astatin - Astatine

Astatin,  85 At
astatin
Telaffuz / Æ s t ə t Ben bir n , - t ɪ n / ( AS -tə-genç, -⁠tin )
Dış görünüş bilinmeyen, muhtemelen metalik
Kütle Numarası [210]
Periyodik tablodaki astatin
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon
Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon
sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon
Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrensiyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgium Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessine Oganesson
 Ben 

At

Ts
polonyumastatinradon
Atom numarası ( Z ) 85
Grup grup 17 (halojenler)
Dönem 6. dönem
Engellemek   p-blok
Elektron konfigürasyonu [ Xe ] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 5
Kabuk başına elektron 2, 8, 18, 32, 18, 7
Fiziki ozellikleri
Faz de  STP bilinmeyen aşama
atomik özellikler
oksidasyon durumları -1 , +1 , +3, +5, +7
iyonlaşma enerjileri
Diğer özellikler
Doğal oluşum çürümeden
CAS numarası 7440-68-8
Tarih
adlandırma Yunanca astatos'tan (αστατος), "kararsız" anlamına gelen
keşif Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie , Emilio Segre (1940)
Astatinin ana izotopları
İzotop Bolluk Yarı ömür ( t 1/2 ) çürüme modu Ürün
209 'de 5,41 saat β + 209 Po
α 205 Bi
210 'de 8.1 saat β + 210 Po
α 206 Bi
211 'de 7.21 saat ε 211 Po
α 207 Bi
Kategori Kategori: Astatin
| Referanslar

Astatin , sembolü At ve 85 atom numarasına sahip kimyasal bir elementtir. Yerkabuğunda doğal olarak bulunan en nadir elementtir ve yalnızca çeşitli ağır elementlerin bozunma ürünü olarak ortaya çıkar . Astatinin tüm izotopları kısa ömürlüdür; en kararlı olanı , 8.1 saatlik bir yarılanma ömrüne sahip astatin-210'dur . Herhangi bir makroskopik numune, kendi radyoaktivitesinin ısısıyla anında buharlaşacağından, saf elementin bir örneği hiçbir zaman bir araya getirilmemiştir.

Astatinin toplu özellikleri kesin olarak bilinmemektedir. Birçoğu, elementin daha ağır bir iyot analoğu ve halojenlerin bir üyesi ( flor , klor , brom ve iyot içeren elementler grubu) olarak periyodik tablodaki konumuna göre tahmin edilmiştir . Bununla birlikte, astatin ayrıca metaller ve ametaller arasındaki ayrım çizgisi boyunca kabaca düşer ve bunun için bazı metalik davranışlar da gözlemlenmiş ve tahmin edilmiştir. Astatinin koyu veya parlak bir görünüme sahip olması muhtemeldir ve bir yarı iletken veya muhtemelen bir metal olabilir . Kimyasal olarak, birkaç anyonik astatin türü bilinmektedir ve bileşiklerinin çoğu iyodinkine benzer, ancak bazen metalik özellikler gösterir ve gümüşle bazı benzerlikler gösterir .

Elemanın ilk sentez tarafından 1940 yılında oldu Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie ve Emilio G. Segre de Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley onu adında, Rum astatos "kararsız" anlamına gelen (ἄστατος). Astatinin dört izotopunun daha sonra doğal olarak meydana geldiği bulundu, ancak herhangi bir zamanda Dünya'nın kabuğunda bir gramdan çok daha az mevcuttu. Ne en kararlı izotop astatin-210 ne de tıbbi olarak faydalı astatin-211 doğal olarak oluşur; sadece sentetik olarak, genellikle bizmut -209'u alfa parçacıklarıyla bombardıman ederek üretilebilirler .

özellikleri

Astatin son derece radyoaktif bir elementtir; tüm izotopları var yarılanma ömrüne diğer astatin izotoplar, içine çürüyen, 8.1 saat ya da daha az bizmut , polonyum veya radon . İzotoplarının çoğu çok kararsızdır ve yarı ömürleri bir saniye veya daha azdır. Periyodik tablodaki ilk 101 elementten yalnızca fransiyum daha az kararlıdır ve fransiyumdan daha kararlı olan tüm astatin izotopları her durumda sentetiktir ve doğada bulunmaz.

Astatinin toplu özellikleri kesin olarak bilinmemektedir. Araştırma, tartılabilir miktarların oluşturulmasını engelleyen kısa yarı ömrü ile sınırlıdır. Görünür bir astatin parçası, yoğun radyoaktivitesinin ürettiği ısı nedeniyle anında kendini buharlaştırır. Yeterli soğutma ile makroskopik miktarda astatinin ince bir film olarak biriktirilip biriktirilemeyeceği görülecektir. Astatin genellikle ametal veya metaloid olarak sınıflandırılır ; metal oluşumu da tahmin edilmiştir.

Fiziksel

Astatinin fiziksel özelliklerinin çoğu, teorik veya ampirik olarak türetilmiş yöntemler kullanılarak ( enterpolasyon veya ekstrapolasyon yoluyla ) tahmin edilmiştir . Örneğin, artan atom ağırlığı ile halojenler koyulaşır - flor neredeyse renksizdir, klor sarı yeşildir, brom kırmızı kahverengidir ve iyot koyu gri/mordur. Astatin bazen muhtemelen siyah bir katı (bu eğilimi takip ettiği varsayılarak) veya metalik bir görünüme sahip (eğer bir metaloid veya metal ise) olarak tanımlanır.

Astatin, daha düşük bir buhar basıncına sahip olduğu için iyottan daha az süblimleşir . Buna rağmen, oda sıcaklığında temiz bir cam yüzeye konursa, belirli bir miktarda astatinin yarısı yaklaşık bir saat içinde buharlaşacaktır . Absorpsiyon spektrumu içinde astatine arasında orta morötesi 224,401 ve 216,225 nm hatları vardır, düşündüren 7s için 6p geçişler .

Katı astatinin yapısı bilinmemektedir. Bir iyodin analoğu olarak , iki atomlu astatin moleküllerinden oluşan ortorombik kristal bir yapıya sahip olabilir ve bir yarı iletken olabilir ( 0.7 eV'lik bir bant aralığı ile ). Alternatif olarak, eğer yoğunlaşmış astatin, tahmin edildiği gibi metalik bir faz oluşturursa, monatomik bir yüz merkezli kübik yapıya sahip olabilir ; bu yapıda , iyotun benzer yüksek basınçlı fazı gibi bir süper iletken olabilir . İki atomlu astatinin (At 2 ) varlığına (veya aleyhine) dair kanıtlar seyrek ve sonuçsuzdur. Bazı kaynaklar onun var olmadığını veya en azından hiç gözlemlenmediğini belirtirken, diğer kaynaklar varlığını iddia etmekte veya ima etmektedir. Bu tartışmaya rağmen, iki atomlu astatinin birçok özelliği tahmin edilmiştir; örneğin, bağ uzunluğu300 ± 10  pm , ayrışma enerjisi83.7 ± 12.5 kJ/mol ve buharlaşma ısısı (∆H vap ) 54.39 kJ/mol. Astatinin erime ve kaynama noktaları için birçok değer tahmin edilmiştir , ancak yalnızca At 2 için .

Kimyasal

Astatinin kimyası, "astatin deneylerinin yapıldığı aşırı düşük konsantrasyonlar ve safsızlıklar, duvarlar ve filtreler veya radyoaktivite yan ürünleri ve diğer istenmeyen nano ölçekli etkileşimler ile reaksiyon olasılığı tarafından bulutludur". Görünür kimyasal özelliklerinin çoğu , tipik olarak 10 −10 mol·L −1'den az olan aşırı derecede seyreltik astatin çözeltileri üzerinde izleyici çalışmaları kullanılarak gözlemlenmiştir . Anyon oluşumu gibi bazı özellikler diğer halojenlerle uyumludur. Astatin, bir katot üzerine kaplama ve hidroklorik asit içinde metal sülfidlerle birlikte çökeltme gibi bazı metalik özelliklere de sahiptir . Bir metal şelatlama maddesi olan EDTA ile kompleksler oluşturur ve antikor radyo-etiketlemesinde bir metal olarak hareket etme yeteneğine sahiptir ; bazı açılardan +1 durumundaki astatin, aynı durumdaki gümüşe benzer. Bununla birlikte, astatinin organik kimyasının çoğu, iyodinkine benzer. Astatin stabil bir şekilde meydana getirdiğini öne sürülmüştür tek atomlu bir katyonu (lH, sulu çözelti içinde, ancak elektron göçü kanıtlar katyonik 'de (I)' tür hypoastatous asit tarafından protonlanmış olduğu bir düşündürmektedir 2 Yulaf + iyoda benzetme gösteren).

Astatin, revize edilmiş Pauling ölçeğinde 2.2'lik bir elektronegatifliğe sahiptir  - iyottan (2.66) daha düşük ve hidrojen ile aynıdır. Olarak hidrojen astatide (HAT), negatif yük, bu bileşik, belirli terminolojisine göre astatin hidrit gibi ifade edilebilir olduğunu ima hidrojen atomu üzerinde olduğu tahmin edilmektedir. Bu, Allred-Rochow ölçeğinde (1.9) astatinin elektronegatifliğinin hidrojenden (2.2) daha az olmasıyla tutarlı olacaktır . Bununla birlikte, resmi IUPAC stokiyometrik isimlendirmesi, elementlerin nispi elektronegatifliklerini sadece periyodik tablodaki konumlarından dolayı belirlemenin idealize edilmiş bir kuralına dayanmaktadır. Bu sözleşmeye göre, astatin, gerçek elektronegatifliğine bakılmaksızın, hidrojenden daha elektronegatifmiş gibi ele alınır. Elektron afinite 233 kJ.mol Astatin elementinin, -1 ,% 21 daha az bir iyot daha uzundur. Karşılaştırıldığında, Cl'nin (349) değeri F'den (328) %6.4 daha yüksektir; Br (325), Cl'den %6,9 daha azdır; ve I (295), Br'den %9,2 daha azdır. At için belirgin azalmanın, dönüş-yörünge etkileşimlerinden kaynaklandığı tahmin edildi . Astatinin ilk iyonlaşma enerjisi yaklaşık 899 kJ mol- 1'dir ve bu, halojen grubundan aşağı ilk iyonlaşma enerjilerini düşürme eğilimini sürdürür (flor, 1681; klor, 1251; brom, 1140; iyot, 1008).

Bileşikler

İyottan daha az reaktif olan astatin, halojenlerin en az reaktif olanıdır. Onun bileşikler mikroskobik miktarlarda sentezlenen ve radyoaktif parçalanma eskisi gibi yoğun mümkün olduğu incelenmiştir. İlgili reaksiyonlar tipik olarak daha büyük miktarlarda iyot ile karıştırılmış seyreltik astatin çözeltileri ile test edilmiştir. Taşıyıcı görevi gören iyot, laboratuvar tekniklerinin (filtreleme ve çökeltme gibi ) çalışması için yeterli malzeme olmasını sağlar . İyot gibi, astatinin de -1 ile +7 arasında değişen tek sayılı oksidasyon durumlarını benimsediği gösterilmiştir.

Sodyum, paladyum , gümüş, talyum ve kurşun astatidleri şeklinde metal içeren sadece birkaç bileşik rapor edilmiştir . Gümüş ve sodyum astatidin ve diğer varsayımsal alkali ve alkalin toprak astatidlerin bazı karakteristik özellikleri, diğer metal halojenürlerden ekstrapolasyon yoluyla tahmin edilmiştir.

Hidrojen ile bir astatin bileşiğinin oluşumu - genellikle hidrojen astatid olarak adlandırılır - astatin kimyasının öncüleri tarafından not edildi. Belirtildiği gibi, bunun yerine bu bileşiğe astatin hidrit olarak atıfta bulunulması için gerekçeler vardır. Kolayca oksitlenir ; seyreltik nitrik asit ile asitleştirme , At 0 veya At + formlarını verir ve ardından gümüş(I) ilavesi, en iyi ihtimalle, astatini gümüş(I) astatid (AgAt) olarak sadece kısmen çökeltebilir. İyot, aksine, oksitlenmez ve gümüş(I) iyodür olarak kolayca çökelir .

Astatinin bor , karbon ve nitrojene bağlandığı bilinmektedir . At–B bağları ile çeşitli bor kafes bileşikleri hazırlanmıştır, bunlar At–C bağlarından daha kararlıdır. Astatin olan bir hidrojen atomu yerine , benzen şekilde astatobenzene C 6 H 5 At; Bu Cı-oksidize edilebilir 6 H 5 AtCl 2 klor ile. Bir bu bileşiğin ile alkali hipoklorit çözeltisi, Cı 6 H 5 ato 2 üretilebilir. Dipiridin-astatin(I) katyonu, [At(C 5 H 5 N) 2 ] + , perklorat ( koordinasyon yapmayan bir anyon ) ve nitrat , [At(C 5 H 5 N) 2 ]NO ile iyonik bileşikler oluşturur. 3 . Bu katyon , iki datif kovalent bağın astatin(I) merkezini nitrojen atomları aracılığıyla piridin halkalarının her biri ile ayrı ayrı bağladığı bir koordinasyon kompleksi olarak bulunur .

Oksijen ile, sulu çözeltide, astatinin elementel brom gibi bir oksidanla veya (son durumda) bir perklorik asit çözeltisinde sodyum persülfatla reaksiyonuyla oluşturulan AtO - ve AtO + türlerinin kanıtı vardır : ikincisi türler ayrıca protonlanmış astatöz asit olabilir, H
2
AtO+
2
. Daha önce AtO olduğu düşünülen türler-
2
o zamandan beri
AtO(OH) olarak belirlendi-
2
, bir AtO + hidroliz ürünü (bu tür bir başka hidroliz ürünü AtOOH'dir). İyi karakterize edilmiş AtO-
3
anyon, örneğin, bir potasyum hidroksit çözeltisi içinde astatinin potasyum hipoklorit ile oksidasyonu ile elde edilebilir . Hazırlanması lantan triastatate La (ATO 3 ) 3 sıcak Na ile astatine oksidasyonu takiben, 2 S 2 O 8 çözeltisi bildirilmiştir.
AtO'nun daha fazla oksidasyonu-
3
Gibi ile olduğu gibi ksenon diflorür (sıcak bir alkali çözelti içinde) ya da periodat (a içerisinde nötr veya alkalin çözelti), elde edilir perastatate iyon ato-
4
; bu sadece nötr veya alkali çözeltilerde kararlıdır. Astatinin ayrıca iyodat veya dikromat gibi oksianyonlu tuzlarda katyon oluşturabildiği düşünülmektedir ; bu, asidik çözeltilerde, astatinin monovalent veya ara pozitif durumlarının, gümüş(I) iyodat veya talyum(I) dikromat gibi metal katyonlarının çözünmeyen tuzları ile birlikte çökeldiği gözlemine dayanır.

Astatin diğer kalkojenlere bağ oluşturabilir ; bunlara S 7 At + ve At(CSN) dahildir-
2
ile kükürt , bir koordinasyon selenourea bileşiğin selenyum ve bir astatine- tellür kolloid tellür ile.

Astatin interhalojenlerinden biri olan ve bilinen en ağır diatomik interhalojen olan astatin monoiyodidin yapısı .

Astatinin daha hafif homologları iyot, brom ve klor ile buhar halinde reaksiyona girdiği bilinmektedir ; bu reaksiyonlar , formülleri AtI, AtBr ve AtCl olan iki atomlu interhalojen bileşikleri üretir. İlk iki bileşik suda da üretilebilir – astatin , AtI oluşturmak için iyot/ iyodür çözeltisi ile reaksiyona girer , oysa AtBr (astatinin yanı sıra) bir iyot/ iyot monobromür / bromür çözeltisi gerektirir. İyodürlerin veya bromürlerin fazlalığı AtBr'ye yol açabilir.-
2
ve AtI-
2
iyonlar veya bir klorür çözeltisi içinde
AtCl gibi türler üretebilirler.-
2
veya AtBrCl-
klorürler ile denge reaksiyonları yoluyla. Elementin dikromat (nitrik asit çözeltisi içinde) ile oksidasyonu, klorür eklenmesinin astatini muhtemelen AtCl veya AtOCl olan bir moleküle dönüştürdüğünü gösterdi. Benzer şekilde, AtOCl-
2
veya AtCl-
2
üretilebilir. PdAtI polihalojenürler 2 , CsAtI 2 , TlAtI 2 ve PbAtI bilinen ya da varsayılan çökelen edilmiş. Plazma iyon kaynağı kütle spektrometresinde , [AtI] + , [AtBr] + ve [AtCl] + iyonları, astatin içeren helyumla dolu bir hücreye daha hafif halojen buharları sokularak oluşturulmuştur ve bu, vücutta kararlı nötr moleküllerin varlığını destekler. plazma iyon durumu. Henüz hiçbir astatin florür keşfedilmedi. Bunların yokluğu, spekülatif olarak, uçucu olmayan bir ürün oluşturmak için başlangıçta oluşturulmuş bir florürün cam kabın duvarlarıyla reaksiyonu dahil olmak üzere, bu tür bileşiklerin aşırı reaktivitesine bağlanmıştır. Bu nedenle, bir astatin florürün sentezinin mümkün olduğu düşünülse de, radon florürün karakterizasyonu için halihazırda kullanılmış olduğu gibi, sıvı bir halojen florür çözücüsü gerektirebilir.

Tarih

Mendeleev (1971), klor, brom ve iyodin ("J") altında astatin eksik olan periyodik tablo
Dmitri Mendeleev'in 1871 tablosu, eka-iyot pozisyonunda boş bir alan

1869'da Dmitri Mendeleev periyodik tablosunu yayınladığında iyodin altındaki boşluk boştu; sonra Niels Bohr, kimyasal elementlerin sınıflandırılması fiziksel bir temel oluşturmuştur, beşinci bir halojen bulunmamaktadır ait olduğu ileri sürüldü. Resmi olarak tanınan keşfinden önce, iyodin  altında bir boşluk olduğunu ima etmek için "eka-iyodin" ( Sanskritçe eka - "bir") olarak adlandırıldı ( eka-silikon, eka-bor ve diğerleri ile aynı şekilde ). Bilim adamları onu doğada bulmaya çalıştılar; son derece nadir olması nedeniyle, bu girişimler birkaç yanlış keşifle sonuçlandı.

Eka-iyodin'in ilk iddia edilen keşfi, Fred Allison ve arkadaşları tarafından 1931'de Alabama Politeknik Enstitüsü'nde (şimdi Auburn Üniversitesi ) yapıldı. Kaşifler element 85'i "alabamin" olarak adlandırdılar ve ona Ab sembolü verdi, bu tanımlamalar için kullanıldı. birkaç sene. 1934'te Berkeley, California Üniversitesi'nden HG MacPherson , Allison'ın yöntemini ve keşfinin geçerliliğini çürüttü. 1937'de kimyager Rajendralal De tarafından başka bir iddia daha vardı. İçinde Dacca Çalışma İngiliz Hindistan (şimdi Dakka içinde Bangladeş ), kendisinin olarak izole iddia elemanı 85, adını "Dakin" seçti toryum serisi eşdeğer radyum F içinde (polonyum-210) radyum serisi . Dakin için bildirdiği özellikler, astatininkilerle uyuşmuyor; ayrıca toryum serisinde astatin bulunmaz ve dakin'in gerçek kimliği bilinmemektedir.

1936'da Rumen fizikçi Horia Hulubei ve Fransız fizikçi Yvette Cauchois'ten oluşan ekip, X-ışını analizi yoluyla 85. elementi keşfettiklerini iddia etti. 1939'da önceki verileri destekleyen ve genişleten başka bir makale yayınladılar. 1944'te Hulubei, o zamana kadar elde ettiği verilerin bir özetini yayınlayarak, diğer araştırmacıların çalışmalarıyla desteklendiğini iddia etti. Beş yıl önce İkinci Dünya Savaşı başlamış olduğu için, muhtemelen Rumen'de [barış için] "özlem" anlamına gelen "dor" adını seçti . Hulubei, "ine" ekine uymayan bir dil olan Fransızca yazdığı için, dor kabul edilseydi, İngilizce'de "dorine" olarak çevrilebilirdi. 1947'de Hulubei'nin iddiası, daha sonra yeni elementlerin tanınmasından sorumlu IUPAC komitesine başkanlık edecek olan Avusturyalı kimyager Friedrich Paneth tarafından etkili bir şekilde reddedildi . Hulubei'nin numuneleri astatin içermesine rağmen, mevcut standartlara göre onu tespit etme araçları, doğru tanımlamayı sağlamak için çok zayıftı. Ayrıca, 87. elementin (francium) keşfiyle ilgili daha önce yanlış bir iddiada bulunmuştu ve bunun, diğer araştırmacıların onun çalışmalarını küçümsemesine neden olduğu düşünülüyor.

Bir adamın üst vücudunun gri tonlamalı fotoğrafı
Emilio Segrè , ana grup element astatinin keşfedicilerinden biri

1940 yılında, İsviçreli kimyager Walter Minder , "helvetium" ( İsviçre'nin Latince adı Helvetia'dan ) adını seçerek, 85 elementinin radyum A'nın (polonyum-218) beta bozunma ürünü olarak keşfedildiğini duyurdu . Berta Karlik ve Traude Bernert, deneylerini yeniden üretmede başarısız oldular ve daha sonra Minder'in sonuçlarını radon akışının kirlenmesine bağladılar ( radon-222 , polonyum-218'in ana izotopudur). 1942'de Minder, İngiliz bilim adamı Alice Leigh-Smith ile işbirliği içinde, toryum A (polonyum-216) beta bozunmasının ürünü olduğu varsayılan 85 numaralı elementin başka bir izotopunun keşfini duyurdu . Bu maddeye "anglo-helvetium" adını verdiler, ancak Karlik ve Bernert bu sonuçları tekrar üretemediler.

Daha sonra 1940'ta Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie ve Emilio Segrè , Berkeley'deki California Üniversitesi'nde elementi izole etti. Bilim adamları elementi doğada aramak yerine, bizmut- 209'u bir siklotrondaki (parçacık hızlandırıcı) alfa parçacıkları ile bombalayarak , iki nötron emisyonundan sonra astatin-211'i üreterek yarattılar. Ancak kaşifler, öğe için hemen bir isim önermediler. Bunun nedeni, o zamanlar doğada henüz keşfedilmemiş "görünmez miktarlarda" sentetik olarak yaratılmış bir elementin tam olarak geçerli görülmemesiydi; ayrıca kimyagerler radyoaktif izotopları kararlı olanlar kadar meşru olarak tanımakta isteksizdiler. 1943'te astatin, Berta Karlik ve Traude Bernert tarafından doğal olarak oluşan iki bozunma zincirinin bir ürünü olarak , önce uranyum serisinde ve daha sonra aktinyum serisinde bulundu . (O zamandan beri, astatin üçüncü bir bozunma zincirinde, neptünyum serisinde de bulundu .) Friedrich Paneth, 1946'da, diğer nedenlerin yanı sıra, bunların doğal oluşumlarının yakın zamanda doğrulandığını alıntılayarak, sonunda sentetik elementleri tanımaya çağırdı ve bu elementi keşfedenlerin, yeni keşfedilen adsız öğeler bu öğeleri adlandırır. 1947'nin başlarında Nature , kaşiflerin önerilerini yayınladı; Corson, MacKenzie ve Segrè'den gelen bir mektup, radyoaktif bozunma eğilimi nedeniyle Yunanca astatos'tan (αστατος) "kararsız" anlamına gelen "astatin" adını önerdi . daha önce keşfedilen dört halojen. İsim aynı zamanda dört kararlı halojen geleneğini sürdürmek için seçildi, burada elementin bir özelliğine atıfta bulunuldu.

Corson ve meslektaşları, analitik kimyası temelinde astatini bir metal olarak sınıflandırdılar . Daha sonraki araştırmacılar, iyot benzeri, katyonik veya amfoterik davranış bildirdiler . 2003 tarihli bir retrospektifte Corson, "[astatinin] bazı özelliklerinin iyodine benzediğini… aynı zamanda metalik komşuları Po ve Bi gibi metalik özellikler sergilediğini" yazdı.

izotoplar

Örnek astatin izotopları için alfa bozunma özellikleri
kütle
numarası
kütle
fazlalığı
Yarım hayat
Alfa
bozunma olasılığı
Alfa
bozunması
yarı ömrü
207 -13.243 MeV 1.80 saat % 8,6 20,9 saat
208 -12.491 MeV 1,63 saat 0,55 % 12,3 gün
209 -12.880 MeV 5,41 saat % 4.1 5.5 gün
210 -11.972 MeV 8.1 saat 0.175 % 193 gün
211 -11.647 MeV 7.21 saat 41.8 % 17,2 saat
212 -8.621 MeV 0.31 sn ≈100% 0.31 sn
213 -6.579 MeV 125 ns % 100 125 ns
214 -3.380 MeV 558 ns % 100 558 ns
219 10.397 MeV 56 saniye % 97 58 sn
220 14.350 MeV 3,71 dk % 8 46,4 dk
221 16.810 MeV 2,3 dk deneysel olarak
alfa kararlı

Astatinin bilinen 39 izotopu vardır ve atom kütleleri (kütle numaraları) 191-229'dur. Teorik modelleme, 37 izotopun daha var olabileceğini öne sürüyor. Kararlı veya uzun ömürlü astatin izotopu gözlemlenmemiştir ve olması da beklenmemektedir.

Astatinin alfa bozunma enerjileri, diğer ağır elementlerle aynı eğilimi takip eder. Daha hafif astatin izotopları , çekirdekler ağırlaştıkça azalan oldukça yüksek alfa bozunma enerjilerine sahiptir. Astatin-211, önceki izotoptan önemli ölçüde daha yüksek bir enerjiye sahiptir, çünkü 126 nötronlu bir çekirdeğe sahiptir ve 126, doldurulmuş bir nötron kabuğuna karşılık gelen sihirli bir sayıdır . Önceki izotopla benzer bir yarı ömre sahip olmasına rağmen (astatin-210 için 8.1 saat ve astatin-211 için 7.2 saat), ikinci izotop için alfa bozunma olasılığı çok daha yüksektir: sadece %0.18'e karşı %41.81. Aşağıdaki iki izotop, en fazla enerjiyi salan astatin-213 ile daha da fazla enerji açığa çıkarır. Bu nedenle en kısa ömürlü astatin izotopudur. Daha ağır astatin izotopları daha az enerji salsa da, beta bozunmasının artan rolü (elektron emisyonu) nedeniyle uzun ömürlü astatin izotopu yoktur . Bu bozunma modu özellikle astatin için önemlidir; Daha 1950 gibi erken bir tarihte, nükleer kütle ölçümleri 215 At'ın A  = 215 ile tüm izobarların en düşük kütlesine sahip olduğu için aslında beta-kararlı olduğunu göstermesine rağmen, elementin tüm izotoplarının beta bozunmasına uğradığı varsayılmıştır. astatin-213, astatin-214 ve astatin-216m dışındaki tüm diğer astatin izotopları için bulunmuştur. Astatin-210 ve daha hafif izotoplar beta artı bozunma ( pozitron emisyonu ), astatin-216 ve daha ağır izotoplar beta eksi bozunma sergiler ve astatin-212 her iki mod yoluyla bozunurken, astatin-211 elektron yakalamaya maruz kalır .

En kararlı izotop, yarılanma ömrü 8.1 saat olan astatin-210'dur. Birincil bozunma modu, nispeten uzun ömürlü (astatin izotoplarına kıyasla) alfa yayıcı polonyum-210'a göre beta artıdır . Toplamda, yalnızca beş izotopun yarılanma ömrü bir saati aşar (astatin-207 ila -211). En az kararlı temel durum izotopu, 125 nanosaniyelik bir yarı ömre sahip astatin-213'tür. Son derece uzun ömürlü bizmut- 209'a alfa bozunmasına uğrar .

Astatin, uyarılmış durumda bir veya daha fazla nükleon ( proton veya nötron ) içeren çekirdekler olan bilinen 24 nükleer izomere sahiptir . Bir nükleer izomer aynı zamanda bir " meta-durum " olarak da adlandırılabilir ; bu, sistemin " temel durumdan " (mümkün olan en düşük iç enerjiye sahip durum) daha fazla iç enerjiye sahip olduğu anlamına gelir; bu, birincinin ikincisine bozunma olasılığını artırır. Her izotop için birden fazla izomer olabilir. Bu nükleer izomerlerin en kararlı olanı, yaklaşık 3 dakikalık bir yarı ömre sahip olan ve 203–211 ve 220 izotoplarının tüm temel durumlarınınkilerden daha uzun olan astatin-202m1'dir. En az kararlı olanı astatin-214m1'dir; 265 nanosaniyelik yarı ömrü , astatin-213'ünki hariç tüm temel durumlarınkinden daha kısadır.

Doğal oluşum

her biri iki harfli bir sembol ve bazı sayılar içeren farklı renkte toplar dizisi
Neptünyum-237'den oluşan astatin-217 dahil olmak üzere bozunma ürünlerini gösteren Neptunyum serisi

Astatin, doğal olarak oluşan en nadir elementtir. Yerkabuğundaki toplam astatin miktarının (alıntılanan kütle 2.36 × 10 25 gram), bazıları tarafından herhangi bir zamanda bir gramdan az olduğu tahmin edilmektedir. Diğer kaynaklar, herhangi bir anda yeryüzünde bulunan geçici astatinin miktarını bir ons (yaklaşık 28 gram) olarak tahmin etmektedir.

Dünyanın oluşumunda mevcut olan herhangi bir astatin çoktan ortadan kaybolmuştur; doğal olarak oluşan dört izotop (astatin-215, -217, -218 ve -219), bunun yerine radyoaktif toryum ve uranyum cevherlerinin ve eser miktarlarda neptünyum- 237'nin bozunmasının bir sonucu olarak sürekli olarak üretilir . 16 kilometre (10 mil) derinliğe kadar Kuzey ve Güney Amerika'nın bir araya gelen kara kütlesi, herhangi bir zamanda yalnızca yaklaşık bir trilyon astatin-215 atomu içerir (yaklaşık 3.5 × 10 -10 gram). Astatin-217, neptünyum-237'nin radyoaktif bozunması yoluyla üretilir. İkinci izotopun ilkel kalıntıları - 2.14 milyon yıllık nispeten kısa yarı ömrü nedeniyle - artık Dünya'da mevcut değil. Bununla birlikte, eser miktarlar, uranyum cevherlerinde dönüşüm reaksiyonlarının bir ürünü olarak doğal olarak meydana gelir . Astatin-218, doğada keşfedilen ilk astatin izotopuydu. Astatin-219, 56 saniyelik bir yarı ömre sahip, doğal olarak oluşan izotoplar arasında en uzun ömürlü olanıdır.

Astatinin izotopları, bazen bu tür izotopların bulunmadığına dair yanlış anlamalar veya literatürdeki tutarsızlıklar nedeniyle doğal olarak meydana gelenler olarak listelenmez. Astatin-216, doğal olarak oluşan bir izotop olarak sayılmıştır, ancak gözlemi (şüpheli olarak tanımlanan) raporları doğrulanmamıştır.

sentez

oluşum

Bizmut-209'u alfa parçacıklarıyla bombaladıktan sonra olası reaksiyonlar
Reaksiyon Alfa parçacığının enerjisi
209
83
Bi
+4
2
o
211
85
At
+ 21
0
n
26 MeV
209
83
Bi
+4
2
o
210
85
At
+ 31
0
n
40 MeV
209
83
Bi
+4
2
o
209
85
At
+ 41
0
n
60 MeV

Astatin ilk olarak bizmut-209'u enerjik alfa parçacıkları ile bombardıman ederek üretildi ve bu hala, astatin-211 yoluyla nispeten uzun ömürlü izotoplar astatin-209'u oluşturmak için kullanılan ana yoldur. Astatin sadece modern teknik kadar 6.6 üretimi çalışır etmesi ile küçük miktarlarda üretilir  giga becquerels (86 ilgili  nanogram veya 2.47 x 10 14 atom). Bu yöntemi kullanarak daha büyük miktarlarda astatinin sentezi, uygun siklotronların sınırlı mevcudiyeti ve hedefi eritme olasılığı ile sınırlıdır. Astatin bozunmasının kümülatif etkisine bağlı solvent radyolizi ilgili bir problemdir. Kriyojenik teknoloji ile, toryum veya uranyumun proton ışınlaması yoluyla mikrogram miktarlarında astatin üretilerek radon-211 elde edilebilir ve bu da astatin-211'e bozunur. Astatin-210 ile kontaminasyonun bu yöntemin bir dezavantajı olması beklenir.

En önemli izotop, ticari kullanımda olan tek izotop olan astatin-211'dir. Bizmut hedefini üretmek için metal, santimetre kare başına 50 ila 100 miligramda altın, bakır veya alüminyum bir yüzeye püskürtülür . Bunun yerine bizmut oksit kullanılabilir; bu, bir bakır levha ile zorla kaynaştırılır. Hedef, kimyasal olarak nötr bir nitrojen atmosferi altında tutulur ve erken astatin buharlaşmasını önlemek için su ile soğutulur. Siklotron gibi bir parçacık hızlandırıcıda, alfa parçacıkları bizmut ile çarpışır. Sadece bir bizmut izotopu kullanılmasına rağmen (bizmut-209) reaksiyon, astatin-209, astatin-210 veya astatin-211 üreterek üç olası şekilde meydana gelebilir. İstenmeyen nüklidleri ortadan kaldırmak için, partikül hızlandırıcının maksimum enerjisi, astatin-211 üreten reaksiyon için (istenen izotopu üretmek için) ve astatin-210 üreten reaksiyonun altında (optimum olarak 29.17 MeV) bir değere (optimal olarak 29.17 MeV) ayarlanır. diğer astatin izotoplarını üretmekten kaçının).

Ayırma yöntemleri

Astatin sentezin ana ürünü olduğundan, oluşumundan sonra yalnızca hedeften ve önemli kirleticilerden ayrılması gerekir. Birkaç yöntem mevcuttur, "ancak bunlar genellikle iki yaklaşımdan birini takip eder: kuru damıtma veya hedefin [ıslak] asitle muamelesi, ardından solvent ekstraksiyonu." Aşağıda özetlenen yöntemler, Kugler ve Keller tarafından gözden geçirilen eski prosedürlerin modern uyarlamalarıdır. 1985 öncesi teknikler daha sık olarak birlikte üretilen toksik polonyumun ortadan kaldırılmasına yönelikti; bu gereklilik şimdi siklotron ışınlama ışınının enerjisi kapatılarak azaltılır.

Kuru

Astatin içeren siklotron hedefi, yaklaşık 650 °C'lik bir sıcaklığa ısıtılır. Astatin uçucu hale gelir ve (tipik olarak) bir soğuk tuzakta yoğunlaşır . Yaklaşık 850 °C'ye varan daha yüksek sıcaklıklar, eşzamanlı buharlaşma nedeniyle bizmut kontaminasyonu riski altında verimi artırabilir. Bizmut varlığını en aza indirmek için kondensatın yeniden damıtılması gerekebilir (bizmut astatin etiketleme reaksiyonlarına müdahale edebileceğinden ). Astatin, sodyum hidroksit , metanol veya kloroform gibi bir veya daha fazla düşük konsantrasyonlu çözücü kullanılarak tuzaktan geri kazanılır . Yaklaşık %80'e varan astatin verimi elde edilebilir. Kuru ayırma, kimyasal olarak yararlı bir astatin formu üretmek için en yaygın olarak kullanılan yöntemdir.

Islak

Işınlanmış bizmut (veya bazen bizmut trioksit ) hedefi ilk önce örneğin konsantre nitrik veya perklorik asit içinde çözülür. Bu ilk adımın ardından asit, hem bizmut hem de istenen astatin ürününü içeren beyaz bir kalıntı bırakmak için damıtılarak uzaklaştırılabilir. Bu tortu daha sonra hidroklorik asit gibi konsantre bir asit içinde çözülür. Astatin, butil veya izopropil eter , diizopropileter (DIPE) veya tiyosemikarbazid gibi organik bir çözücü kullanılarak bu asitten ekstrakte edilir . Sıvı-sıvı ekstraksiyonu kullanılarak, astatin ürünü HC1 gibi bir asit ile tekrar tekrar yıkanabilir ve organik solvent tabakasına ekstrakte edilebilir. Nitrik asit kullanılarak %93'lük bir ayırma verimi rapor edilmiştir, saflaştırma prosedürleri tamamlandığında (nitrik asidin damıtılması, artık nitrojen oksitlerin temizlenmesi ve sıvı-sıvı ekstraksiyonunu sağlamak için bizmut nitratın yeniden çözülmesi) %72'ye düşer . Islak yöntemler "çoklu radyoaktivite işleme adımlarını" içerir ve daha büyük miktarlarda astatinin izole edilmesi için pek uygun görülmemektedir. Bununla birlikte, ıslak ekstraksiyon yöntemlerinin daha fazla tutarlılık sağlayabileceği düşünüldüğünden, daha büyük miktarlarda astatin-211 üretiminde kullanım için ıslak ekstraksiyon yöntemleri incelenmektedir. Belirli bir oksidasyon durumunda astatinin üretimini sağlayabilirler ve deneysel radyokimyada daha fazla uygulanabilirliğe sahip olabilirler .

Kullanımlar ve önlemler

Birkaç 211 At içeren molekül ve bunların deneysel kullanımları
Ajan Uygulamalar
[ 211 ]astatin-tellür kolloidleri kompartman tümörleri
[6- 211 astato astat; asatatin-2-metil-1,4-naphtaquinol difosfat de] adenokarsinomlar
211 At etiketli metilen mavisi melanomlar
Meta-[ 211 At]astatobenzil guanidin nöroendokrin tümörler
5-[ 211 At]astato-2'-deoksiüridin Çeşitli
211 At etiketli biotin konjugatları Çeşitli ön hedefleme
211 At etiketli oktreotid somatostatin reseptörü
211 At-etiketli monoklonal antikorlar ve fragmanlar Çeşitli
211 At etiketli bifosfonatlar Kemik metastazları

Yeni oluşan astatin-211, nükleer tıpta devam eden araştırmaların konusudur . 7,2 saatlik yarılanma ömrü ile bozulduğu için çabuk kullanılmalıdır; bu, çok adımlı etiketleme stratejilerine izin verecek kadar uzundur . Astatin-211, ya bir alfa parçacığının emisyonu yoluyla (bizmut-207'ye) ya da elektron yakalama yoluyla (son derece kısa ömürlü bir nüklide, polonyum-211'e) bozunduğundan, hedeflenen alfa parçacığı tedavisi için potansiyele sahiptir. çürüme), çok hızlı bir şekilde istikrarlı torunu kurşun-207'ye ulaştı. Elektron yakalama dalının bir sonucu olarak yayılan 77-92 keV aralığındaki Polonyum X-ışınları  , hayvanlarda ve hastalarda astatinin izlenmesini sağlar. Astatin-210 biraz daha uzun bir yarı ömre sahip olmasına rağmen, tamamen uygun değildir çünkü genellikle beta artı bozunarak aşırı toksik polonyum-210'a dönüşür.

Astatin-211 ve iyodin-131 (tıpta da kullanılan bir radyoaktif iyot izotopu) arasındaki temel tıbbi fark , iyodin-131'in yüksek enerjili beta parçacıkları yayması ve astatinin yapmamasıdır. Beta parçacıkları, çok daha ağır alfa parçacıklarına göre dokulara çok daha fazla nüfuz etme gücüne sahiptir. Astatin-211 tarafından salınan ortalama bir alfa partikülü, çevreleyen dokularda 70 um'ye kadar seyahat edebilir; iyodin-131 tarafından yayılan ortalama enerjili bir beta parçacığı, yaklaşık 30 kat daha uzağa, yaklaşık 2 mm'ye kadar gidebilir. Alfa radyasyonunun dokular yoluyla kısa yarılanma ömrü ve sınırlı nüfuz etme gücü, "tümör yükünün düşük olduğu ve/veya habis hücre popülasyonlarının temel normal dokulara yakın konumlandığı" durumlarda avantajlar sunar. Hücre başına bağlı bir ila on astatin-211 atomu ile insan kanserlerinin hücre kültürü modellerinde önemli morbidite elde edilmiştir.

Astatine ... yapmak sefil ve çalışmak cehennemdir.

P Durbin, İnsan Radyasyonu Çalışmaları: İlk Yılları Hatırlamak , 1995

Kanser tedavisi için astatin bazlı radyofarmasötiklerin geliştirilmesinde çeşitli engellerle karşılaşılmıştır . Dünya Savaşı, araştırmaları on yıla yakın bir süre erteledi. Erken deneylerin sonuçları, kanser seçici bir taşıyıcının geliştirilmesi gerektiğini gösterdi ve 1970'lere kadar bu amaç için monoklonal antikorlar mevcut değildi. İyodin farklı olarak, astatin göstermektedir bir eğilim için dehalogenate özellikle en Bu gibi molekül taşıyıcılar dan sp 3 C-sitelerinin (dan daha az sp 2 sitesi ). Vücutta biriken ve tutulan astatinin toksisitesi göz önüne alındığında, bu, onun konakçı molekülüne bağlı kalmasını sağlama ihtiyacını vurguladı. Yavaş metabolize olan astatin taşıyıcıları etkinlikleri açısından değerlendirilebilirken, daha hızlı metabolize olan taşıyıcılar, nükleer tıpta astatinin değerlendirilmesinde önemli bir engel olmaya devam etmektedir. Etiketleme kimyasının ve taşıyıcı moleküllerin astatine bağlı radyolizinin etkilerini azaltmak, daha fazla gelişme gerektiren başka bir alandır. Astatinin bir kanser tedavisi olarak pratik bir uygulaması, potansiyel olarak "şaşırtıcı" sayıda hasta için uygun olacaktır; gerekli olacak miktarlarda astatin üretimi bir sorun olmaya devam etmektedir.

Hayvan çalışmaları, astatinin iyodine benzer şekilde - daha az ölçüde olsa da, belki de biraz daha metalik doğası nedeniyle - tercihen (ve tehlikeli bir şekilde) tiroid bezinde yoğunlaştığını göstermektedir . İyottan farklı olarak, astatin ayrıca muhtemelen At ila At +' nın vücut içi oksidasyonu nedeniyle akciğerler ve dalak tarafından alınma eğilimi gösterir . Radyokolloid şeklinde uygulandığında karaciğerde yoğunlaşma eğilimi gösterir . Sıçanlarda ve maymunlarda yapılan deneyler, astatin-211'in tiroid bezinde iyodin-131'den çok daha fazla hasara neden olduğunu ve nüklidin tekrarlayan enjeksiyonunun bez içinde nekroz ve hücre displazisi ile sonuçlandığını göstermektedir . Erken araştırmalar, dişi kemirgenlere astatin enjeksiyonunun meme dokusunda morfolojik değişikliklere neden olduğunu ileri sürdü; bu sonuç uzun yıllar tartışmalı olarak kaldı. Daha sonra, bunun muhtemelen yumurtalıkların ışınlanmasından kaynaklanan hormonal değişikliklerle birlikte meme dokusu ışınlamasının etkisinden kaynaklandığı konusunda genel bir anlaşmaya varıldı. İyi havalandırılırlarsa, eser miktarda astatin çeker ocaklarda güvenle kullanılabilir; elementin biyolojik olarak alınmasından kaçınılmalıdır.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

bibliyografya

Dış bağlantılar