Русская Википедия:Астат
Шаблон:Карточка химического элементаШаблон:Элемент периодической системы Аста́т — Шаблон:ХимЭлементПреамбула Радиоактивен. Молекула астата, по всей видимости, двухатомна (формула At2)[1]. Квантовомеханические расчёты из первых принципов предсказывают, что в конденсированном состоянии астат состоит не из молекул диастата, а образует металлический кристалл[2][3], в отличие от всех более лёгких галогенов, образующих при нормальном давлении[4] молекулярные кристаллы из молекул димеров Hal2.
Астат — самый редкий природный элемент периодической системы, поэтому он был синтезирован искусственно до того, как обнаружен в природе. Во всей земной коре его насчитывается не более 1 грамма. Из-за сильной радиоактивности его не удаётся получить в макроскопических количествах, достаточных для глубокого изучения свойств.
История
Предсказан (как «эка-иод») Дмитрием Менделеевым в 1898 году. «Можно, например, сказать, что при открытии галоида Х с атомным весом, большим, чем йод, он все же будет образовывать КХ, КХО3 и т. п., что его водородное соединение НХ будет газообразным, очень непрочной кислотой, что атомный вес будет …215»[5].
В 1931—1943 годах были сделаны многочисленные попытки обнаружить элемент № 85 в природе. Он мог быть спутником иода, продуктом α-распада франция или β-распада полония, поэтому его пытались найти в иоде, морской воде, продуктах распада изотопов радия и радона, монаците, урановой смоляной руде, минералах железа и платины. В 1931 году Ф. Аллисон с сотрудниками (Алабамский политехнический институт) сообщили об открытии этого элемента в монацитовом песке и предложили для него название «алабамий» (Ab)[6][7], однако этот результат не подтвердился. Вплоть до 1943 года появлялись публикации об обнаружении элемента в природе, и он последовательно получал названия дор, декин, гельвеций (в честь Гельвеции — древнего названия Швейцарии), англогельвеций, лептин (от греч. «слабый, шаткий»). Все эти открытия также оказались ошибочными.
Впервые астат был получен искусственно в 1940 году Д. Корсоном, К. Р. Маккензи и Э. Сегре (Калифорнийский университет в Беркли). Для синтеза изотопа 211At они облучали висмут альфа-частицами. В 1943—1946 годах изотопы астата были обнаружены в составе природных радиоактивных рядов (см. ниже). Название элемента произошло от Шаблон:Lang-grc — «неустойчивый». В русской терминологии элемент до 1962 года назывался «астатин»[8].
Нахождение в природе
Астат является наиболее редким элементом среди всех, встречающихся в земной природе. Его суммарное содержание в земной коре в равновесии с материнскими радионуклидами не превышает одного грамма[9]. В поверхностном слое земной коры толщиной 1,6 км содержится всего 70 мг астата. Постоянное присутствие астата в природе связано с тем, что его короткоживущие радионуклиды (215At, 218At и 219At) входят в состав радиоактивных рядов 235U и 238U. Скорость их образования постоянна и равна скорости их радиоактивного распада, поэтому в земной коре содержится практически постоянное равновесное количество изотопов астата.
Получение
Астат получают только искусственно. В основном изотопы астата получают облучением металлических висмута или тория α-частицами высокой энергии с последующим отделением астата соосаждением, экстракцией, хроматографией или дистилляцией.
На современных ускорителях можно было бы получить («наработать») несколько десятков нанограмм элемента, однако с такими образцами невозможно было бы работать ввиду огромной его радиоактивности — 2000 Ки/мг, и при молярных концентрациях элемента происходило бы вскипание исследуемых растворов и интенсивный радиолиз воды[10].
Физические свойства
Ввиду малого количества доступного для изучения вещества физические свойства этого элемента плохо изучены и, как правило, построены на аналогиях с более доступными элементами.
Астат — твёрдое вещество сине-чёрного цвета, по внешнему виду похожее на иод[11]. Для него характерно сочетание свойств неметаллов (галогенов) и металлов (полоний, свинец и другие). Как и иод, астат хорошо растворяется в органических растворителях и легко ими экстрагируется. По летучести немного уступает иоду, но также может легко возгоняться[11].
Температура плавления — 503 K (230 °C), кипения (возгонки) 575 K (302 °C)[12] (По другим источникам 244 °С, 309 °С соответственно[1]).
Химические свойства
По химическим свойствам астат близок как к иоду (проявляет свойства галогенов), так и к полонию (свойства металла)[13].
Астат в водном растворе восстанавливается диоксидом серы SO2; как и металлы, он осаждается даже из сильнокислых растворов сероводородом (H2S)[13]. Вытесняется из сернокислых растворов цинком (свойства металла)[13].
Как и все галогены (кроме фтора), астат образует нерастворимую соль AgAt (астатид серебра)[13]. Он способен окисляться до состояния At(V), как и иод (например, соль AgAtO3 идентична по свойствам AgIO3)[13].
Астат реагирует с бромом и иодом, при этом образуются межгалогенные соединения — иодид астата AtI и бромид астата AtBr.
Оба эти соединения растворяются в тетрахлорметане СCl4[14].
Астат растворяется в разбавленной соляной и азотной кислотах[14].
При действии на водный раствор астата водородом в момент реакции образуется газообразный астатоводород HAt. Однако ввиду одинаковой электроотрицательности водорода и астата астатоводород крайне неустойчив, а в водных растворах существуют не только протоны, но и ионы At+, чего нет у всех других галогеноводородных кислот[15].
С металлами астат образует соединения, в которых проявляет степень окисления −1, как и все остальные галогены (NaAt — астатид натрия). Подобно другим галогенам, астат может замещать водород в молекуле метана до получения астатметана CH3At.
В растворах сильных кислот (1—6М) в присутствии бихромат-иона (1—5мМ) астат находится в виде однозарядного катиона, что доказано движением его к катоду при электромиграции, его поведением на монофункциональных сульфокатионитах[16], а также полным соосаждением с труднорастворимыми солями одновалентных катионов фосфорновольфраматами, бихроматами, йодатами)[17]. По ряду химических свойств астат подобен тяжёлым одновалентным катионам, например, таллию и цезию[18]. Однозарядный катион астата представляет собой аквакомплекс одновалентного астата или протонированную астатноватистую кислоту — [At(H2O)]+[19]. Рассчитанная по экспериментальным данным константа депротонирования (Кdp): [ Аt(ОН2)]+ ↔АtОН + Н+, равна (7,6±3)·10−5 [20].
Путём окисления астата дифторидом ксенона в щелочном растворе было получено соединение семивалентного астата — перастатат-ион, который изоморфно сокристаллизуется с солями перйодата калия и цезия[21]. Синтезированы элементоорганические соединения астата, типа RAtCl и RAtO (где R — фенильный или паратолильный радикал), в которых он существует в валентных состояниях +3 и +5[22]. Синтезированы астатид алкилы нормального и разветвленного строения с числом атомов углерода до 5[23][24]. Получены астатиды циклических углеводородов[25], астатбензол[26], астаттолуол[27], орто-, мета- и параизомеры фтор- и хлорастатбензолов[28]; изомеры астатнитробензола[29], и астатанилина[27], астаттирозин[30], этиленастатгидрин[31], астаталлил[32], изомеры астатбензойной кислоты[33] и изомеры астаттрифторметилбензола[34], астатуксусная кислота[35].
Для органических производных астата определение физико-химических свойств классическими методами неприемлемо ввиду его предельно низкой концентрации. Для этих целей с успехом была использована газожидкостная хроматография с привлечением метода сравнительных расчетов. Физико-химические характеристики органических соединений астата определяют по зависимости свойств аналогичных галогенпроизводных от их величины газохроматографического удерживания (индекса удерживания) с последующей экстраполяцией этого параметра на физико-химические свойства астаторганического соединения[36].
Определены температуры кипения алифатических соединений астата[37][38][39]. Для ароматических соединений астата найдены теплоты испарения[36][40], температуры кипения[36][41], рефракции связи углерод-астати дипольный момент[36][42]. Проведена экстраполяционная оценка геометрических параметров астата[36][43]: ковалентный радиус — 1,52 Å, ван-дер-ваальсовый радиус — 2,39 Å, атомный радиус — 1,48 Å, ионный радиус Аt− — 2,39 Å, атомный объём — 27,72 м3/моль и межатомное расстояние С—Аt в астатароматике — 2,24 Å[36].
С помощью метода пиролиза, основанного на непосредственном изучении процесса термического разложения, экспериментально определены величины энергии разрыва химической связи углерод-астат (DC — At, ккал/моль) в ароматических производных астата[36][44]: C6H5At = 44,9±5,1; в среднем для таких изомеров как AtC6H4CH3 =43,3±2,1, AtC6H4CF3 =42,3±2,1, AtC6H4F =43,0±2,2, AtC6H4Cl =41,9±2,1, AtC6H4Br =42,3±2,1. В н-пропиластатиде равна 38,6±2,5 ккал/моль, а в изо-пропиластатиде 36,3±2,3 ккал/моль[36].
При возгонке астата с серебряной фольги в плазму ионного источника масс-сепаратора на коллекторе была обнаружена ионизованная молекула астата — Аt2+[45]. По экстраполяционным оценкам энергия диссоциации этой молекулы равна 55,4 ккал/моль, и она более устойчива, чем неионизованная. Существование молекулы астата — At2 при комнатной температуре маловероятно, так как её энергия диссоциации равна 27 ккал/моль[46]. При введении галогенов в ионный источник масс-сепаратора на коллекторе были зафиксированы массы, соответствующие соединениям астата AtCl+, AtBr+ и AtI+[45].
Присутствие астата определяется по характерному альфа-излучению[13].
Биологическая роль
Будучи схожим по химическим свойствам с иодом, астат радиотоксичен.
Изотоп астат-211 — перспективный нуклид для создания радиофармацевтических препаратов (РФП). Это чистый альфа-излучатель с периодом полураспада 7,2 часа. Каждый акт распада изотопа астата-211 сопровождается испусканием альфа-частиц со средней энергией 6,8 МэВ. Длина их пробега в биологических тканях составляет всего 60 мкм (ЛПЭ — 70—160 кэВ/мкм), следовательно, ионизация происходит в малом объёме. При локализации астата в опухоли окружающие ткани не будут страдать от его радиоизлучения. Альфа-частицы астата-211 поражают примерно 3 клетки. Мощность дозы облучения в 1 грамме биологической ткани от источника астата-211 активностью 37 КБк при его равномерном распределении составляет около 4 миллирад/сек[47]. Поглощённая доза в ткани после полного распада 37 КБк астата-211 — около 150 рад[48].
Астат, введённый в виде раствора астатида, подобно иоду, накапливается в щитовидной железе (что может быть использовано для лечения связанных с данным органом заболеваний)[49], а введённый в виде радиоколлоида в основном концентрируется в печени[50]. Уже первые исследования, проведённые сразу же после открытия астата-211, показали, что этот изотоп может быть использован в радиотерапии[49][51][52][53]. Были получены астатированные протеины[54][55], лимфоциты[56] и сложные биомолекулы[57][58][59].
Установлена высокая терапевтическая эффективность коллоида 211Аt-теллур in vivo при воздействии на клетки асцитного рака Эрлиха[60]. Моноклональные антитела к различным видам опухолей, меченные астатом-211, целенаправленно доставляют радионуклид к органу, поражённому раковым образованием[61][62][63]. Эффективным транспортным средством для целенаправленной радиотерапии меланомы (одного из наиболее злокачественных новообразований) является такое соединение, относящееся к фентиазиновым красителям, как метиленовый синий (МС) (тетраметилентионин), меченный астатом-211[64][65][66][67].
Присутствие астата определяется по характерному альфа-излучению, а также по гамма-излучению и излучению конверсионных электронов. В гамма-спектре препарата 211At пик 686 кэВ соответствует самому астату-211, а пики 569, 896 кэВ — дочернему 211Po[68].
Изотопы
Шаблон:Main На 2023 год известны 39 изотопов астата с массовыми числами от 191 до 229, а также 24 метастабильных возбуждённых состояния ядер астата. Все они радиоактивны. Самые устойчивые из них (от 207At до 211At) имеют период полураспада больше часа (наиболее стабильны 210At, Шаблон:Math = 8,1(4) часа, и 211At, Шаблон:Math = 7,214(7) часа); однако в природных радиоактивных рядах они отсутствуют, а у трёх природных изотопов период полураспада не превышает минуты: 215At (0,10(2) мс, ряд урана-235), 218At (1,5(3) с, ряд урана-238) и 219At (56(3) с, ряд урана-235)[8][69][70][71].
Примечания
Литература
- Шаблон:Книга
- Chalkin W. A., Herrmann E. Isotopcnpraxis. 1975, Bd 11, H. 10, S. 333-40;
- Downs A., Adams C. G. The chemistry of chlorine, bromine, iodine and astatine. Oxf. — [a.o.].
- Astatine. — Gmelin Handbook of Inorganic Chemistry, 8-th Edition, (Eds. H.K.Kugler and C.Keller), Springer, Berlin, 1985.
- Норсеев Ю. В. Изучение химии астата в Объединённом институте ядерных исследований (Дубна). Открытие и исследование свойств новых неорганических и органических соединений астата, синтез терапевтических радиофармпрепаратов. Дубна, 2013, 65 с. ОИЯИ, Р12-2013-32.
- Zalutsky M. R., Pruszynski M. Astatine-211: production and availability. Review. Curr Radiopharm. 2011 Jul;4(3): 177—185.
- ↑ 1,0 1,1 Шаблон:ХЭ
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ При увеличении давления кристаллы других галогенов также переходят из молекулярных в атомные; кристаллы хлора достигают этого состояния при 180 ГПа, брома — при 60 ГПа, иода — при 21 ГПа (Hermann et al., 2013).
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ 8,0 8,1 Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ 11,0 11,1 Школьная энциклопедия. Химия. Москва, Дрофа, 2003 год.
- ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокWebElements
не указан текст - ↑ 13,0 13,1 13,2 13,3 13,4 13,5 Шаблон:Статья
- ↑ 14,0 14,1 Шаблон:Cite web
- ↑ Advances in Inorganic Chemistry, Volume 6 Шаблон:Wayback by Emeleus, p.219, Academic Press, 1964 ISBN 0-12-023606-0
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ 27,0 27,1 Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ 36,0 36,1 36,2 36,3 36,4 36,5 36,6 36,7 Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ 45,0 45,1 Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ 49,0 49,1 Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Ode Y. et al, (2023). Therapeutic efficacy of 211At-radiolabeled 2,6-diisopropylphenyl azide in mouse models of human lung cancer Шаблон:Wayback, Chemical Science Шаблон:DOI
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Книга
Шаблон:Выбор языка Шаблон:ПеревестиШаблон:^ Шаблон:Периодическая система элементов
- Страницы с ошибками в примечаниях
- Русская Википедия
- Радиоактивные элементы
- Элементы, предсказанные Дмитрием Менделеевым
- Синтезированные химические элементы
- Астат
- Галогены
- Неметаллы
- Страницы, где используется шаблон "Навигационная таблица/Телепорт"
- Страницы с телепортом
- Википедия
- Статья из Википедии
- Статья из Русской Википедии