Астат — радиоактивный галоген¶

Астат (At, лат. astatum от др.-греч. ἄστατος — «непостоянный», «несущественный») — химический элемент 17-й группы (семейства галогенов) VII периодa периодической таблицы, порядковый номер 85. Наиболее радиоактивный и тяжёлый природный галоген; все изотопы астата радиоактивны, устойчивых изотопов не существует. В природе встречается лишь в виде следовых количеств в продуктах распада урана и тория.

¶Открытие

Астат был независимо синтезирован в 1940 году двумя американскими научными группами. Корсон, Маккензи и Сегрё в Беркли сначала обнаружили его как продукт бомбардировки висмута альфа-частицами, а затем подтвердили существование элемента 85. Название «астат» было предложено в том же году и связано с его чрезвычайной нестабильностью.

До открытия элемента предсказывался под названием «экаиод» по системе Менделеева — как более тяжёлый аналог иода. В 1920-е годы ряд исследователей заявлял о его обнаружении в природных минералах, однако эти данные не подтвердились.

¶Физические и химические свойства

Астат — полуметалл или металл с полупроводниковыми свойствами; в отличие от лёгких галогенов (фтора, хлора, брома, иода) он проявляет выраженные металлические черты. В твёрдом состоянии предположительно имеет тёмно-жёлтый или чёрный цвет. Температура плавления оценочно составляет около 302 °C, кипения — около 337 °C (точные значения из-за кратковременности существования измерить невозможно).

Химически астат ведёт себя как наиболее «металлический» галоген: способен образовывать катион At⁺ в растворах, проявлять амфотерность, образовывать оксиды At₂O и At₂O₅. Его электроотрицательность по Полингу — 2,2, что ниже, чем у всех других галогенов.

¶Радиоактивность

Все 39 известных изотопов астата радиоактивны. Наиболее долгоживущий — астат-210 с периодом полураспада 8,1 часа. Другие изотопы, используемые в исследованиях, — астат-211 (период полураспада 7,2 часа) и астат-207 (21,77 часа). Из-за чрезвычайно малого количества и быстрого распада астат в земной коре присутствует одновременно не более 25–30 граммов.

Основные пути распада — альфа-распад и электронный захват. Продуктами распада астата-210 являются изотопы полония и свинца.

¶Получение

Астат получают искусственно — в ядерных реакторах и на ускорителях. Основные методы:

• бомбардировка висмута-209 альфа-частицами с последующей дистилляцией астата;
• бомбардировка тория нейтронами с последующим химическим разделением;
• облучение висмута протонами высокой энергии.

Наиболее доступный изотоп для исследований — астат-211, синтезируемый на циклотронах. Мировое производство астата оценивается в доли грамма в год.

¶Применение

Прямое практическое применение астат почти не находит из-за радиоактивности, дефицита и дороговизны получения. Основные направления исследований:

• Медицина. Астат-211 изучается как радионуклид для таргетной радионуклидной терапии опухолей — в частности, при лечении рака щитовидной железы, лейкемии и глиобластомы. Альфа-излучение астата-211 обладает высокой линейной передачей энергии и малой пробегом в тканях, что позволяет разрушать опухолевые клетки с минимальным ущербом для здоровых тканей.
• Научные исследования. Астат используется для изучения свойств сверхтяжёлых элементов и механизмов химических реакций галогенов.

¶Место в периодической таблице

Астат замыкает ряд галогенов VII группы. Ниже него в группе располагается франций — радиоактивный элемент, также не имеющий устойчивых изотопов. С увеличением атомного номера в группе галогенов наблюдается переход от неметаллов (фтор, хлор) через полуметаллы (бром, иод) к выраженному полуметаллу/металлу (астат).

¶Интересные факты

• В организме человека астат ведёт себя подобно иоду и накапливается в щитовидной железе, что и определяет его потенциал для лечения тиреоидных опухолей.
• В 1990-е годы астат-211 рассматривался как кандидат для радиофармацевтических препаратов, однако сложности с логистикой (короткий период полураспада требует быстрой доставки от ускорителя до пациента) ограничивают его клиническое использование.
• Астат — единственный галоген, для которого не удалось получить сколько-нибудь заметное количество простого вещества в макроскопических масштабах.

¶Источники

• Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева
• «Радиохимия» / под ред. Ю. П. Судакова
• Handbook of Chemistry and Physics (CRC Press)
• Encyclopædia Britannica: Astatine