Astatine is het zeldzaamste element op aarde; slechts ongeveer 25 gram komt van nature op de planeet voor. Het bestaan ervan werd voorspeld in de jaren 1800, maar werd uiteindelijk ongeveer 70 jaar later ontdekt. Tientallen jaren na zijn ontdekking is er heel weinig bekend over astatine. Inderdaad, natuurkundigen leiden veel van zijn eigenschappen af – zoals de radioactieve eigenschappen, geleiding en kleur – op basis van andere halogeengroepleden.
Geschiedenis
Dmitri Mendeleyev , de Russische chemicus die in 1869 de elementen organiseerde in het periodiek systeem dat nog steeds wordt gebruikt, voorspelde eigenschappen van het onbekende element dat de lege ruimte op het periodiek systeem voor element nr. 85 zou vullen, aldus Peter van der Krogt, een Nederlandse historicus. Mendelejev noemde dit onbekende element eka-jodium vanwege zijn positie direct onder jodium in de halogeengroep van elementen.
Toen de zoektocht naar het nieuwe element begon, werden er verschillende rapporten gepubliceerd over element 85, volgens een artikel uit 2010 dat werd gepubliceerd in het Bulletin for the History of Chemistry door Brett F. Thornton en Shawn C. Burdette, onderzoekers in respectievelijk Zweden en de Verenigde Staten. Deze rapporten bevatten beweringen dat het element niet kon bestaan, dat onderzoekers die het element vonden, het niet konden isoleren en dat de gerapporteerde eigenschappen niet consistent waren met tests.
Er bestaat veel onduidelijkheid over wie ontdekte voor het eerst astatine, volgens Thornton en Burdette. De ontdekking kan worden toegeschreven aan een handvol onderzoekers, met name een van de volgende groepen.
De eerste bewering dat het mysterie-element was ontdekt was in 1931 door Fred Allison van het Alabama Polytechnic Institute, volgens Thornton en Burdette. Allison stelde de naam “alabamine” voor voor het nieuwe radioactieve element dat hij had ontdekt. Omdat geen andere onderzoekers zijn resultaten konden repliceren in zijn uitrusting ging de zoektocht naar het ongrijpbare element verder. Niet eerder werd de ontdekking echter gepubliceerd in een paar leerboeken voor studenten.
Horia Hulubei en Yvetter Cauchois, onderzoekers aan de Zo rbonne in Parijs, publiceerden de resultaten van hun ontdekking van element 85 in 1938. Ze gebruikten chemische scheiding en publiceerden dat ze drie röntgenspectraallijnen voor het element vonden die nauw overeenkwamen met eerdere voorspellingen. Helaas verstoorde het uitbreken van de Tweede Wereldoorlog hun onderzoek en communicatie tussen wetenschappers over de hele wereld.
De eerste met succes erkende ontdekking van astatine was in 1940 door Dale R. Coson, Kenneth Ross Mackenzie en Emilio Segrè , onderzoekers van de University of California Berkeley, volgens Chemicool. Omdat niemand het zeldzame element in de natuur had kunnen vinden, produceerde deze groep wetenschappers het kunstmatig door bismut-209 te bombarderen met alfadeeltjes in een deeltjesversneller. Deze reactie creëerde astatine-211 en twee vrije neutronen. Het element was zeer radioactief en onstabiel, wat leidde tot de naam astatine van het Griekse woord dat onstabiel betekende.
Weer een andere groep onderzoekers identificeerde en karakteriseerde element 85 onafhankelijk in de vroege jaren 40, aldus Thornton. en Burdette. Berta Karlik en Traude Bernert rapporteerden in 1942 de resultaten van hun studies, inclusief de voorgestelde naam “viennium”. Vanwege de Tweede Wereldoorlog werd het nieuws echter binnen de Duitse gebieden gehouden en werd er geen wetenschappelijk nieuws uit andere delen van de wereld binnengebracht, dus waren Karlik en Bernert niet op de hoogte van vergelijkbare resultaten van de Berkeley-groep. Toen Karlik en Bernert op de hoogte werden gebracht van de gepubliceerde resultaten van de groep in Berkeley, gingen ze toch door met het bestuderen van element 85 en droegen ze enorm bij aan de kennis over de vervalketen die het element vormt.
Alleen de feiten
- Atoomnummer (aantal protonen in de kern): 85
- Atoomsymbool (op het periodiek systeem der elementen): At
- Atoomgewicht (gemiddelde massa van het atoom): 210
- Dichtheid: ongeveer 4 ons per kubieke inch (ongeveer 7 gram per kubieke cm)
- Fase bij kamertemperatuur: vast
- Smeltpunt: 576 graden Fahrenheit (302 graden Celsius)
- Kookpunt: onbekend
- Aantal natuurlijke isotopen (atomen van hetzelfde element met een verschillend aantal neutronen): minstens 30 radioactieve isotopen
- Meest voorkomende isotopen: At-210 (verwaarloosbaar percentage van natuurlijke abundantie), Am-211 (verwaarloosbaar percentage van natuurlijke overvloed)
Wie wist het?
- Astatine is vernoemd naar het Griekse woord astatos, wat volgens naar het Jefferson Laboratory.
- Er is slechts ongeveer 25 gram van nature voorkomende astatine op een bepaald moment in de aardkorst, volgens g naar Chemicool.
- Volgens Lenntech is astatine het zwaarste bekende halogeen.Volgens Elemental Matter hebben halogeenelementen, waaronder astatine, vergelijkbare eigenschappen; ze zijn niet-metalen, hebben een laag smelt- en kookpunt, zijn broos als ze vast zijn, zijn slechte geleiders van warmte en elektriciteit en zijn diatomisch (hun moleculen bevatten twee atomen).
- Astatine is het minst reactief en volgens Chemicool de meest metallische eigenschappen van elk element in de halogeengroep.
- De isotoop van astatine met de langste halfwaardetijd is astatine-210 met een halfwaardetijd van 8,1 uur, volgens de Jefferson Laboratory.
- Veel fysieke eigenschappen van astatine zijn nog onbekend, inclusief de kleur, volgens een artikel uit 2013 van D. Scott Wilbur, gepubliceerd in Nature. Op basis van de kleurpatronen die worden getoond door andere leden van de halogeenfamilie, wordt aangenomen dat astatine donker is, waarschijnlijk bijna zwart.
- Astatine is zeer radioactief, maar heeft vrijwel geen gevolgen voor de gezondheid of het milieu vanwege zijn zeldzaamheid en zeer korte halfwaardetijden, volgens Lenntech. Hoewel als men er toch mee in aanraking komt, wordt aangenomen dat astatine zich op dezelfde manier ophoopt in de schildklier als jodium.
Huidig onderzoek
De schaarste aan astatine maakt het een ongelooflijk moeilijk element om te studeren. Niettemin denken sommige onderzoekers dat astatine kan worden gebruikt bij de behandeling van kanker. Astatine kan zich volgens Chemistry Explained gedragen als jodium, dat de neiging heeft zich op te hopen in de schildklier. Astatine kan ook naar de schildklier gaan, en de straling ervan zou kankercellen in de klier kunnen doden.
In een artikel uit 2015 gepubliceerd in het International Journal of Molecular Sciences, een groep Franse onderzoekers onder leiding van Françoise Kraeber-Bodéré beschrijven een radio-immunotherapie (RIT) -methode voor kankertherapie die radionucliden gebruikt die bèta- of alfadeeltjes uitstoten. Astatine-211 is zon isotoop die gunstig zou kunnen zijn voor alfatherapie, omdat het een langere halfwaardetijd heeft dan traditioneel gebruikt bismut-213, en het kan worden geproduceerd in deeltjesversnellers. Astatine-211 is voor dit gebruik bestudeerd sinds ten minste 1989, volgens de auteurs, en heeft veelbelovende resultaten opgeleverd, waaronder onderzoeken met beenmergtransplantaties bij leukemiepatiënten, stamceltransplantatiestudies bij muizen en bij chemotherapiebehandelingen bij patiënten. met hersentumoren.
De conclusies van de onderzoekers laten zien dat het gebruik van een radioactieve isotoop, zoals astatine-211, de RIT-efficiëntie kan verbeteren voor de behandeling van tumoren en andere kankers, vooral als de behandeling vroeg in de ziekte wordt gestart. Deze methode van RIT heeft ook het potentieel om resterende tumorcellen te doden die typisch resistent zijn tegen chemotherapie en radioactieve therapie.