existieren könnten. Keine stabile oder langlebige Astat - Isotop ist beobachtet worden, noch ist eine zu erwartende existieren.

Astat des Alphazerfall Energien folgen dem gleichen Trend wie für andere schwere Elemente. Lighter Astat - Isotope haben recht hohe Energien von Alpha - Zerfall, die niedriger werden als die Kerne schwerer geworden. Astat-211 hat eine wesentlich höhere Energie als die früheren Isotop, weil es einen Kern mit 126 Neutronen hat, und 126 ist eine magische Zahl zu einem Neutronenschale gefüllt entspricht. Trotz ist eine ähnliche Halbwertszeit zum vorherigen Isotop (8,1 Stunden Astat-210 und 7,2 Stunden für die Astat-211), die Alpha - Zerfall Wahrscheinlichkeit viel höher für letzteres: 41,81% gegenüber nur 0,18%. Die beiden folgenden Isotope freisetzen noch mehr Energie, mit Astat-213 die meiste Energie freigesetzt wird . Aus diesem Grunde ist es der kürzeste Dauer Astat - Isotop. Auch wenn schwererer Astat - Isotope weniger Energie freisetzen, keine langlebiger Astat - Isotop existiert, wegen der zunehmenden Rolle der Beta - Zerfall (Elektronenemission). Dieser Zerfall Modus ist besonders wichtig für Astat; bereits 1950 wurde davon ausgegangen , dass alle Isotope des Elements Beta - Zerfall unterliegen. Beta - Zerfall Modi wurden für alle Astat Isotopen ausgenommen Astat-213, -214, -215 und -216m gefunden. Astat-210 und leichter Isotope Exhibit Beta - plus - Zerfall ( Positronen - Emissions - ), Astat-216 und schwereren Isotopen Ausstellungs beta (minus) Zerfall und Astat-212 zerfällt über beide Modi, während Astat-211 unterliegt Elektroneneinfang .

Die stabilste Isotop ist Astat-210, das eine Halbwertszeit von 8,1 Stunden hat. Die Primär Abklingmodus ist Beta plus, der relativ langlebigen (im Vergleich zu Astat - Isotope) alpha - Emitter Polonium-210 . Insgesamt nur fünf Isotope haben Halbwertszeiten von mehr als einer Stunde (Astat-207 bis -211). Der instabilsten Grundzustands Isotop ist Astat-213 mit einer Halbwertszeit von 125 Nanosekunden. Es unterliegt einem Alpha - Zerfall der äußerst langlebigen Bismuth-209 .

Astat hat 24 bekannten Kern Isomere , welcher Kern mit einem oder mehreren Nukleonen ( Protonen oder Neutronen ) in einem angeregten Zustand . Ein Kern Isomer kann auch ein „genannt werden meta -state“, das System hat mehr Bedeutung interne Energie als die „ Grundzustand “ (der Zustand mit der geringstmöglichen innerer Energie), der ehemaligen wahrscheinlich machen in diese zerfallen. Es kann für jedes Isotop mehr als ein Isomer sein. Die stabilste dieses Kern Isomere ist Astat-202m1, die eine Halbwertszeit von ca. 3 Minuten hat, länger als jene alle Grundzustände jener von Isotopen bar 203-211 und 220. Die wenigsten stabil ist Astat-214m1; seine Halbwertszeit von 265 Nanosekunden kürzer ist als die aller Erdungs Zustände ausgenommen aus Astat-213.

natürliche Vorkommen

eine Abfolge von unterschiedlich gefärbten Kugeln, die jeweils eine Zwei-Buchstaben-Symbol und einige Nummern
Neptunium-Serie, die Zerfallsprodukte zeigen, einschließlich Astat-217, gebildet aus Neptunium-237

Astat ist das seltenste natürliche Element. Die Gesamtmenge an Astat in der Erdkruste (zitiert Masse 2,36 × 10 25 Gramm) wird geschätzt, dass weniger als ein Gramm zu einem bestimmten Zeitpunkt.

Beliebig Astat , die an der Entstehung der Erde ist schon lange verschwunden; der vier natürlich vorkommenden Isotope (Astat-215, -217, -218 und -219) wird stattdessen kontinuierlich als Folge des erzeugten Zerfalls der radioaktiven Thoriums und Uran Erzen, und Spuren von Neptunium-237 . Die Landmasse von Nord- und Südamerika kombiniert, bis zu einer Tiefe von 16 km (10 Meilen), enthält nur etwa eine Billion Astat-215 - Atomen zu einem bestimmten Zeitpunkt (etwa 3,5 × 10 -10 Gramm). Astat-217 ist über den radioaktiven Zerfall von Neptunium-237 produziert. Primordial Reste des letzteren isotopen aufgrund seiner relativ kurzen Halbwertszeit von 2.140.000 Jahren-nicht mehr gegeben ist auf der Erde. Allerdings entstehen Spuren von Natur aus als Produkt von Transmutationsreaktionen in Uranerz . Astat-218 war der erste Astat - Isotop in der Natur entdeckt. Astat-219 mit einer Halbwertszeit von 56 Sekunden ist die längste der natürlich vorkommenden Isotope lebten.

Isotopen von Astat aufgeführt manchmal nicht so natürlich aufgrund falscher Vorstellungen auftreten, dass es keine solche Isotope oder Abweichungen in der Literatur. Astat-216 wurde als natürliche Isotopen gezählt, berichtet jedoch von seiner Beobachtung (die als zweifelhaft beschrieben wurde) wird nicht bestätigt.

Synthese

Formation

Mögliche Reaktionen nach Bismut-209 mit Alphateilchen Beschießen
Reaktion Energie von Alphateilchen
209
83
Bi
+ 4
2
Er
211
85
At
+ 2 1
0
n
26 MeV
209
83
Bi
+ 4
2
Er
210
85
At
+ 3 1
0
n
40 MeV
209
83
Bi
+ 4
2
Er
209
85
At
+ 4 1
0
n
60 MeV

Astat wurde zuerst durch Beschießen Bismut-209 mit energetischen Alphateilchen erzeugt, und dies ist immer noch der Hauptweg des relativ langlebigen Isotopen erstellen Astat-209 durch Astat-211. Astat wird nur in winzigen Mengen hergestellt, mit modernen Techniken so dass Produktionsläufe von bis zu 6,6  Giga Becquerel (etwa 86  Nanogramm oder 2,47 × 10 14 Atomen). Synthese von größeren Mengen von Astat dieses Verfahren verwendet wird , durch die begrenzte Verfügbarkeit geeigneter Zyklotrons und der Aussicht auf das Schmelzen des Ziels begrenzt. Lösungsmittel Radiolysegas aufgrund der kumulativen Wirkung der Astat Zerfall ist ein verwandtes Problem. Mit kryogenen Technologie Mikrogramm Mengen von Astat könnten in der Lage sein , durch Protonenbestrahlung erzeugt werden , Thorium oder Uran ergeben Radon-211, die wiederum zu abklingende Astat-211. Verunreinigung mit Astat-210 wird erwartet , dass ein Nachteil dieser Methode.

Das Wichtigste Isotop ist Astat-211, das einzige in der kommerziellen Einsatz. Um das Bismut Ziel zu erzeugen, wird das Metall gesputtert auf ein Gold, Kupfer oder Aluminium - Oberfläche bei 50 bis 100 Milligramm pro Quadratzentimeter. Bismutoxid kann stattdessen verwendet werden; Diese zwangsweise mit einer Kupferplatte geschmolzen. Das Ziel wird unter einem gehalten chemisch neutralen Stickstoffatmosphäre und mit Wasser gekühlt wird, um eine vorzeitige Verdampfung Astat zu verhindern. In einem Teilchenbeschleuniger, wie zum Beispiel ein Zyklotron, Alphateilchen werden mit dem Bismut kollidierte. Auch wenn nur ein Bismut - Isotop (Bismut-209) verwendet wird, kann die Reaktion in drei Möglichkeiten auftreten, Astat-209 produziert, Astat-210 oder Astatin-211. Um unerwünschte Nuklide zu eliminieren, wird die maximale Energie des Partikelbeschleunigers auf einen Wert eingestellt ( in optimaler 29.17 MeV) oben , dass für die Umsetzung der Herstellung Astat-211 und unter dem man Astat-210 produziert (das gewünschte Isotop erzeugen) (to vermeiden Herstellung anderer Astat - Isotope).

Trennverfahren

Weil Astat das Hauptprodukt der Synthese ist, nach ihrer Bildung müssen sie nur von dem Ziel und keine wesentlichen Verunreinigungen getrennt werden. Mehrere Verfahren sind verfügbar „aber sie folgen im Allgemeinen einen von zwei Ansätzen-Trockendestillation oder [naß] Säurebehandlung des durch Lösungsmittelextraktion, gefolgt Ziel.“ Die Verfahren im Folgenden zusammengefasst sind moderne Adaptionen älterer Prozeduren, wie von Kugler und Keller überprüft. Pre-1.985 Techniken angesprochen öfter die Beseitigung von koproduziert toxischem Polonium; Diese Anforderung wird nun durch Abdecken der Energie des Zyklotron Bestrahlungsstrahls abgeschwächt.

Trocken

Der Astat haltige Zyklotrontarget wird auf eine Temperatur von etwa 650 ° C erwärmt. Die Astat verflüchtigt und wird ( in der Regel) einem kondensierten Kältefalle . Höhere Temperaturen von bis zu etwa 850 ° C können die Ausbeute, auf der Gefahr von Bismut Kontamination durch gleichzeitige Verdampfung erhöhen. Erneutes Destillieren des Kondensats kann das Vorhandensein von Wismut zu minimieren , die erforderlich werden (wie Wismut mit Astat stören können Markierungsreaktionen ). Unter Verwendung von einem oder mehreren Lösungsmitteln mit niedriger Konzentration wie die Astat wird aus der Falle wiedergewonnen Natriumhydroxid , Methanol oder Chloroform . Astatin - Ausbeuten von bis zu etwa 80% erreicht werden können. Trockenabscheidung wird das Verfahren meist eine chemisch sinnvolle Form von Astat herzustellen verwendet.

Nass

Die Bismut (oder manchmal Wismuttrioxid ) Ziel wird gelöst in, beispielsweise, Salpeter- oder Perchlorsäure konzentriert. Astat extrahiert , ein organisches Lösungsmittel , wie beispielsweise unter Verwendung von Butyl oder Isopropylether , oder Thiosemicarbazid . Eine Trennung Ausbeute von 93% unter Verwendung von Salpetersäure ist berichtet worden, durch die Zeit , bis 72% fallende Reinigungsverfahren (Destillation von Salpetersäure, Rest Spülen beendet wurden Stickoxide und erneutes Lösen Bismutnitrat zu ermöglichen , Flüssig-Flüssig - Extraktion ). Nasse Verfahren beinhalten „multiple Radioaktivität Handhabungsschritte“ und sind nicht gut geeignet für größere Mengen von Astat isolieren. Sie können die Produktion von Astat in einem bestimmten ermöglichen Oxidationszustands und können eine größere Anwendbarkeit in der experimentellen Radiochemie .

Verwendungen und Vorsichtsmaßnahmen

Mehrere 211 At-Moleküle und ihre experimentellen Anwendungen
Agent Anwendungen
[ 211 At] Astat-Tellur Kolloide Kompartment-Tumoren
6- [ 211 At] astato-2-methyl-1,4-diphosphat naphtaquinol Adenokarzinome
211 At-markiertes Methylenblau Melanome
Meta- [ 211 At] astatobenzyl Guanidin neuroendokrinen Tumoren
5- [ 211 At] astato-2'-desoxyuridin Verschiedene
211 At-markiertes Biotin - Konjugate Verschiedenes Pre-Targeting
211 At-markiertes Octreotid Somatostatinrezeptor
211 At-markierte monoklonale Antikörper und Fragmente Verschiedene
211 At-markiertes Bisphosphonat Knochenmetastasen

Die neu gebildete Astat-211 ist Gegenstand der laufenden Forschung in der Nuklearmedizin . Es muss schnell verwendet werden , da es mit einer Halbwertszeit von 7,2 Stunden zerfällt; das ist lang genug , um zu ermöglichen , vielstufige Kennzeichnungsstrategien . Astat-211 Potential für die gezielte Alphateilchen hat Radiotherapie , da es zerfällt entweder über Emission eines Alphateilchen (Wismut-207) oder über Elektroneneinfangdetektor (zu einer äußerst kurzlebigen Nuklid, Polonium-211, die unterliegt weiteren Alpha - Zerfall ), sehr schnell seine stabile Enkelin Blei-207 zu erreichen. Polonium Röntgenstrahlen als Ergebnis des Elektroneneinfangdetektors Zweig ausgesendeten, im Bereich von 77-92  keV , ermöglichen die Verfolgung von Astat in Tieren und Patienten. Obwohl Astat-210 eine etwas längere Halbwertzeit hat, ist es völlig ungeeignet , weil es in der Regel Beta - plus - Zerfall auf die äußerst giftige Polonium-210 unterliegt.

Der Auftraggeber Arznei Unterschied zwischen Astat-211 und Jod-131 (ein radioaktiven Iodisotop auch in der Medizin verwendet wird ) besteht darin , dass Jod-131 hochenergetische Beta - Teilchen ausstrahlt, und Astat nicht tut. Beta - Teilchen haben viel größere Durchschlagskraft durch Gewebe als die viel schwereren Alphateilchen zu tun. Ein durchschnittliches Alphateilchen von Astat-211 freigesetzt wird, kann bis zu 70 & mgr; m durch die umgebende Gewebe bewegen; eine durchschnittliche Energie Betateilchen durch Jod-131 emittiert wird, kann fast 30 mal so weit, bis etwa 2 mm fahren. Die kurze Halbwertszeit und begrenzt Durchdringungsenergie von alpha - Strahlung durch Gewebe bieten Vorteile in Situationen , in denen die „Tumorbelastung gering ist und / oder malignen Zellpopulationen in unmittelbarer Nähe zu wichtigem normalen Gewebe befinden.“ Signifikante Morbidität in Zellkulturmodellen von menschlichen Krebsarten wurde von eins bis zehn Astat-211 - Atom pro Zelle gebunden erreicht.

Astat ... [ist] schwer zu machen und die Hölle mit zu arbeiten.

P Durbin, Menschliches Radiation Studies: Erinnerung an die frühen Jahre 1995

Mehrere Hindernisse wurden in der Entwicklung von Astat-basierte begegnet Radiopharmaka für Krebsbehandlung. Zweiter Weltkrieg verzögerte Forschung für fast ein Jahrzehnt. Die Ergebnisse der frühen Experimente zeigten , dass ein Krebs-selektiv Träger entwickelt werden müssten , und es war nicht bis in die 1970er , die monoklonale Antikörper für diesen Zweck zur Verfügung standen. Im Gegensatz zu Jod, zeigt Astat eine Tendenz zur Dehalogenierung von molekularen Trägern, wie diese, insbesondere bei sp 3 Kohlenstoffstellen (weniger so aus sp 2 Seiten ). Die Toxizität von Astat gesammelt und im Körper beibehalten gegeben, unterstrich dies die Notwendigkeit, sicherzustellen , dass es zu seinem Host - Moleküle gebunden blieb. Ein signifikantes Hindernis für die Bewertung von Astat in der Nuklearmedizin Zwar Astat Träger, der sich langsam verstoffwechselt werden können für ihre Wirksamkeit, rascher metabolisiert Träger verbleiben beurteilt werden. Die Milderung von Astat induzierten Radiolyse von Kennzeichnungs Chemie und Trägermolekülen ist ein weiterer Bereich Weiterbildung erfordern. Eine praktische Anwendung für Astat als Krebstherapeutikum würde möglicherweise für eine „Staffelung“ Anzahl von Patienten geeignet sein; Fertigung von Astat in den Mengen , die weiterhin Anlass benötigt würden.

Tierstudien zeigen , dass Astat, ähnlich wie Jod, wenn auch in geringerem Maße, vorzugsweise in der konzentrierte Schilddrüse . Im Gegensatz zu Jod, zeigt Astat auch eine Tendenz , die durch die Lunge und Milz aufgenommen werden, möglicherweise aufgrund der in-Karosserie Oxidation von At - zu At + . Wenn in der Form eines Radiokolloid verabreicht neigt sie dazu, in dem konzentrieren Leber . Experimente in Ratten und Affen legen nahe , dass Astat-211 viel größere Schäden an der Schilddrüse führt , als dies Jod-131, mit repetitiven Injektions des Nuklids in Nekrosen und Zelle führt Dysplasie innerhalb der Stopfbuchse. Frühe Forschung vorgeschlagen , dass die Injektion von Astat in weibliche Nagetiere morphologischen Veränderungen im Brustgewebe verursacht; Dieser Schluss blieb umstritten seit vielen Jahren. Allgemein Vertrag war erreicht später , dass dies wahrscheinlich durch die Wirkung von Brustgewebe Bestrahlung mit hormonellen Veränderungen infolge der Bestrahlung der Ovarien kombiniert entstanden ist . Spurenmengen von Astat sicher in Digestorien gehandhabt werden , wenn sie gut belüftet; biologische Aufnahme des Elements muss vermieden werden.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Literaturverzeichnis

Externe Links