astate - Astatine


Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre

Astate,   85 A
Les propriétés générales
Prononciation / Æ s t ə t i n , - t ɪ n / ( AS -tə-ado, TiN )
Apparence inconnu, probablement métallique
Nombre de masse 210 (isotope le plus stable)
Astate dans le tableau périodique
Hydrogène Hélium
Lithium Béryllium Bore Carbone Azote Oxygène Fluor Néon
Sodium Magnésium Aluminium Silicium Phosphore Soufre Chlore Argon
Potassium Calcium scandium Titane Vanadium Chrome Manganèse Le fer Cobalt Nickel Cuivre Zinc Gallium Germanium Arsenic Sélénium Brome Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdène technétium Ruthénium rhodium Palladium argent Cadmium Indium Étain Antimoine Tellure Iode Xénon
Césium Baryum Lanthane Cérium praséodyme néodyme Prométhium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium holmium Erbium Thulium Ytterbium lutécium Hafnium Tantale Tungstène Rhénium Osmium Iridium Platine Or Le mercure (élément) Thallium Conduire Bismuth Polonium astate Radon
francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium américium Curium Berkelium californium einsteinium fermium Mendelevium Nobelium lawrencium rutherfordium dubnium seaborgium bohrium hassium meitnerium darmstadtium roentgenium copernicium Nihonium flérovium Moscovium livermorium Tennessine Oganesson
 I 

A

Ts
Poloniumastateradon
Numéro atomique ( Z ) 85
Groupe groupe 17 (atomes d'halogène)
Période période de 6
Bloc p-bloc
catégorie de l'élément   métalloïde , parfois classé comme non métallique, ou un métal
configuration électronique [ Xe ] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 5
Par coquille Électrons
2, 8, 18, 32, 18, 7
Propriétés physiques
Phase à  STP solide
Point de fusion 575  K (302 ° C, 576 ° F)
Point d'ébullition 610 K (337 ° C, 639 ° F)
Densité (près  de la température ambiante ) (A 2 ) 6,35 ± 0,15 g / cm 3 (prédite)
le volume Molar (A 2 ) 32,94 cm 3 / mol (prédite)
Chaleur de vaporisation (A 2 ) 54,39 kJ / mol
La pression de vapeur
P  (Pa) 1 dix 100 1 k 10 k 100 k
à  T  (K) 361 392 429 475 531 607
propriétés atomiques
états d'oxydation -1 , 1 , 3, 5, 7
électronégativité Pauling: 2.2
énergies Ionisation
  • 1er: 899,003 kJ / mol
rayon covalent 150  heures
Rayon de van der Waals 202 h
D'autres propriétés
Structure en cristal cubique à faces centrées (fcc)
À faces centrées structure cristalline cubique pour astatine

(Prédit)
Conductivité thermique 1,7 W / (m · K)
Numero CAS 7440-68-8
L'histoire
Appellation après grec astatos (αστατος), ce qui signifie "instable"
Découverte Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie , Emilio Segrè (1940)
Principaux isotopes de astate
Isotope Abondance La demi-vie ( t 1/2 ) Mode Decay Produit
209 A syn 5.41 h β + 209 Po
α 205 Bi
210 A syn 8.1 h β + 210 Po
α 206 Bi
211 A syn 7.21 h ε 211 Po
α 207 Bi
| références

Astate est un radioactif élément chimique avec le symbole A et de numéro atomique 85. Il est le plus rare élément naturel dans la croûte terrestre , se produisant seulement en tant que produit de désintégration de divers éléments plus lourds. Tous de astate Les isotopes sont de courte durée; la plus stable est astatine-210, avec une demi-vie de 8,1 heures. Un échantillon de l'élément pur n'a jamais été assemblé, car tout spécimen macroscopique serait immédiatement vaporisé par la chaleur de sa propre radioactivité.

Les propriétés en vrac de astate ne sont pas connus avec certitude. Beaucoup d'entre eux ont été estimées sur la base de la position de l'élément sur la table périodique comme un analogue plus lourd de l' iode , et un élément des atomes d' halogène (le groupe d'éléments comprenant le fluor , le chlore , le brome et l' iode). Astate est susceptible d'avoir une apparence sombre ou brillante et peut être un semi - conducteur ou peut - être un métal ; il a probablement un point de fusion supérieur à celui de l' iode. Chimiquement, plusieurs anioniques espèces de astatine sont connus et la plupart de ses composés ressemblent à ceux de l' iode. Il montre aussi un comportement métallique, notamment en étant capable de former une stable cation monoatomique en solution aqueuse ( à la différence des halogènes légers).

La première synthèse de l'élément a été en 1940 par Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie , et Emilio G. Segrè à l' Université de Californie, Berkeley , qui a nommé des grecs astatos (ἄστατος), ce qui signifie « instable ». Quatre isotopes de l' astate ont été trouvés par la suite à l' état naturel, bien que beaucoup moins d'un gramme est présent à un moment donné dans la croûte terrestre. Ni l'isotope le plus stable astatine-210, ni la astate-211 médicalement utiles, sont présents naturellement; ils ne peuvent être produits synthétiquement, généralement en bombardant le bismuth -209 avec des particules alpha .

Les caractéristiques

Astate est un élément extrêmement radioactif; tous ses isotopes ont une courte demi-vie de 8,1 heures ou moins, se désintégrer en d' autres isotopes astatine, le bismuth , le polonium ou le radon . La plupart de ses isotopes sont très instables avec des demi-vies d'une seconde ou moins. Parmi les 101 premiers éléments du tableau périodique, que francium est moins stable, et tous les isotopes astatine plus stables que francium sont en tout cas synthétique et ne se produit pas dans la nature.

Les propriétés en vrac de astate ne sont pas connus avec certitude. La recherche est limitée par sa courte demi-vie, ce qui empêche la création de quantités pesables. Un morceau visible de astate serait se vaporisent immédiatement en raison de la chaleur produite par sa radioactivité intense. Il reste à voir si, avec un refroidissement suffisant, une quantité macroscopique de l' astate pourrait être déposé en couche mince. Astate est généralement classé comme un non - métal ou un métalloïde ; la formation de métal a également été prévu.

Physique

La plupart des propriétés physiques de l' astate ont été estimés (par interpolation ou extrapolation ), en utilisant des procédés théoriquement ou empiriquement. Par exemple, les halogènes deviennent plus sombres avec l' augmentation du poids atomique - fluor est presque incolore, le chlore est jaune-vert, le brome est rouge-brun, et de l' iode est gris foncé / violet. Astate est parfois décrit comme étant probablement un solide noir ( en supposant qu'il suit cette tendance), ou ayant un aspect métallique (si elle est un métalloïde ou un métal). Les fusion et des points d' ébullition de l' astate devraient également suivre la tendance observée dans la série des halogènes, ce qui augmente avec le nombre atomique . Sur cette base , ils sont estimés à 575 et 610 K (302 et 337 ° C; 575 et 638 ° F), respectivement. Certaines données expérimentales suggèrent astate peuvent avoir une faible point de fusion et d' ébullition que ceux sous - entendus par la tendance halogène. Sublime astate moins facilement que ne le fait l' iode, ayant une faible pression de vapeur . Cependant, la moitié d'une quantité donnée de astate se vaporise à environ une heure si elles sont mises sur une surface de verre propre à la température ambiante . Le spectre d'absorption de l' astate dans le milieu ultraviolet a des lignes à 224,401 et 216,225 nm, suggérant une 6p à 7s transitions .

La structure de astate solide est inconnue. Comme un analogue de l' iode , il peut avoir une structure cristalline orthorhombique composé de diatomiques molécules d'astatine, et être un semi-conducteur (avec une largeur de bande interdite de 0,7 eV ). En variante, si l' astate condensé forme une phase métallique, comme cela a été prédit, il peut avoir une monoatomique la structure cubique à faces centrées ; dans cette structure , il peut bien être un supraconducteur , comme la même phase à haute pression de l' iode. La preuve pour (ou contre) l'existence de diatomique astate (A 2 ) sont rares et peu concluantes. Certaines sources affirment qu'il n'existe pas, ou du moins n'a jamais été observé, alors que d' autres sources affirment ou impliquent son existence. En dépit de cette controverse, de nombreuses propriétés de diatomique astatine ont été prévus; par exemple, la longueur de la liaison serait de 300 ± dix  pm , l' énergie de dissociation de 83,7 ± 12,5 kJ / mol , et la chaleur de vaporisation (AH vap ) 54,39 kJ / mol. Ce dernier chiffre signifie que astatine peut (au moins) être métallique à l'état liquide sur la base que les éléments avec une chaleur de vaporisation supérieure à ~ lorsque le liquide 42 kJ / mol sont métalliques; iode diatomique, avec une valeur de 41,71 kJ / mol, tombe juste en deçà de la figure de seuil.

Chimique

La chimie des astate est « assombri par les concentrations extrêmement faibles au cours de laquelle des expériences astatine ont été menées, et la possibilité de réactions avec des impuretés, des murs et des filtres, ou de la radioactivité sous-produits, et d' autres interactions à l' échelle nanométrique indésirables. » Un grand nombre de ses propriétés chimiques apparentes ont été observées à l' aide traçantes des études sur des solutions extrêmement diluées astatine, généralement moins de 10 -10 mol·L -1 . Certaines propriétés - telles que la formation d'anions - aligner avec d' autres halogènes. L' astate a des caractéristiques métalliques et, comme plaquage sur une cathode , coprécipitation des sulfures métalliques dans de l' acide chlorhydrique, et la formation d' une stable cation monoatomique en solution aqueuse. Il forme des complexes avec EDTA , un métal agent chélateur , et est capable d'agir en tant que métal en anticorps radiomarquage ; à certains égards astate dans l'état +1 est semblable à l' argent dans le même état. La plupart d' entre cependant, la chimie organique de astate est analogue à celle de l' iode.

L' astate a une électronégativité de 2,2 sur la version révisée échelle de Pauling  - inférieure à celle de l' iode (2,66) et la même chose que l' hydrogène. Dans astature d'hydrogène (THA) la charge négative est prévu pour être sur l'atome d'hydrogène, ce qui signifie que ce composé peut être nommé hydrure de astatine selon certaines nomenclatures, ce serait conforme à l'électronégativité de l' astate sur l' échelle Allred-Rochow ( 1.9) étant inférieure à celle de l' hydrogène (2,2). Cependant, la nomenclature officielle stoechiométrique IUPAC est basée sur une convention idéalisée de la détermination des Électronégativité relatives des éléments par la seule vertu de leur position dans le tableau périodique. Selon cette convention, astate est traitée comme si elle est plus électronégatif que l' hydrogène, quelle que soit sa véritable électronégativité. L' affinité électronique de l' astate est prédite pour être réduite d'un tiers en raison des interactions spin-orbite .

composés

Moins réactif que l' iode, astate est le moins réactif des halogènes, bien que ses composés ont été synthétisés en des quantités microscopiques et étudié de manière intensive en tant que possible avant leur désintégration radioactive. Les réactions mises en jeu ont été généralement testées avec des solutions diluées de astate mélangé avec des quantités plus importantes d'iode. Agissant en tant que transporteur, l'iode assure qu'il y a suffisamment de matériel pour les techniques de laboratoire (telles que la filtration et la précipitation ) au travail. Comme l' iode, astate a été montré pour adopter les états d'oxydation impairs allant de -1 à 7.

Seuls quelques composés avec des métaux ont été rapportés, sous la forme d'astatides de sodium, le palladium , l' argent, le thallium et le plomb. Certaines propriétés caractéristiques de astatide d'argent et de sodium, et les autres métaux alcalins et alcalino - terreux, astatides hypothétiques ont été estimées par extrapolation à partir d' autres halogénures métalliques.

La formation d'un composé d'astate avec de l' hydrogène - le plus souvent dénommé hydrogène astatide - a été noté par les pionniers de la chimie de l' astate. Comme mentionné précédemment, il existe des motifs de la place se référant à ce composé que l' hydrure de astate. Il est facilement oxydé ; acidification par dilué l' acide nitrique donne à 0 ou à + formes, et l'ajout ultérieur d'argent (I) ne peut en partie, au mieux, précipiter astate en argent (I) astatide (AGAT). L' iode, en revanche, ne soit pas oxydé, et précipite facilement que l' iodure d'argent (I) .

L' astate est connu pour se lier au bore , le carbone et l' azote . Divers composés de la cage de bore ont été préparés avec des liaisons A-B, ceux - ci étant plus stables que les liaisons A-C. L' astate peut remplacer un atome d'hydrogène dans du benzène pour former astatobenzene C 6 H 5 A; ce peut être oxydé en C 6 H 5 ATCL 2 par le chlore. En traitant ce composé avec un alcalin solution d'hypochlorite, C 6 H 5 AtO 2 peut être produit. Le cation [A (C dipyridine-astatine (I) 5 H 5 N) 2 ] + , forme des composés ioniques avec des perchlorate (un anion non coordinant ) et avec le nitrate , [A (C 5 H 5 N) 2 ] NO 3 . Ce cation existe sous la forme d' un complexe de coordination dans lequel deux liaisons covalentes datif relient séparément le centre astatine (I) avec chacun des pyridine anneaux par l' intermédiaire de leurs atomes d'azote.

Avec de l' oxygène, il existe des preuves de l'espèce ATO - et AtO + en solution aqueuse, formés par la réaction de l' astate avec un oxydant tel que du brome élémentaire ou (dans le dernier cas) par le persulfate de sodium dans une solution d' acide perchlorique . L'espèce que l' on croyait AtO -
2
a depuis été déterminée comme étant AtO (OH) -
2
, un produit d'hydrolyse de l' OVA + (un autre produit d'hydrolyse étant AtOOH). Le bien caractérisé AtO -
3
anion peut être obtenu par, par exemple, l'oxydation de l' astate avec de l' hypochlorite de potassium dans une solution d' hydroxyde de potassium . Préparation de lanthane triastatate La ATO ( 3 ) 3 , à la suite de l'oxydation de l' astate par un Na chaud 2 S 2 O 8 solution, a été rapporté. En outre l' oxydation du AtO -
3
, par exemple par le difluorure de xénon (dans une solution alcaline chaude) ou un periodate (dans un neutre solution ou alcalino - terreux), on obtient l'ion perastatate AtO -
4
; ce n'est stable dans des solutions neutres ou alcalines. L' astate est également pensé pour être capable de former des sels avec des cations dans les oxyanions tels que iodate ou dichromate ; ceci est basé sur l'observation que, dans des solutions acides, des états monovalent ou positifs intermédiaires de astatine coprécipité avec les sels insolubles des cations de métaux tels que l' argent (I) ou d' iodate de thallium (I) dichromate.

L' astate peut former des liaisons vers les autres chalcogènes ; ceux - ci comprennent S 7 A + et A (CSN) -
2
avec du soufre , une coordination séléno - urée composé avec du sélénium , et un astatine- tellure colloïdal avec le tellure.

Structure de astatine mono - iodure, l' un des astatine interhalogènes et l'interhalogène diatomique plus lourd connu.

L' astate est connu pour réagir avec l'iode des homologues plus légers, le brome et le chlore à l'état de vapeur; Ces réactions produisent des diatomiques composés interhalogénés avec des formules Ati, AtBr et ATCL. Les deux premiers composés peuvent également être produits dans l' eau - astatine réagit avec l' iode / iodure solution pour former Ati, tandis que AtBr exige ( en dehors de l' astate) un indice d'iode / monobromure d'iode / bromure solution. L'excès d'iodures ou de bromures peut conduire à AtBr -
2
et ATI -
2
ions, ou dans une solution de chlorure, on peut produire des espèces comme ATCL -
2
ou AtBrCl -
par des réactions d'équilibre avec les chlorures. Oxydation de l'élément avec le dichromate (dans une solution d'acide nitrique) a montré que l' addition de chlorure tourné le astatine dans une molécule susceptible d'être soit ATCL ou AtOCl. De même, AtOCl -
2
ou ATCL -
2
peuvent être produits. Les polyhalogénures PdAtI 2 , Csati 2 , TlAtI 2 et PbAtI sont connus ou présumés avoir été précipité. Dans une source d' ions à plasma spectromètre de masse , les ions [ATI] + , [AtBr] + et [ATCL] + ont été formées en introduisant des vapeurs d'halogène plus légers dans un hélium -filled cellule contenant l' astate, soutenant l'existence de molécules neutres stables dans l'état d'ions à plasma. Aucun astatine fluorures ont encore été découverts. Leur absence a été spéculativement attribué à la réactivité extrême de ces composés, comprenant la réaction d'un fluorure d' abord formé avec les parois du récipient en verre pour former un produit non volatil. Ainsi, bien que la synthèse d'un fluorure de astate est considéré comme possible, il peut exiger un solvant de fluorure d'halogène liquide, comme cela a déjà été utilisé pour la caractérisation du fluorure de radon.

L'histoire

Tableau périodique par Mendeleev (1971), avec l'astate manquant au-dessous de chlore, de brome et d'iode ( « J »)
Dmitri Mendeleev tableau de 1871, avec un espace vide dans la position de eka-iode

En 1869, lorsque Dmitri Mendeleïev a publié son tableau périodique l'espace sous l' iode était vide,; après Niels Bohr a établi la base physique de la classification des éléments chimiques, il a été suggéré que le cinquième halogène appartenait là. Avant sa découverte officiellement reconnue, il a été appelé « Eka-iode » (du sanscrit Eka  - « un ») pour impliquer qu'il était un espace sous l' iode (de la même manière que Eka-silicium, Eka-bore, et d' autres ). Les scientifiques ont essayé de le trouver dans la nature; compte tenu de son extrême rareté, ces tentatives ont donné lieu à plusieurs découvertes fausses.

La première prétendue découverte de Eka-iode a été faite par Fred Allison et ses associés à l'Institut polytechnique de l' Alabama (maintenant l' université d' Auburn ) en 1931. Découvreurs élément nommé 85 « alabamine », et lui a assigné le symbole Ab, les désignations qui ont été utilisés pour quelques années. En 1934, HG MacPherson de l' Université de Californie, Berkeley réfutée méthode de Allison et la validité de sa découverte. Il y avait une autre demande en 1937, par le chimiste Rajendralal De. Travailler à Dacca en Inde britannique (aujourd'hui Dhaka au Bangladesh ), il a choisi le nom « Dakin » pour l' élément 85, qu'il prétendait avoir isolé comme la série de thorium équivalent de radium F (polonium-210) dans la série de radium . Les propriétés qu'il signalé pour Dakin ne correspondent pas à celles de astate; Par ailleurs, astate ne se trouve pas dans la série de thorium, et la véritable identité de Dakin est inconnue.

En 1936, une équipe du physicien roumain Horia Hulubei et physicien français Yvette Cauchois a affirmé avoir découvert l' élément 85 par analyse aux rayons X. En 1939, ils ont publié un autre document qui a soutenu et étendu les données précédentes. En 1944, Hulubei a publié un résumé des données qu'il avait obtenu jusqu'à ce moment - là, affirmant qu'il a été soutenu par les travaux d'autres chercheurs. Il a choisi le nom « dor », vraisemblablement de la Roumanie pour « désir » [pour la paix], comme la Seconde Guerre mondiale avait commencé cinq ans plus tôt. Comme Hulubei écrivait en français, une langue qui ne peut pas accueillir le suffixe « ine », dor aurait probablement été rendu en anglais comme « Dorine », si elle avait été adoptée. En 1947, la demande de Hulubei a effectivement été rejeté par le chimiste autrichien Friedrich Paneth , qui présidera plus tard , le IUPAC comité responsable de la reconnaissance des nouveaux éléments. Même si les échantillons de Hulubei contenaient astate, ses moyens de le détecter étaient trop faibles, par rapport aux normes actuelles, pour permettre une identification correcte. Il avait également été impliqué dans une version antérieure fausse déclaration à la découverte de l' élément 87 (francium), ce qui est supposé avoir causé d' autres chercheurs de minimiser l' importance de son travail.

Une photo du corps échelle de gris supérieure d'un homme
Emilio Segrè , l' un des inventeurs de l' élément de groupe principal astatine

En 1940, le chimiste suisse Walter Minder a annoncé la découverte de l' élément 85 comme la bêta produit de désintégration du radium A (polonium 218), en choisissant le nom « helvetium » (de l' Helvétie , le nom latin de la Suisse). Karlik et Bernert ont échoué à reproduire ses expériences, et par la suite a attribué les résultats Minder à la contamination de son flux de radon (radon-222 est l'isotope parent de polonium-218). En 1942, Minder, en collaboration avec le scientifique anglais Alice Leigh-Smith, a annoncé la découverte d'un autre isotope de l' élément 85, présumé être le produit du thorium A ( le polonium 216) désintégration bêta. Ils ont appelé cette substance « anglo- helvetium », mais Karlik et Bernert ont à nouveau été incapables de reproduire ces résultats.

Plus tard , en 1940, Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie , et Emilio Segrè isolés l'élément à l'Université de Californie, Berkeley. Au lieu de chercher l'élément dans la nature, les scientifiques ont créée en bombardant le bismuth-209 avec les particules alpha dans un cyclotron (accélérateur de particules) pour produire, après émission de deux neutrons, astatine-211. Découvreurs, cependant, ne suggèrent pas immédiatement un nom pour l'élément. La raison était que , à l'époque, un élément créé synthétiquement en « quantités invisibles » qui n'a pas encore découvert dans la nature n'a pas été considérée comme un tout à fait valable un; En outre, les chimistes étaient peu disposés à reconnaître des isotopes radioactifs comme ceux légitimement stables. En 1943, astate a été trouvé en tant que produit de deux naturels chaînes de désintégration par Berta Karlik et Traude Bernert, d' abord dans la soi-disant série d'uranium , puis dans la série actinium . (Depuis, astate a été déterminé dans une troisième chaîne de désintégration, la série neptunium .) Friedrich Paneth en 1946 a appelé à reconnaître enfin des éléments synthétiques, citant, entre autres, la récente confirmation de leur présence naturelle, et a proposé que les découvreurs du nouvellement découverts éléments sans nom nommer ces éléments. Au début de 1947, Nature a publié les suggestions des découvreurs; une lettre de Corson, MacKenzie et Segrè a suggéré le nom « astate » provenant des grecs astatos (αστατος) qui signifie « instable », en raison de sa propension à la désintégration radioactive , avec la terminaison « -ine », trouvé dans les noms des quatre halogènes précédemment découverts. Le nom a également été choisi pour continuer la tradition des quatre halogènes stables, dont le nom fait référence à une propriété de l'élément.

Corson et ses collègues classés astate en tant que métal sur la base de sa chimie analytique . Les chercheurs suivants ont signalé comme l' iode, cationique, ou amphotère comportement. Dans une rétrospective 2003, Corson a écrit que « certaines des propriétés [de astate] sont similaires à l' iode ... il présente également des propriétés métalliques, plus comme ses voisins métalliques Po et Bi. »

isotopes

caractéristiques de désintégration alpha pour l'échantillon des isotopes astatine
masse
numéro
masse
excédentaire
Demi vie Probabilité
d'alpha
décomposition
Alpha
carie
demi-vie
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 expérimentalement
alpha stable

Il y a 39 connus des isotopes de l' astate, avec des masses atomiques (nombres de masse) de 191-229. La modélisation théorique suggère que les 37 autres isotopes peuvent exister. Pas isotope astatine stable ou de longue durée a été observée, ni est l' un devrait exister.

Astate de désintégration alpha énergies suivent la même tendance que pour d' autres éléments lourds. Légers isotopes astatine ont assez hautes énergies de désintégration alpha, qui deviennent moins que les noyaux deviennent plus lourds. L' astate-211 a une énergie sensiblement plus élevé que l'isotope précédent, car il a un noyau avec 126 neutrons, et 126 est un nombre magique correspondant à une enveloppe remplie de neutrons. En dépit d' avoir une demi-vie similaire à la précédente isotope (8.1 heures pour astatine-210 et 7,2 heures pour astatine-211), la désintégration alpha probabilité est beaucoup plus élevée pour ce dernier: 41,81% contre seulement 0,18%. Les deux isotopes suivants libèrent encore plus d' énergie, avec astatine-213 libérant le plus d' énergie. Pour cette raison, il est l'isotope astatine la plus courte durée. Même si les isotopes astatine plus lourds libèrent moins d' énergie, aucun isotope astatine longue durée existe, en raison du rôle croissant de la désintégration bêta (émission d'électrons). Ce mode de désintégration est particulièrement important pour astate; dès 1950 , il a été émis l' hypothèse que tous les isotopes de l'élément subissent une désintégration bêta. Modes de désintégration bêta ont été trouvés pour tous les isotopes astatine sauf astatine-213, -214, -215 et -216m. Astatine-210 et les isotopes légers présentent bêta ainsi désintégration ( par émission de positons ), astatine-216 et des isotopes plus lourds présentent bêta (moins) décroissance et astate-212 désintégrations par l' intermédiaire de deux modes, tandis que l' astate-211 subit une capture d'électrons .

L'isotope le plus stable est astatine-210, qui a une demi-vie de 8,1 heures. Le mode de désintégration primaire est bêta plus, à la vie relativement longue (par rapport aux isotopes astatine) émetteur alpha du polonium-210 . Au total, seuls cinq isotopes ont une demi-vie supérieure à une heure (astatine-207 à -211). Le moins stable isotope de l' état du sol est astatine-213, avec une demi-vie de 125 nanosecondes. Il subit une désintégration alpha à la très longue durée de vie de bismuth-209 .

L' astate a 24 connus isomères nucléaires , qui sont des noyaux avec un ou plusieurs nucléons ( protons ou neutrons ) dans un état excité . Un isomère nucléaire peut également être appelé une « méta -state », qui signifie que le système a plus d' énergie interne que le « état fondamental » (l'état de l'énergie le plus bas possible), ce qui rend l'ancien susceptible de se désintégrer dans ce dernier. Il peut y avoir plus d'un isomère pour chaque isotope. Le plus stable de ces isomères nucléaires est astatine-202m1, qui a une demi-vie d'environ 3 minutes, plus que ceux de tous les états du sol bar des isotopes 203-211 et 220. Le moins stable est astatine-214m1; sa demi-vie de 265 nanosecondes est plus courte que celle de tous les Etats au sol , sauf celui de astate-213.

présence naturelle

une séquence de boules de couleurs différentes, chacune contenant un symbole à deux lettres et quelques chiffres
série neptunium, montrant les produits de désintégration, y compris astatine-217, formé à partir neptunium-237

Astate est le plus rare élément naturel. Le montant total de l' astate dans la croûte terrestre (cité masse 2,36 x 10 25 g) est estimée à moins d'un gramme à un moment donné.

Tout présent astate à la formation de la Terre a disparu depuis longtemps; les quatre isotopes naturels (astatine-215, -217, -218 et -219) sont produites en continu à la place à la suite de la désintégration de radioactifs thorium et l' uranium des minerais, et des quantités traces de neptunium-237 . La masse de l' Amérique du Nord et du Sud combiné, à une profondeur de 16 kilomètres (10 miles), contient seulement environ un billion de astatine-215 atomes à un moment donné (environ 3,5 x 10 -10 g). Astate-217 est produit par la désintégration radioactive du neptunium-237. Restes Primordial de ce dernier isotope en raison de sa demi-vie relativement courte de 2,14 millions d' années-ne sont plus présents sur Terre. Cependant, l' état de trace sont présents naturellement en tant que produit de réactions de transmutation des minerais d'uranium . Astate-218 a été le premier isotope astatine découvert dans la nature. Astate-219, avec une demi-vie de 56 secondes, est la plus longue vivaient des isotopes d' origine naturelle.

Les isotopes de l'astate ne sont parfois pas répertoriés comme d'origine naturelle en raison des idées fausses qu'il n'y a pas de tels isotopes, ou des anomalies dans la littérature. Astate-216 a été compté comme un isotope naturel mais les rapports de son observation (qui ont été décrits comme douteux) n'ont pas été confirmées.

Synthèse

Formation

Les réactions possibles après bombardant le bismuth-209 avec des particules alpha
Réaction L'énergie des particules alpha
209
83
Bi
+ 4
2
Il
211
85
A
+ 2 1
0
n
26 MeV
209
83
Bi
+ 4
2
Il
210
85
A
+ 3 1
0
n
40 MeV
209
83
Bi
+ 4
2
Il
209
85
à
+ 4 1
0
n
60 MeV

L' astate a été obtenu en bombardant le bismuth-209 avec des particules alpha énergétiques, ce qui est encore la principale voie utilisée pour créer les isotopes relativement longue durée de vie astatine-209 par astatine-211. L' astate ne se produit que dans des quantités minuscules, avec les techniques modernes permettant des cycles de production allant jusqu'à 6,6  giga becquerels (environ 86  nanogrammes ou 2,47 x 10 14 atomes). Synthèse de plus grandes quantités de l' astate en utilisant cette méthode est limitée par la disponibilité limitée des cyclotrons appropriés et la perspective de la fusion de la cible. Solvant radiolyse en raison de l'effet cumulatif de la carie astate est un problème connexe. Grâce à la technologie cryogénique, microgramme quantités de astatine pourraient peut - être être généré par irradiation de protons de thorium ou de l' uranium pour donner le radon-211, à son tour , en décomposition à l' astate-211. La contamination par l' astate-210 devrait être un inconvénient de cette méthode.

L'isotope le plus important est astatine-211, le seul usage commercial. Pour produire la cible de bismuth, le métal est pulvérisé sur un or, de cuivre ou d'aluminium à surface de 50 à 100 milligrammes par centimètre carré. L' oxyde de bismuth peut être utilisé à la place; cette force est fusionné avec une plaque de cuivre. La cible est maintenue sous un azote chimiquement neutre atmosphère, et est refroidi avec de l' eau pour éviter la vaporisation de l' astate prématurée. Dans un accélérateur de particules tel qu'un cyclotron, les particules alpha sont entrés en collision avec le bismuth. Même si un seul isotope de bismuth est utilisé (bismuth-209), la réaction peut se produire de trois façons possibles, la production astatine-209, astatine-210, ou astate-211. Afin d'éliminer les nucléides indésirables, l'énergie maximale de l'accélérateur de particules est réglé sur une valeur ( de manière optimale 29,17 MeV) ci - dessus que , pour la réaction produisant astatine-211 (pour produire l'isotope désiré) et en dessous de celle produisant astatine-210 (à éviter la production d' autres isotopes astatine).

méthodes de séparation

Depuis astate est le principal produit de la synthèse, après sa formation, il ne doit être séparé de la cible et des contaminants importants. Plusieurs méthodes sont disponibles, « mais ils suivent généralement une des deux approches à sec ou distillation [humide] Le traitement acide de la cible suivie par une extraction par solvant ». Les méthodes résumées ci-dessous sont des adaptations modernes des anciennes procédures, tel que révisé par Kugler et Keller. plus souvent des techniques d'avant 1985 adressées à l'élimination des toxiques polonium coproduite; cette exigence est maintenant atténuée en limitant l'énergie du faisceau d'irradiation de cyclotron.

Sec

La cible de cyclotron contenant de l' astate est chauffé à une température d'environ 650 ° C. L'astate volatilise et est condensé dans (typiquement) un piège à froid . Des températures plus élevées allant jusqu'à environ 850 ° C peuvent augmenter le rendement, au risque de contamination de bismuth de volatilisation simultanée. Redistillation le condensat peut être nécessaire pour réduire au minimum la présence de bismuth (comme le bismuth peut interférer avec astate réactions de marquage ). L'astate est récupéré à partir du piège en utilisant un ou plusieurs solvants à faible concentration , tels que l' hydroxyde de sodium , le méthanol ou le chloroforme . Les rendements astate allant jusqu'à environ 80% peuvent être atteints. Séparation à sec est le procédé le plus couramment utilisé pour produire une forme chimiquement utile de l' astate.

Humide

Le bismuth (ou parfois le trioxyde de bismuth ) cible est dissous dans, par exemple, on concentre l' acide nitrique ou perchlorique. L' astate est extrait en utilisant un solvant organique tel que le butyle ou l' éther isopropylique , ou thiosemicarbazide . On obtient un rendement de séparation de 93% en utilisant de l' acide nitrique a été rapporté, pour tomber à 72% par la procédure de purification du temps ont été réalisées (distillation de l' acide nitrique, de purge résiduel des oxydes d'azote , et redissolution de nitrate de bismuth pour permettre l' extraction liquide-liquide ). Méthodes humides impliquent « plusieurs étapes de manipulation de la radioactivité » et ne sont pas bien adaptés pour isoler de grandes quantités de astate. Ils peuvent permettre la production de l' astate dans un spécifique état d'oxydation et peuvent avoir une plus grande applicabilité dans expérimentale radiochemistry .

Usages et précautions

Plusieurs 211 A contenant des molécules et leurs utilisations expérimentales
Agent Applications
[ 211 A] colloïdes astate-tellure tumeurs compartimentées
6- [ 211 A] ástato-2-méthyl-1,4-diphosphate naphtaquinol adénocarcinomes
211 A marqué le bleu de méthylène Les mélanomes
Méta- [ 211 A] guanidique de astatobenzyl Les tumeurs neuroendocrines
5- [ 211 A] ástato-2'-désoxyuridine Divers
211 conjugués de biotine à marqués divers pré-ciblage des
211 A marqué octréotide récepteur de somatostatine
211 d' anticorps monoclonaux et des fragments A marquées Divers
211 A marqués bisphosphonates Les métastases osseuses

Nouvellement formé astate-211 fait l'objet de recherches en cours en médecine nucléaire . Il doit être utilisé rapidement comme il se désintègre avec une demi-vie de 7,2 heures; c'est assez long pour permettre des stratégies d'étiquetage en plusieurs étapes . Astate-211 a le potentiel pour alpha particule cible radiothérapie , car il se décompose soit par émission d'une particule alpha (au bismuth-207), ou par capture d'électrons (à un nucléide très courte durée, le polonium-211, qui subit en outre une désintégration alpha ), très rapidement pour atteindre sa petite - fille stable plomb-207. Polonium rayons X émis à la suite de la branche de capture d'électrons, dans la gamme de 77-92  keV , permettent le suivi des astate chez les animaux et les patients. Bien que astate-210 est légèrement plus longue demi-vie, il est tout à fait impropre , car il subit habituellement bêta plus la désintégration du polonium-210 extrêmement toxiques.

La principale différence entre médicament astatine-211 et l' iode-131 (un isotope d'iode radioactif également utilisé en médecine) est que l' iode 131 émet des particules bêta de haute énergie, et l' astate ne fonctionne pas. Les particules bêta ont beaucoup plus grand pouvoir de pénétration à travers les tissus que ne le font les particules alpha beaucoup plus lourdes. Une particule alpha moyenne libérée par astatine-211 peut se déplacer jusqu'à 70 um à travers les tissus environnants; une particule bêta d'énergie moyenne émise par l' iode-131 peut se déplacer près de 30 fois plus loin, à environ 2 mm. La demi-vie courte et puissance de pénétration limitée du rayonnement alpha à travers les tissus offre des avantages dans des situations où la « charge de la tumeur est faible et / ou des populations de cellules malignes se trouvent à proximité des tissus normaux essentiels. » Une morbidité significative dans les modèles de culture de cellules de cancers humains a été réalisée avec de un à dix astatine-211 atomes liés par cellule.

Astate ... [est] misérable de faire et de l'enfer de travailler avec.

P Durbin, études sur le rayonnement de l' homme: Se souvenir des premières années , 1995

Plusieurs obstacles ont été rencontrés dans le développement de base astate- radiopharmaceutiques pour le cancer traitement. Guerre mondiale a retardé la recherche de près d'une décennie. Les résultats des premières expériences ont indiqué qu'un porte-sélectif du cancer devrait être mis au point et il a fallu attendre les années 1970 que les anticorps monoclonaux sont devenus disponibles à cet effet. Contrairement à l' iode, astate montre une tendance à déshalogéner des transporteurs moléculaires tels que ceux - ci, en particulier aux sp 3 sites de carbone (moins de sp 2 emplacements ). Compte tenu de la toxicité des astate accumulée et retenue dans le corps, ce a souligné la nécessité d'assurer qu'elle reste attachée à sa molécule hôte. Bien que les transporteurs astate qui sont lentement métabolisés peuvent être évalués pour leur efficacité, les transporteurs plus rapidement métabolisés demeurent un obstacle important à l'évaluation des astate en médecine nucléaire. Atténuer les effets de la radiolyse astate induite par des molécules chimiques de marquage et le support est un autre domaine nécessitant un développement ultérieur. Une application pratique pour astate comme traitement du cancer serait potentiellement convenir à un certain nombre « stupéfiant » des patients; production de astate dans les quantités qui seraient nécessaires reste un problème.

Les études animales montrent que astate, de façon similaire à l' iode, bien que dans une moindre mesure, est de préférence concentrée dans la glande thyroïde . Contrairement à l' iode, astate montre également une tendance à prendre par les poumons et la rate, peut - être à cause de l' oxydation dans le corps de A - à A + . Si elle est administrée sous la forme d'un radiocolloïde tend à se concentrer dans le foie . Des expériences sur des rats et des singes suggèrent que l' astate-211 provoque des dommages beaucoup plus grande à la glande thyroïde que ne le fait l' iode-131, avec injection répétitive du nucléide résultant à une nécrose cellulaire et la dysplasie dans la glande. Les premières recherches a suggéré que l' injection de l' astate chez des rongeurs femelles a provoqué des changements morphologiques dans le tissu mammaire; cette conclusion est restée controversée depuis de nombreuses années. Accord général a ensuite été conclu que cela était probablement dû à l'effet de l' irradiation des tissus mammaires combinée à des changements hormonaux due à l' irradiation des ovaires. Des quantités infimes de astate peuvent être manipulés en toute sécurité dans les hottes si elles sont bien aérés; l' absorption biologique de l'élément doit être évité.

Voir également

Remarques

Références

Bibliographie

Liens externes