Um Estado | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Posição na tabela periódica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Símbolo | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sobrenome | Um Estado | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Número atômico | 85 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupo | 17 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Período | 6 th período | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Quadra | Bloco p | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Família de elementos | Halogênio / metalóide | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuração eletronica | [ Xe ] 4 f 14 5 d 10 6 s 2 6 p 5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elétrons por nível de energia | 2, 8, 18, 32, 18, 7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propriedades atômicas do elemento | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massa atômica | [ 210 u ] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio covalente | 150 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio de Van der Waals | 202 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estado de oxidação | ± 1,3,5,7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Eletronegatividade ( Pauling ) | 2,2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Óxido | desconhecido | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energias de ionização | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 Re : ~ 920 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isótopos mais estáveis | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Propriedades físicas simples do corpo | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estado normal | Sólido | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sistema de cristal | Cúbico centrado na face (previsão) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Cor | metálico (?) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ponto de fusão | 302 ° C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ponto de ebulição | 312 ° C a 337 ° C (calculado) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Condutividade térmica | 1,7 W · m -1 · K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vários | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Precauções | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radioelemento com atividade notável |
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Unidades de SI e STP, salvo indicação em contrário. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
O astatine é um elemento de rádio , símbolo At e número atômico 85. É o mais raro dos elementos químicos fora do transurânico encontrado naturalmente na crosta terrestre , onde é produzido pela decomposição radioativa de elementos mais pesados . Todos os isótopos astatine têm meia-vida curta, o menos instável é o astatine 210 com meia-vida de 8,1 horas. Uma amostra visível do elemento puro nunca foi produzida, mas qualquer amostra macroscópica evaporaria rapidamente pelo calor resultante de sua própria radioatividade.
As propriedades do astatine como um material, portanto, não são conhecidas com certeza. Muitos deles foram estimados a partir da posição do elemento na tabela periódica , o astatine sendo visto como um análogo químico mais pesado do iodo e um membro do grupo dos halogênios . Uma amostra astatina provavelmente seria escura e poderia ser um semicondutor ou talvez um metal ; provavelmente teria uma temperatura de fusão mais alta do que o iodo. Quimicamente, várias espécies aniônicas de astatine são conhecidas e a maioria desses compostos se assemelha aos do iodo. O elemento também se comporta como um metal sob vários pontos de vista, em particular é capaz de formar um cátion monoatômico estável em solução aquosa (ao contrário dos halogênios mais leves).
O elemento foi descoberto durante sua primeira síntese, realizada em 1940 por Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie e Emilio G. Segrè , na Universidade da Califórnia em Berkeley . A equipe sugeriu nomeando- astato em Inglês, do grego astatos ( άστατος ), que significa "instável". Quatro isótopos de astato já foram identificados na natureza, mas em quantidades tão pequenas que apenas cerca de um grama é encontrado na crosta terrestre a qualquer momento. Nem o isótopo com a meia-vida mais longa, astato 210, nem o isótopo mais promissor do ponto de vista médico , astato 211, são encontrados na natureza; eles são sintetizados em um ciclotron , geralmente bombardeando um alvo de bismuto-209 com partículas alfa .
Astatine é um elemento extremamente radioativo ; todos os seus isótopos conhecidos têm meia-vida de 8,1 horas ou menos e decaem em outros isótopos astatinos , bismuto , polônio ou radônio . A maioria de seus isótopos são muito instáveis, com meia-vida de menos de um segundo. Dos primeiros 101 elementos da Tabela Periódica, apenas o frâncio é mais radioativo, e todos os isótopos de astato menos radioativos do que o frâncio são feitos pelo homem e não são encontrados na natureza.
As propriedades macroscópicas do astatine não são conhecidas com certeza. A pesquisa é limitada por sua meia-vida curta, que impede a criação de quantidades significativas (0,5 µg de astato já é mais radioativo do que um grama de rádio ). Uma quantidade de astatine visível a olho nu evaporaria rapidamente devido ao intenso calor liberado por sua alta radioatividade. Resta saber se seria possível, com meios de resfriamento adequados, depositar uma quantidade macroscópica de astato na forma de uma camada delgada. Este elemento químico é geralmente classificado entre não metais ou metalóides ; a formação de uma fase metálica foi, no entanto, prevista.
A maioria das propriedades físicas do astatine foram estimadas (por interpolação ou extrapolação ) usando métodos teóricos ou semi-empíricos. Por exemplo, os halogênios são mais escuros quanto mais pesados: o flúor é quase incolor, o cloro verde-amarelo, o bromo vermelho-marrom e o iodo um cinza-púrpura escuro. Astatine é, portanto, às vezes descrito como provavelmente um sólido preto (assumindo que segue este padrão), ou tendo uma aparência metálica (seja um metalóide ou um metal). Os pontos de fusão e ebulição do astato também devem seguir a tendência da série do halogênio, entre as quais aumentam com o número atômico . De acordo com este pressuposto, são estimados, respetivamente, em 575 e 610 K (302 e 337 ° C ). Alguns resultados experimentais, no entanto, sugerem valores mais baixos, com 503 K como ponto de ebulição para astatina diatômica. É sublima menos facilmente do que o iodo, tendo uma pressão de vapor mais baixa . Mesmo assim, metade de uma determinada quantidade de astatine evaporaria em cerca de uma hora se deixada em uma superfície de vidro limpa em temperatura ambiente. Seu espectro de absorção na região do ultravioleta médio possui linhas em 224,401 e 216,225 nm , o que tende a indicar transições eletrônicas de 6p a 7s.
A estrutura do astato sólido é desconhecida. Como um análogo de halogênio e iodo, ele poderia ter uma estrutura cristalina ortorrômbica composta de moléculas de astatina diatômica e ser semicondutor (com um gap de 0,7 eV ). Se o astato na forma condensada se comporta mais como um metal, por outro lado, ele pode se cristalizar em um sistema cúbico de face centrada e pode até mesmo se tornar supercondutor , como o iodo que sob alta pressão forma este tipo de fase. . Os resultados experimentais relativos à existência ou não existência de astato diatômico (At 2 ) são raros e inconclusivos. Algumas fontes afirmam que esta forma não existe ou pelo menos nunca foi observada, outras argumentam ou implicam o contrário. Apesar dessa controvérsia, muitas propriedades astatinas diatômicas foram previstas: por exemplo, o comprimento do link seria 300 ± 22h , a energia de dissociação de 83,7 ± 12,5 kJ mol -1 e seu calor latente de vaporização (∆H vap ) de 54,39 kJ mol −1 . Este último valor implica que astatine poderia ser metálico, pelo menos em sua forma líquida, considerando que todos os elementos com calor latente de vaporização maior que cerca de 42 kJ mol −1 são metálicos no estado líquido; o iodo diatômico , com um valor de 41,71 kJ mol -1 , está localizado logo abaixo desse valor limite.
Sua química é "obscurecida pelas concentrações extremamente baixas em que os experimentos astatinos foram conduzidos, e pela possibilidade de reações com impurezas, com paredes ou filtros, ou com subprodutos radioativos, e por outras interações parasitárias em escala nanoscópica" . Muitas de suas propriedades químicas aparentes foram observadas em experimentos onde astatine é encontrado em ultra-traços, solução extremamente diluída, normalmente menos de 10 −10 mol L −1 (que já corresponde em atividade a cerca de 1, 6 GBq L −1 ) . Certas propriedades, como a formação de ânions, são encontradas em outros halogênios. Ele tem certas características de um metal, como se depositar em um cátodo , co-precipitar com outros sulfetos de metal em ácido clorídrico e formar um cátion monoatômico estável em solução aquosa. Forma complexos com o EDTA , um agente quelante , e demonstrou ser capaz de reagir como um metal ao marcar anticorpos ; em certos aspectos astatine em seu grau de oxidação + I se comporta como prata no mesmo estado. A parte principal da química orgânica do astato é, no entanto, semelhante à do iodo: em particular, é capaz de formar uma ligação de halogênio , ainda mais facilmente do que o iodo.
Astatine tem uma eletronegatividade de 2,2 na escala de Pauling revisada , menor que a do iodo e igual ao hidrogênio. Na astatura de hidrogênio (HAt), a carga negativa é supostamente carregada pelo átomo de hidrogênio, o que implica que esse composto deveria ser chamado de hidrogeneto de astato. Tal observação seria consistente com o valor da eletronegatividade na escala de Allred-Rochow , (1,9), menor que o do hidrogênio (2,2). Foi previsto em 2011 que a afinidade eletrônica do astatine seria um terço menor do que a do cloro (que entre os halogênios tem a maior) devido às interações spin-órbita , essa afinidade foi confirmada em 2020 igual a 233 kJ · mol - 1 .
Astatine é menos reativo do que o iodo , que é o menos reativo dos outros halogênios. Seus compostos foram sintetizados em quantidades mínimas e estudados tanto quanto possível antes de seu decaimento radioativo. As reações envolvidas foram testadas principalmente com soluções diluídas de astatine misturadas com grandes quantidades de iodo. O iodo permite garantir a presença de uma quantidade de material suficiente para o bom funcionamento das técnicas usuais de laboratório, como filtração ou precipitação . Como o iodo, o astatine pode adotar graus ímpares de oxidação de -1 a +7.
Os compostos conhecidos formados com metais são raros. A astatura de sódio , paládio , prata , tálio e chumbo é atestada . Certas características das dimensões da prata e do sódio, bem como das dimensões de outros metais alcalinos e alcalino-terrosos , foram estimadas por extrapolação dos halogenetos de outros metais.
Os pioneiros da química astatine notaram a formação de um composto de astatine e hidrogênio geralmente referido como hidrogênio astature , embora "hidrogeneto de astatine" seja um nome mais apropriado. Este composto é facilmente oxidado; a acidificação com ácido nítrico diluído dá as formas At 0 ou At + , e a adição subsequente de prata (I) pode, na melhor das hipóteses, precipitar apenas parcialmente o astato na forma de astatura de prata (I) (AgAt). Pelo contrário, o iodo não é oxidado e forma facilmente um precipitado de iodeto de prata (I) .
Astatine pode formar uma ligação com boro , carbono e nitrogênio . Diferentes complexos de boro foram preparados com ligações At-B, que são mais estáveis do que ligações At-C. Astatine pode substituir hidrogênio em um anel de benzeno para formar astatobenzeno, C 6 H 5 At; este pode ser oxidado a C 6 H 5 AtCl 2 pelo cloro . O tratamento do composto com uma solução básica de hipoclorito pode ser produzido C 6 H 5 AtO 2 . No astato de dipiridina (I) perclorato [At (C 5 H 5 N) 2 ] [ClO 4 ] e seu análogo de nitrato, o átomo de astato está ligado a cada um dos nitrogênio dos dois anéis de piridina .
Como compostos com oxigênio, os íons AtO - e AtO + foram demonstrados em solução aquosa, formados pela reação de astatine com um oxidante como o bromo elementar ou (para AtO + ) persulfato de sódio em uma solução de ácido perclórico . A espécie previamente identificada como AtO 2 - foi desde então encontrada para ser AtO (OH) 2 - , um produto da hidrólise de AtO + (como é AtOOH). O bem caracterizado ânion AtO 3 - pode ser obtido inter alia pela oxidação do astato pelo hipoclorito de potássio em uma solução de hidróxido de potássio . O triastatato de lantânio La (AtO 3 ) 3 foi preparado por oxidação de astato em uma solução quente de Na 2 S 2 O 8 . A oxidação adicional de AtO 3 - , por exemplo, por difluoreto de xenônio (em solução básica quente) ou periodato (em solução neutra ou básica), resulta no íon perastatato AtO 4 - , que só é estável em pH maior ou igual a 7. Acredita-se que astatina também é capaz de formar cátions em sais com oxiânions , como iodato ou dicromato , uma vez que a co-precipitação de astatina em uma solução ácida é observada em uma solução ácida. Estado de oxidação positiva monovalente ou intermediário com sais insolúveis de cátions metálicos, como iodato de prata (I) ou dicromato de tálio (I).
Astatine pode formar compostos com outros calcogênios , por exemplo S 7 At + e At (CSN) 2 - com enxofre , um composto de coordenação de selenoureia com selênio e um colóide astato-telúrio com telúrio .
Astatine é conhecido por reagir com suas contrapartes mais leves de iodo gasoso , bromo e cloro ; essas reações produzem compostos interhalogênicos das fórmulas AtI, AtBr e AtCl. Os dois primeiros desses compostos também podem ser produzidos em água - astatine reage com uma solução de iodo / iodeto para formar AtI, enquanto a formação de AtBr requer (além de astatine) uma solução de iodo / monobrometo / brometo de iodo . O excesso de iodeto ou brometo pode levar à formação de íons AtBr 2 - e AtI 2 - ou, em solução de cloreto, podem produzir espécies como AtCl 2 - ou AtBrCl - por meio de reações de equilíbrio com cloretos. A oxidação do elemento por dicromato (em solução de ácido nítrico) mostra que a adição de cloretos transforma o astatine em uma molécula com identificação incerta, provavelmente AtCl ou AtOCl. Da mesma forma, AtOCl 2 - ou AtCl 2 - pode ser produzido . Os haletos PdAtI 2 , Csati 2 , TlAtI 2 e PbAtI são conhecidos por terem sido precipitados (ou presume-se que tenham sido). Em um espectrômetro de massa de plasma (como uma fonte de íons), os íons [AtI] + , [AtBr] + e [AtCl] + foram formados pela introdução dos vapores dos halogênios mais leves na célula cheia de hélio. Contendo astatina, que é uma indicação a favor da existência de moléculas neutras estáveis no plasma ionizado. Nenhum fluoreto de astato ainda foi descoberto. Sua ausência foi atribuída, possivelmente, à extrema reatividade de tais compostos, que incluiria a reação de um composto fluorado inicialmente formado com as paredes de vidro do vaso para formar um produto não volátil. Portanto, embora a síntese de um fluoreto de astato não seja excluída, pode ser necessário um solvente de fluoreto de halogênio líquido, como tem sido usado para a caracterização do fluoreto de radônio .
Em 1869, quando Dmitry Mendeleev publicou sua tabela periódica de elementos , o espaço sob o iodo estava vazio. Outrora a base física para a classificação dos elementos estabelecida por Niels Bohr , esse local parece estar ocupado pelo quinto halogênio . Antes do reconhecimento oficial de sua descoberta, este elemento hipotético foi chamado eka-iodo ( eka-iodo em Inglês, do sânscrito एक , Éka para "a") para refletir sua posição mesmo valor abaixo de iodo (como eka -bore, eka-césio, ou outros). Dada sua extrema raridade, muitas descobertas falsas são anunciadas ao longo do tempo.
A primeira alegação de descoberta do eka-iodo é feita em 1931 pelo americano Fred Allison (in) e colegas do Polytechnic Institute of Alabama (hoje Auburn University ), usando 45 kg de monazita do Brasil para isolar o elemento. Eles lhe deram o nome de alabam ( alabamine em inglês) após Alabama e o símbolo Am, depois mudou para Ab, que permanece em uso por alguns anos. O método de Allison e sua descoberta foram invalidados em 1934 por Herbert G. MacPherson (em) da Universidade da Califórnia em Berkeley .
Em 1937, o químico indiano Rajendralal De anunciou a descoberta do elemento 85 da monazita. Ele o batiza de dakin , provavelmente em homenagem à cidade de Dhaka onde trabalha, depois dekhine . Ele afirma tê-lo isolado da cadeia de decomposição do tório , onde teria o mesmo lugar em relação ao tório que o rádio F (polônio 210) na série do rádio . No entanto, as propriedades do dakin não correspondem às do astatine, e não há realmente nenhum isótopo do astatine na cadeia de decaimento do tório, mesmo em vias de decaimento minoritárias. A verdadeira identidade da dakin, portanto, permanece desconhecida.
Em 1936, o romeno Horia Hulubei e a francesa Yvette Cauchois reivindicaram a descoberta do elemento 85 por espectroscopia de raios-X . Eles publicaram um artigo em 1939 que confirma e suplementa seus dados de 1936. Hulubei publica um resumo desses dados em 1944 e afirma que o trabalho de outros pesquisadores os confirma. Ele nomeia esse elemento de ouro , do romeno para “desejo, nostalgia”. Sua descoberta foi refutada em 1947 pelo austríaco Friedrich Paneth . Na verdade, mesmo que as amostras de Hulubei contivessem astato, seus meios para detectá-lo eram muito fracos para os padrões contemporâneos para que pudesse efetivamente identificá-lo. Hulubei também está por trás de um anúncio errôneo da descoberta do frâncio , o que pode ter levado outros pesquisadores a ver seu trabalho com ceticismo.
Em 1940, o suíço Walter Minder anunciou a descoberta do elemento 85 nos produtos do decaimento beta do rádio A ( polônio 218 ) e deu-lhe o nome de helvécio , em homenagem à Suíça . Berta Karlik e Traude Bernert não conseguem reproduzir sua experiência e atributo dela resulta a contaminação do rádon fluxo ( radão 222 é o isótopo pai de polônio 218). Com a britânica Alice Leigh-Smith , Minder anunciou a descoberta de outro isótopo do elemento 85 em 1942, provavelmente um produto do decaimento beta do tório A ( polônio 216 ). Os dois pesquisadores o batizam de Anglo-Helvetium em referência aos seus respectivos países. No entanto, Karlik e Bernert são mais uma vez incapazes de reproduzir esses resultados.
O elemento foi finalmente isolado em 1940 por Dale R. Corson , KR MacKenzie e Emilio Segrè da Universidade da Califórnia em Berkeley . Em vez de procurá-lo na natureza, eles o sintetizam bombardeando o bismuto-209 com partículas alfa em um ciclotron . A reação é acompanhada pela emissão de dois nêutrons e resulta no astato 211, o primeiro isótopo formalmente identificado. Os descobridores não deram imediatamente um nome para este novo elemento devido ao seu método: na época, a identificação de um elemento ainda não descoberto na natureza, mas criado por síntese em quantidades invisíveis, não era considerada válida. Além disso, os químicos relutam em considerar os radioisótopos tão legítimos quanto os isótopos estáveis. Em 1943, Berta Karlik e Traude Bernert descobriram o astato em duas cadeias de decomposição natural, primeiro na do urânio 238, depois na do urânio 235. Posteriormente, o astato também foi descoberto na principal cadeia de decomposição do neptúnio 237, mas o neptúnio é muito raro em seu estado natural, sendo produzido por captura de nêutrons em minérios de urânio.
Em 1946, Friedrich Paneth apelou ao reconhecimento final dos elementos sintéticos, citando em particular entre os seus argumentos a recente confirmação da sua ocorrência natural, e propôs que os descobridores destes novos elementos fossem aqueles que os nomeavam. No início de 1947, Nature publicou sugestões dos descobridores: a carta de Corson, MacKenzie e Segrè propôs o nome Inglês de astatine , vindo dos gregos astatos ( άστατος ), que significa 'instável', devido à sua tendência para se desintegrar , com a terminação "-ine" que em inglês é característica dos halogênios. Esse nome também ajuda a manter a tradição de nomear halogênios com base em uma de suas propriedades. Foi aceito pela União Internacional de Química Pura e Aplicada em 1949.
Corson e seus colegas classificam astatine como um metal com base em sua química analítica. Outros estudos mostram comportamento semelhante ao iodo, catiônico ou anfotérico. Em uma retrospectiva em 2003, Corson escreveu que "algumas das propriedades [do astato] são semelhantes às do iodo" e que o elemento "também exibe propriedades metálicas, mais próximas das do polônio. E do bismuto , seus vizinhos metálicos" .
Existem 39 isótopos conhecidos de astatine, com números de massa entre 191 e 229. A modelagem teórica sugere a possível existência de 37 isótopos adicionais. Nenhum isótopo estável ou de meia-vida longa foi observado e não é esperado que existam.
Dados de decaimento alfa para alguns isótopos | ||||
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Número
de |
Excesso de massa |
Meia vida | Energia
média |
Probabilidade |
207 | -13,243 MeV | 1,80 h | 5,873 MeV | 8,6% |
208 | -12,491 MeV | 1,63 h | 5,752 MeV | 0,55% |
209 | -12,880 MeV | 5,41 h | 5,758 MeV | 4,1% |
210 | -11,972 MeV | 8,1 h | 5,632 MeV | 0,175% |
211 | -11,647 MeV | 7,21 h | 5,983 MeV | 41,8% |
212 | -8,621 MeV | 0,31 s | 7,825 MeV | ≈ 100% |
213 | -6,579 MeV | 125 ns | 9.255 MeV | 100% |
214 | -3,380 MeV | 558 ns | 8,986 MeV | 100% |
219 | 10,397 MeV | 56 s | 6,324 MeV | 97% |
220 | 14,350 MeV | 3,71 min | 6.052 MeV | 8% |
As energias de desintegração da decadência alfa de astatine seguem a mesma tendência de outros itens pesados. Os isótopos mais leves têm energias de decaimento alfa relativamente altas, que diminuem com os isótopos mais pesados. Astatine 211 tem uma energia significativamente maior do que o isótopo anterior, porque tem um núcleo com 126 nêutrons, que corresponde a um número mágico e, portanto, a uma camada de nêutrons preenchida. Embora sua meia-vida seja comparável ao isótopo anterior (7,2 h para 211 At, 8,1 h para 210 At), sua probabilidade de decaimento alfa é muito maior: 41,81% contra apenas 0,18%. Os próximos dois isótopos liberam ainda mais energia, com o astatine 213 em particular, que libera mais energia. Por esse motivo, também é o isótopo conhecido que tem a meia-vida mais curta. Embora isótopos mais pesados liberem menos energia, não há isótopos com meia-vida longa, devido ao papel crescente do decaimento beta (emissão de elétrons). Este modo de desintegração é particularmente importante para astatine; já em 1950, os cientistas postularam que todos os isótopos desse elemento se deteriorariam pela rota beta. Os modos de decaimento beta foram encontrados para todos os nuclídeos astatine conhecidos, exceto 213 At, 214 At, 215 At e 216m At. Astatine 210 e isótopos mais leves podem decair no modo β + (emissão de pósitron), astatine 216 e isótopos mais pesados decaem β - modo , e astata 212 pode decair em ambos os modos, enquanto astata 211 pode sofrer captura de elétrons .
O menos radioativo dos isótopos é o astatine 210, com meia-vida de 8,1 h . Seu principal modo de decaimento é o β + , em direção ao polônio 210 , ele mesmo um emissor alfa, que tem meia-vida mais longa, igual a 138 dias . No total, apenas cinco isótopos conhecidos têm meia-vida superior a uma hora (de 207 At a 211 At). O isótopo mais radioativo no estado fundamental conhecido é o astato 213, com meia-vida de 125 ns . Ele decai alfa para bismuto 209 , que é quase estável.
24 isômeros nucleares são conhecidos em astatine , que são núcleos com um ou mais nucleons em um estado excitado . Um isômero nuclear é algumas vezes chamado de metaestável , o que significa que o sistema tem uma energia interna maior do que o estado fundamental (o estado de energia mínima) e, portanto, o isômero nuclear tende a reverter para o estado fundamental. Pode haver mais de um isômero nuclear por isótopo. O menos radioativo deles é o astato 202m1, que tem meia-vida de cerca de 3 minutos. O mais radioativo é o astato 214m1, com meia-vida de 265 nanossegundos (menor que a de todos os nuclídeos conhecidos, exceto 213 At).
Entre os elementos encontrados na natureza, os únicos elementos menos abundantes do que o astato são os transurânicos , razão pela qual geralmente é considerado o elemento mais raro. A quantidade total desse elemento na crosta terrestre (massa de 2,36 × 10 25 gramas) é estimada entre um décimo e trinta gramas em um determinado momento.
Cada átomo astato presente na formação da Terra se desintegrou. Os quatro isótopos encontrados na natureza ( 215 At, 217 At, 218 At e 219 At) são continuamente renovados como produtos de decaimentos dos isótopos primordiais de tório , urânio e vestígios de 237 neptúnio radiogênico. Os primeiros dezesseis quilômetros de profundidade de todo o continente americano contêm da ordem de 10 12 astatinos 215 átomos em um determinado momento (da ordem de 3,5 × 10 -10 gramas). Astatine 217 é produzido durante a decomposição do neptúnio 237 (ver figura ao lado), presente em pequenas quantidades nos minérios de urânio, onde é produzido por transmutação. Astatine 218 é o primeiro isótopo descoberto na natureza, enquanto astatine 219, com meia-vida de aproximadamente 56 segundos, é o isótopo de ocorrência natural com meia-vida mais longa.
Certos isótopos de astato nem sempre são considerados como estando naturalmente presentes no meio ambiente, devido ao desconhecimento ou desacordo na literatura. Assim, a presença de astato 216 na natureza foi relatada, mas seu relatório é controverso e não confirmado.
Reação | Energia das partículas α |
---|---|
209 83Bi + 4 2Ele → 211 85Em + 2 1 0não |
26 MeV |
209 83Bi + 4 2Ele → 210 85Em + 3 1 0não |
40 MeV |
209 83Bi + 4 2Ele → 209 85Em + 4 1 0não |
60 MeV |
Astatine foi produzido pela primeira vez bombardeando um alvo de bismuto-209 com partículas alfa energéticas, e esta rota sintética continua a ser a mais amplamente usada para produzir os isótopos de meia-vida relativamente longa 209 At, 210 At e 211 At Astatine é produzido apenas em quantidades muito pequenas , técnicas modernas que permitem até 6,6 GBq produzidos de uma só vez (aproximadamente 86 ng , ou 2,47 × 10 14 átomos). A síntese de grandes quantidades de astato usando este método é limitada pela baixa disponibilidade de ciclotrons adequados e a perspectiva de fundir o alvo. A radiólise do solvente devido ao efeito cumulativo da decomposição do astato também apresenta problemas. Com as técnicas crioscópicas, é possível chegar ao micrograma de astato produzido, por irradiação de próton de um alvo de tório ou urânio , gerando radônio 211 que decai para astato 211. Espera-se, entretanto, que esse método resulte em contaminação do isótopo produzido pelo astatine 210.
O isótopo mais importante é o astato 211, o único que tem uso comercial. Para produzir o alvo de bismuto, o metal é pulverizado sobre uma superfície de ouro, cobre ou alumínio a uma taxa de 50 a 100 mg cm- 2 . O óxido de bismuto pode ser usado em seu lugar; é então soldado a uma placa de cobre. O alvo é mantido sob uma atmosfera de nitrogênio inerte e é resfriado com água para evitar a vaporização prematura do astato. Em um acelerador de partículas, como um cíclotron, as partículas alfa colidem com o bismuto. Embora apenas um isótopo de bismuto seja usado ( bismuto 209 ), a reação pode ocorrer de três maneiras diferentes dependendo da energia das partículas alfa, produzindo 209 At, 210 At ou 211 At. Nuclídeos indesejados, a energia máxima do acelerador de partículas é definido em um valor (idealmente 29,17 MeV ) maior do que o necessário para produzir astato 211 (para produzir o isótopo desejado adequadamente), mas menor do que aquele que resultaria em astato 210 (para evitar a produção de isótopos indesejados).
Como o astatine é o principal produto da síntese, após sua formação só precisa ser isolado do alvo e de qualquer contaminação. Vários métodos são possíveis para este propósito, “mas eles geralmente seguem uma de duas abordagens - destilação a seco ou tratamento em solução ácida do alvo seguido de extração com solvente” . Os métodos discutidos abaixo são adaptações modernas de procedimentos mais antigos, conforme revisado por Kugler e Keller. As técnicas anteriores a 1985 frequentemente incluíam a remoção do polônio 210, que era então co-produzido durante a irradiação, mas essa medida é menos necessária, garantindo que a energia na linha de irradiação do ciclotron não exceda um valor limite.
Por processo secoO alvo irradiado contendo agora Astato é aquecida a cerca de 650 ° C . O astatine volatiliza e , em seguida, é condensado (normalmente em uma armadilha fria ). Temperaturas mais altas (até 850 ° C ) podem aumentar o rendimento, sob o risco de contaminar a amostra por meio da co-volatilização do bismuto. Pode ser necessário redestilar o condensado para limitar a presença de bismuto (pois o bismuto pode interferir nas reações de marcação astatina ). O astatine é recuperado da armadilha usando hidróxido de sódio diluído, metanol ou clorofórmio. Rendimentos próximos a 80% podem ser alcançados. A via seca é o método mais amplamente usado para produzir uma forma de astatina utilizável quimicamente.
MolhadoO alvo de bismuto (às vezes trióxido de bismuto ) é dissolvido em ácido concentrado (geralmente nítrico ou perclórico). A astatina é extraída usando um solvente orgânico, como butil ou éter isopropílico , ou tiosemicarbazida . Um rendimento de separação de 93% com ácido nítrico foi publicado, caindo para 72% no final das operações de purificação (destilação de ácido nítrico, purga de óxidos de nitrogênio residuais e resolução de nitrato de bismuto para permitir a extração líquido-líquido ). Os métodos úmidos envolvem "várias etapas envolvendo o manuseio de materiais radioativos" e não são muito adequados para isolar grandes quantidades de astato. Eles podem, no entanto, permitir a produção de astato até um determinado grau de oxidação e, portanto, podem encontrar mais aplicações no campo da radioquímica experimental.
“[Astatine é] uma ferida de produzir e um inferno de controlar. "
- P. Durbin, Human Radiation Studies: Remembering the Early Years , 1995
Agente | Formulários |
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Coloides de telúrio astato | Tumores compartimentais |
6-Astato-2-metil-1,4-naftaquinol difosfato | Adenocarcinoma |
Azul de metileno radiomarcado | Melanoma |
Meta-astatobenzil guanidina | Tumores neuroendócrinos |
5-astato-2'-desoxiuridina | Vários |
Compostos de biotina radiomarcados | Vários pré-segmentação |
radiomarcado octreotide | Receptores de somatostatina |
Anticorpos monoclonais e fragmentos radiomarcados | Vários |
radiomarcado bifosfonatos | Metástases ósseas |
Astatine 211 é objeto de pesquisas ativas no campo da medicina nuclear . O isótopo deve ser utilizado logo após sua síntese devido sua meia-vida de 7,2 h ; este período é, no entanto, suficiente para permitir estratégias de rotulagem em várias etapas. Astatine 211 tem potencial para ser usado em tratamentos de imunoterapia alfa , uma vez que decai no modo alfa (em direção ao bismuto 207 ), ou por captura de elétrons (em direção ao polônio 211 , na metade do comprimento muito curto). Vida e o próprio emissor alfa) . Os raios X emitidos pelo polônio 211, entre cerca de 77 e 92 keV , permitem o monitoramento da astatina em animais e pacientes. Embora o astato 210, com uma meia-vida ligeiramente mais longa do que o astato 211, possa parecer mais interessante para a mesma aplicação, este isótopo é totalmente inadequado para uso médico porque decai em polônio 210 , que é extremamente tóxico., Especialmente para a medula óssea , e com meia-vida mais longa.
A principal diferença no ambiente médico entre o astato 211 e o iodo 131 (um isótopo do iodo usado na medicina nuclear) está na emissão de radiação beta de alta energia por 131 I, em oposição ao 211 At. Beta tem um maior poder de penetração nos tecidos do que a radiação alfa: uma partícula alfa de energia média emitida pelo 211 At pode cruzar 70 µm nos tecidos circundantes quando uma partícula beta de energia média resultante do 131 I pode ir quase trinta vezes mais longe, cruzando cerca de 2 mm . Uma meia-vida curta associada ao poder de penetração limitado da radiação alfa nos tecidos é uma vantagem quando "a carga tumoral é baixa e / ou as populações de células malignas estão localizadas nas proximidades do tecido normal saudável" . A mortalidade celular significativa em culturas de células que reproduzem cânceres humanos foi assim alcançada com um a dez átomos de astatine 211 ligados por célula.
O desenvolvimento de medicamentos à base de astatine para a luta contra o câncer encontrou vários obstáculos. A Segunda Guerra Mundial atrasou a pesquisa em quase uma década. Os resultados dos testes preliminares indicaram que um agente de transporte seletivo do câncer precisaria ser desenvolvido, e só na década de 1970 os anticorpos monoclonais que poderiam desempenhar esse papel chegaram ao mercado. Ao contrário do iodo, o astatine tende a quebrar sua ligação com tais moléculas, especialmente com carbonos hibridizados sp 3 (menos para aqueles hibridizados com sp 2 ). Dada a toxicidade do astato, que tende a se acumular no corpo quando o radioisótopo está livre para circular, é vital garantir que ele permaneça ligado à molécula hospedeira. Embora a eficácia das moléculas de transporte que são metabolizadas lentamente possa ser avaliada, as moléculas metabolizadas mais rapidamente permanecem um obstáculo significativo para a avaliação do astato como um tratamento médico. A atenuação da radiólise (devido ao astatine) de moléculas transportadoras é outro caminho de desenvolvimento possível. Uma aplicação prática do astato como tratamento anticâncer poderia beneficiar um número "impressionante" de pacientes; a produção de astatine em quantidades que seriam então necessárias continua a ser um problema.
Estudos em animais mostram que o astato, assim como o iodo, embora em menor grau, concentra-se principalmente na tireóide . Ao contrário do iodo, o astato também mostra uma tendência a se acumular nos pulmões e no baço , possivelmente devido à oxidação in vivo de At - em At + . Quando o astatine é administrado como radiocolóide, tende a se concentrar no fígado . Experimentos em ratos e macacos sugerem que o astato 211 causa danos muito mais sérios à tireoide do que o iodo 131. As injeções repetidas do nuclídeo resultam, portanto, em necrose e displasia celular na glândula tireoide. Estudos preliminares sugerem que a injeção de astatine 211 em roedores fêmeas causa alterações morfológicas no tecido mamário; esta conclusão permaneceu controversa por anos. O consenso a que se chegou a seguir é que esse efeito provavelmente foi causado pela irradiação do tecido mamário, associada às alterações hormonais decorrentes da irradiação dos ovários. Quantidades muito pequenas de astatine podem ser manuseadas sem perigo sob um exaustor, se a coifa for bem ventilada; a introdução do elemento no corpo deve ser evitada.
Infelizmente, o enigma que confronta o campo 211 At é que o fornecimento comercial de 211 At aguarda a demonstração de eficácia clínica; no entanto, a demonstração da eficácia clínica requer um fornecimento confiável de 211 At.
“Infelizmente, o dilema enfrentado pelo campo de estudo do astatine 211 é que o desenvolvimento comercial da produção do astatine 211 está aguardando a demonstração de eficácia clínica; no entanto, esta demonstração de eficácia requer a existência de uma fonte confiável de astato 211. "
: documento usado como fonte para este artigo.
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