Астат
Общие сведения
Астат является радиоактивным химическим элементом семнадцатой группы периодической системы с атомным номером восемьдесят пять. Название элемента происходит от греческого слова, означающего «неустойчивый». Существование данного элемента было предсказано еще в тысяча восемьсот девяносто восьмом году Дмитрием Менделеевым, который описал его как «экаиод», предполагая, что это будет тяжелый галоген, свойства которого аналогичны иоду. Долгое время элемент безуспешно пытались обнаружить в природе. В тысяча девятьсот тридцать первом году исследователи из Алабамского политехнического института под руководством Аллисона сообщили об открытии элемента в монацитовом песке и предложили название «алабамий», однако этот результат не получил научного подтверждения. Вплоть до тысяча девятьсот сорок третьего года периодически появлялись ошибочные публикации об обнаружении элемента, которому предлагали названия дор, декин, гельвеций и другие. Достоверно астат был впервые синтезирован в тысяча девятьсот сороковом году учеными Корсоном, Маккензи и Сегре.
Свойства и характеристики
Астат представляет собой твердое вещество сине-черного цвета. По своим химическим и физическим свойствам он сильно напоминает иод, являясь тяжелым активным галогеном, но при этом уникально сочетает в себе свойства как неметаллов, так и отдельные свойства металлов. Температура плавления вещества составляет двести тридцать градусов Цельсия, а температура кипения достигает трехсот двух градусов. Элемент растворяется в органических растворителях и легко поддается экстракции. Астат способен образовывать межгалогенные соединения, например, с бромом и иодом, которые растворяются в тетрахлорметане, а также в соляной и азотной кислотах. При действии водорода на водный раствор в момент реакции образуется газообразный астатоводород. С металлами элемент образует соли — астатиды, в которых проявляет степень окисления минус один. Подобно другим галогенам, астат может замещать водород в молекуле метана. В растворах сильных кислот в присутствии дихромат-иона он существует в виде однозарядного катиона, что подтверждается его направленным движением к катоду при электромиграции. Путем окисления дифторидом ксенона в щелочном растворе получается перастатат-ион, который сокристаллизуется с солями периодата калия и цезия. Синтезирован ряд органических производных, таких как астатбензол, астаттолуол и астатиды циклических углеводородов. Из-за высокой радиоактивности и крайне низких концентраций классические физико-химические методы исследования к элементу неприменимы. Для изучения его свойств активно используется метод газожидкостной хроматографии, позволяющий по параметрам удерживания определять температуры кипения алифатических соединений, теплоту испарения, рефракцию связи углерод-астат и дипольный момент для ароматических соединений. Метод пиролиза применяется для экспериментального определения величины энергии разрыва химической связи между углеродом и астатом. При возгонке элемента с серебряной фольги в плазму ионного источника масс-сепаратора фиксируются также ионизированные молекулы.
Нахождение в природе
Астат является самым редким природным элементом периодической системы среди всех, встречающихся в земной коре. Суммарное содержание этого элемента на всей планете, находящегося в равновесии с родительскими радионуклидами, не превышает одного грамма. В поверхностном слое земной коры толщиной около полутора километров суммарно содержится всего около семидесяти миллиграммов данного вещества. Постоянное, хотя и ничтожно малое, присутствие астата в природе объясняется тем, что его короткоживущие радионуклиды входят в состав природных радиоактивных рядов урана-двести тридцать пять и урана-двести тридцать восемь. Скорость естественного образования изотопов астата строго равна скорости их радиоактивного распада, благодаря чему в земной коре постоянно поддерживается равновесное количество этого элемента. Этот механизм был подтвержден в период с тысяча девятьсот сорок третьего по тысяча девятьсот сорок шестой годы, когда изотопы элемента были впервые достоверно обнаружены в составе природных радиоактивных рядов.
Получение
Из-за исключительной редкости получение элемента из природных минералов физически невозможно. В настоящее время астат получают исключительно искусственным путем в лабораторных условиях. Основным методом синтеза изотопов является облучение мишеней из металлического висмута или тория альфа-частицами высокой энергии. После завершения процесса облучения астат отделяется от сопутствующих элементов с использованием сложных многоступенчатых химических способов выделения. Из-за технологических трудностей синтеза элемент производится в минимально возможных дозах.
Применение
На сегодняшний день астат не имеет широкого практического применения из-за своей высокой редкости, ничтожно малых объемов синтеза и крайне высокой радиоактивности, которая делает его опасным токсином, действующим по аналогии с полонием. Тем не менее, в настоящее время ведутся активные разработки по использованию элемента в ядерной медицине для создания радиофармацевтических препаратов. Предполагается, что астат может применяться для таргетной лучевой терапии онкологических заболеваний, так как характеристики его излучения позволяют достаточно точно и локально поражать опухолевые клетки без масштабного повреждения здоровых тканей. Кроме того, благодаря химическому сходству с иодом, существует обоснованная гипотеза о способности астата накапливаться в тканях щитовидной железы, что в перспективе может быть использовано для терапии специфических заболеваний этого органа. В настоящий момент данные медицинские направления находятся на стадии исследований и концептуальных разработок.