Astato

astato
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85 yo

en

ts
Sistema periódico de elementos.85 a las
Apariencia de una sustancia simple.
Cristales azules negros
Propiedades del átomo
Nombre, símbolo, número Astacio (At), 85
Masa atómica
( masa molar )
[210] ( número de masa del isótopo más estable) [1]
Configuración electrónica [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 5
Radio del átomo 145 horas
Propiedades químicas
radio covalente (145) p.  m.
Radio de iones (+7e) 62  h
Electronegatividad 2.2 (escala de Pauling)
Potencial de electrodo a 2 → 2 a - 0,2 V
Estados de oxidación 7, 5, 3, 1, -1
Energía de ionización
(primer electrón)
916,3 (9,50)  kJ / mol  ( eV )
Propiedades termodinámicas de una sustancia simple.
Densidad (en n.a. ) presumiblemente 6,4 [2]  g/cm³
Temperatura de fusión 503K ( 230 °C, 446 °F) [2]
Temperatura de ebullición 575 K ( 302 °C, 576 °F) [2]
La red cristalina de una sustancia simple.
Estructura de celosía atómica cúbica centrada en las caras [3]
Debye temperatura 195 (calculado) [3]  K
Otras características
número CAS 7440-68-8
85 astato
A(210)
4f 14 5d 10 6s 2 6p 5

El astato  es un elemento químico con número atómico 85 [4] . Pertenece al grupo 17 de la tabla periódica de elementos químicos (según la forma abreviada obsoleta del sistema periódico , pertenece al subgrupo principal del grupo VII, o al grupo VIIA), se encuentra en el sexto período de la tabla. La masa atómica de un elemento es 210 uma . e. m. Se indica con el símbolo At (del lat.  Astatium ). Radioactivo. La molécula de astato, aparentemente, es diatómica (fórmula At 2 ) [5] . Los primeros principios de los cálculos mecánicos cuánticos predicen que, en estado condensado, el astato no consta de moléculas de diastato, sino que forma un cristal metálico [3] [6] , a diferencia de todos los halógenos más ligeros, que forman cristales moleculares a partir de moléculas de dímeros Hal a presión normal [ 7] 2 .

El astato es el elemento natural más raro de la tabla periódica, por lo que se sintetizó artificialmente antes de encontrarse en la naturaleza. En toda la corteza terrestre no hay más de 1 gramo. Debido a su fuerte radiactividad, no se puede obtener en cantidades macroscópicas suficientes para un estudio profundo de sus propiedades.

Historia

Predicho (como "eka-yodo") por Dmitri Mendeleev en 1898. “Se puede decir, por ejemplo, que cuando se descubre un halógeno X con un peso atómico mayor que el yodo, aún formará CH, CHO 3 , etc., que su compuesto de hidrógeno HX será un ácido gaseoso, muy frágil, que el atómico el peso será…215” [8] .

En 1931-1943, se hicieron numerosos intentos para descubrir el elemento No. 85 en la naturaleza. Podría ser un satélite de yodo, un producto de la desintegración α del francio o la desintegración β del polonio, por lo que intentaron encontrarlo en yodo, agua de mar, productos de desintegración de isótopos de radio y radón, monacita , mineral de resina de uranio . , minerales de hierro y platino. En 1931, F. Allison y colegas (Instituto Politécnico de Alabama) reportaron el descubrimiento de este elemento en arena de monacita y propusieron el nombre " alabamium " (Ab) [9] [10] para él, pero este resultado no fue confirmado. Hasta 1943, aparecieron publicaciones sobre el descubrimiento del elemento en la naturaleza, y recibió constantemente los nombres dor, dekin, helvetium (en honor a Helvetia  , el antiguo nombre de Suiza ), anglogelvetium, leptina (del griego "débil, inestable" ). Todos estos descubrimientos también resultaron ser erróneos.

Astatine fue obtenido artificialmente por primera vez en 1940 por D. Corson , C. R. Mackenzie y E. Segre ( UC Berkeley ). Para sintetizar el isótopo 211 At, irradiaron bismuto con partículas alfa . En 1943-1946 , se descubrieron isótopos de astato en la composición de series radiactivas naturales (ver más abajo). El nombre del elemento proviene de otro griego. ἄστατος  - "inestable". En la terminología rusa, el elemento se denominó “astato” hasta 1962 [11] .

Estar en la naturaleza

El astato es el elemento más raro entre todos los que se encuentran en la naturaleza terrestre. Su contenido total en la corteza terrestre en equilibrio con los radionucleidos parentales no excede de un gramo [12] . La capa superficial de la corteza terrestre de 1,6 km de espesor contiene solo 70 mg de astato. La presencia constante de astato en la naturaleza se debe a que sus radionucleidos de vida corta ( 215 At, 218 At y 219 At) forman parte de la serie radiactiva 235 U y 238 U. La velocidad de su formación es constante e igual a la tasa de su desintegración radiactiva, por lo tanto, la corteza terrestre contiene un número de equilibrio casi constante de isótopos de astato.

Conseguir

El astato se obtiene solo artificialmente. En general, los isótopos de astato se producen irradiando bismuto metálico o torio con partículas α de alta energía, seguido de la separación del astato por coprecipitación , extracción , cromatografía o destilación .

En los aceleradores modernos, sería posible obtener ("adquirir") varias decenas de nanogramos del elemento, sin embargo, sería imposible trabajar con tales muestras debido a su enorme radiactividad: 2000 Ci / mg, y en concentraciones molares de del elemento, las soluciones estudiadas hervirían y se produciría una intensa radiólisis del agua [ 13 ] .

Propiedades físicas

Debido a la pequeña cantidad de materia disponible para el estudio, las propiedades físicas de este elemento son poco conocidas y, por regla general, se basan en analogías con elementos más accesibles.

El astato es un sólido azul-negro, similar en apariencia al yodo [14] . Se caracteriza por una combinación de propiedades de no metales (halógenos) y metales ( polonio , plomo y otros). Al igual que el yodo, el astato se disuelve bien en solventes orgánicos y estos lo extraen fácilmente. En términos de volatilidad, es ligeramente inferior al yodo, pero también puede sublimar fácilmente [14] .

Punto de fusión - 503 K (230 °C), punto de ebullición (sublimación) 575 K (302 °C) [2] (Según otras fuentes 244 °C, 309 °C, respectivamente [5] ).

Propiedades químicas

En términos de propiedades químicas, el astato está cerca tanto del yodo (muestra las propiedades de los halógenos ) como del polonio (propiedades de los metales) [15] .

El astato en solución acuosa se reduce con dióxido de azufre SO 2 ; como los metales , precipita incluso a partir de soluciones fuertemente ácidas con sulfuro de hidrógeno (H 2 S) [15] . Es desplazado de las soluciones de ácido sulfúrico por el zinc (propiedades del metal) [15] .

Como todos los halógenos (excepto el flúor), el astato forma una sal insoluble AgAt (astato de plata) [15] . Es capaz de oxidarse al estado At(V), como el yodo (por ejemplo, la sal de AgAtO 3 tiene propiedades idénticas a las de AgIO 3 ) [15] .

El astato reacciona con el bromo y el yodo para formar compuestos interhalógenos: yoduro de astato AtI y bromuro de astato AtBr .

Ambos compuestos son solubles en tetracloruro de carbono CCl 4 [16] .

El astato se disuelve en ácidos clorhídrico y nítrico diluidos [16] .

Cuando una solución acuosa de astato se expone al hidrógeno , se forma astato de hidrógeno gaseoso HAt en el momento de la reacción . Sin embargo, debido a la misma electronegatividad del hidrógeno y el astato, el hidrógeno astato es extremadamente inestable, y en soluciones acuosas no solo hay protones, sino también iones At + , lo que no ocurre con todos los demás ácidos hidrohálicos [17] .

Con los metales, el astato forma compuestos en los que exhibe un estado de oxidación de -1, como todos los demás halógenos (NaAt - astato de sodio ). Al igual que otros halógenos, el astato puede reemplazar al hidrógeno en una molécula de metano para obtener astatmetano CH 3 At.

En soluciones de ácidos fuertes (1-6 M) en presencia de un ion dicromato (1-5 mM), el astato se encuentra en la forma de un catión con una sola carga, lo que se demuestra por su movimiento hacia el cátodo durante la electromigración, su comportamiento en intercambiadores de cationes sulfónicos monofuncionales [18] , así como la coprecipitación completa con sales poco solubles de cationes monovalentes fosfotungstatos, dicromatos, yodatos) [19] . Según una serie de propiedades químicas, el astato es similar a los cationes monovalentes pesados, por ejemplo, el talio y el cesio [20] . Un catión de astato con una sola carga es un complejo acuoso de astato monovalente o ácido astato protonado [At(H 2 O)] + [21] . La constante de desprotonación (К dp ) calculada a partir de los datos experimentales : [Аt(ОН 2 )] + ↔АtОН + Н + es igual a (7.6±3)·10 −5 [22] .

Al oxidar astato con difluoruro de xenón en una solución alcalina, se obtuvo un compuesto de astato heptavalente, el ion perastato, que cocristaliza isomórficamente con sales de peryodato de potasio y cesio [23] . Se han sintetizado compuestos organoelementales de astato como RAtCl y RAtO (donde R es un radical fenilo o paratolilo), en los que existe en los estados de valencia +3 y +5 [24] . Se han sintetizado alquilos de astatide de estructura normal y ramificada con hasta 5 átomos de carbono [25] [26] . Se han obtenido astatidas de hidrocarburos cíclicos [27] , astatbenceno [28] , astattolueno [29] , orto-, meta- y paraisómeros de fluoro- y clorostatbencenos [30] ; isómeros de astatnitrobenceno [31] y astatanilina [29] , astattirosina [32] , etilenestatidrina [33] , astatalilo [34] , isómeros de ácido astatbenzoico [35] e isómeros de astattrifluorometilbenceno [36] , ácido astatacético [37] .

Para los derivados orgánicos del astato, la determinación de las propiedades fisicoquímicas por métodos clásicos es inaceptable debido a su concentración extremadamente baja. Para estos fines, se utilizó con éxito la cromatografía gas-líquido con el uso del método de cálculos comparativos. Las características fisicoquímicas de los compuestos orgánicos de astato están determinadas por la dependencia de las propiedades de derivados halógenos similares de su valor de retención cromatográfica de gases (índice de retención), seguida de la extrapolación de este parámetro a las propiedades fisicoquímicas del compuesto organoastatino [38] .

Se han determinado los puntos de ebullición de los compuestos de astato alifáticos [39] [40] [41] . Para compuestos aromáticos de astato, se han encontrado los calores de vaporización [38] [42] , puntos de ebullición [38] [43] , momento dipolar de refracciones de enlaces carbono-astato [38] [44] . Se llevó a cabo una estimación por extrapolación de los parámetros geométricos del astato [38] [45] : radio covalente - 1,52 Å , radio de van der Waals - 2,39 Å , radio atómico - 1,48 Å , radio iónico At -  - 2,39 Å , el volumen atómico es 27,72 m 3 /mol y la distancia interatómica С–Аt en astataromático es 2,24 Å [38] .

Utilizando el método de pirólisis, basado en un estudio directo del proceso de descomposición térmica, se determinaron experimentalmente los valores de la energía de ruptura del enlace químico carbono-astato (D C - At, kcal/mol) en derivados aromáticos de astato [ 38] [46] : C6H5At = 44,9 ±5,1; en promedio para isómeros como AtC 6 H 4 CH 3 \u003d 43.3 ± 2.1, AtC 6 H 4 CF 3 \u003d 42.3 ± 2.1, AtC 6 H 4 F \u003d 43.0 ± 2.2, AtC 6 H 4 Cl \u003d 41.9 ± 2.1, AtC 6 H 4 Br \u003d 42.3 ± 2.1. En n-propilastatide es 38,6±2,5 kcal/mol, y en iso-propilastatide es 36,3±2,3 kcal/mol [38] .

Durante la sublimación del astato de la hoja de plata en el plasma de la fuente de iones del separador de masa, se encontró en el colector una molécula de astato ionizado , At 2+ . Según estimaciones de extrapolación, la energía de disociación de esta molécula es de 55,4 kcal/mol, y es más estable que la no ionizada. La existencia de una molécula de astato - At 2 a temperatura ambiente es improbable, ya que su energía de disociación es de 27 kcal/mol [48] . Cuando se introdujeron halógenos en la fuente de iones del separador de masas, se registraron en el colector las masas correspondientes a los compuestos de astato AtCl + , AtBr + y AtI + [47] .

La presencia de astato está determinada por la característica radiación alfa [15] .

Rol biológico

Siendo similar en propiedades químicas al yodo, el astato es radiotóxico .

El isótopo astato-211 es un nucleido prometedor para la creación de radiofármacos (RP). Es un emisor alfa puro con una vida media de 7,2 horas. Cada acto de desintegración del isótopo astato-211 va acompañado de la emisión de partículas alfa con una energía media de 6,8 MeV. Su longitud de trayectoria en los tejidos biológicos es de solo 60 µm (LET es de 70 a 160 keV/µm); por lo tanto, la ionización se produce en un volumen pequeño. Cuando el astato se localiza en un tumor, los tejidos circundantes no sufrirán su emisión de radio. Las partículas alfa de astato-211 afectan aproximadamente a 3 células. La tasa de dosis de irradiación en 1 gramo de tejido biológico procedente de una fuente de astato-211 con una actividad de 37 kBq con su distribución uniforme es de unos 4 milirad/s [49] . La dosis absorbida en el tejido después de la descomposición completa de 37 kBq de astato-211 es de aproximadamente 150 rad [50] .

La astatina, administrada como solución de astatida, al igual que el yodo, se acumula en la glándula tiroides (que puede usarse para tratar enfermedades relacionadas con este órgano) [51] , y administrada como radiocoloide se concentra principalmente en el hígado [52] . Ya los primeros estudios realizados inmediatamente después del descubrimiento del astato-211 demostraron que este isótopo puede utilizarse en radioterapia [51] [53] . Se han obtenido proteínas astatizadas [54] [55] , linfocitos [56] y biomoléculas complejas [57] [58] [59] .

Se estableció la alta eficacia terapéutica del coloide 211 At-telurio in vivo cuando se expone a células de cáncer ascítico de Ehrlich [60] . Los anticuerpos monoclonales contra varios tipos de tumores, marcados con astato-211, administran deliberadamente el radionúclido al órgano afectado por el cáncer [61] [62] [63] . Un vehículo eficaz para la radioterapia dirigida del melanoma (una de las neoplasias más malignas) es un compuesto relacionado con colorantes de fentiazina como el azul de metileno (MB) (tetrametilentionina) marcado con astato-211 [64] [65] [66] [67] .

La presencia de astato está determinada por la radiación alfa característica, así como por la radiación gamma y la radiación de electrones de conversión. En el espectro gamma de la preparación del 211 At , el pico de 686 keV corresponde al propio astato-211, y los picos de 569,896 keV al  hijo 211 Po [68] .

Isótopos

A partir de 2015, se conocen 37 isótopos de astato con números de masa de 191 a 229, así como 23 estados excitados metaestables de núcleos de astato. Todos ellos son radiactivos . Los más estables (de 207 At a 211 At) tienen una vida media de más de una hora (los más estables son 210 At, T 1/2 = 8,1 (4) horas , y 211 At, T 1/2 = 7.214 (7) horas ); sin embargo, están ausentes en las series radiactivas naturales , y la vida media de tres isótopos naturales no supera un minuto: 215 At ( 0,10(2) ms , serie de uranio-235), 218 At ( 1,5(3) s , 238 ) y 219 At (56(3) s, serie uranio-235) [11] [69] [70] [71] .

Notas

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  7. Al aumentar la presión, los cristales de otros halógenos también pasan de moleculares a atómicos; los cristales de cloro alcanzan este estado a 180 GPa , el bromo a 60 GPa y el yodo a 21 GPa (Hermann et al. , 2013).
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Literatura