Astatine - Astatine

Astatine,  85 em
Astatine
Pronúncia / Ul s t ə t i n , - t ɪ n / ( AS -tə-adolescente, -⁠tin )
Aparência desconhecido, provavelmente metálico
Número de massa [210]
Astatine na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Europium Gadolínio Térbio Disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radon
Francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Americium Curium Berquélio Californium Einsteinium Fermium Mendelévio Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seabórgio Bohrium Hassium Meitnerium Darmstádio Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
 I 

At

Ts
polônioastatorádon
Número atômico ( Z ) 85
Grupo grupo 17 (halogênios)
Período período 6
Bloquear   bloco p
Configuração de elétron [ Xe ] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 5
Elétrons por camada 2, 8, 18, 32, 18, 7
Propriedades físicas
Fase em  STP fase desconhecida
Propriedades atômicas
Estados de oxidação -1 , +1 , +3, +5, +7
Energias de ionização
Outras propriedades
Ocorrência natural da decadência
Número CAS 7440-68-8
História
Nomeação após gregos astatos (αστατος), que significa "instável"
Descoberta Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie , Emilio Segrè (1940)
Principais isótopos de astato
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
209 em syn 5,41 h β + 209 Po
α 205 Bi
210 em syn 8,1 h β + 210 Po
α 206 Bi
211 em syn 7,21 h ε 211 Po
α 207 Bi
Categoria Categoria: Astatine
| referências

Astatine é um elemento químico com o símbolo At e número atômico 85. É o elemento mais raro que ocorre naturalmente na crosta terrestre , ocorrendo apenas como produto da decomposição de vários elementos mais pesados. Todos os isótopos de astatine têm vida curta; o mais estável é o astatine-210, com meia-vida de 8,1 horas. Uma amostra do elemento puro nunca foi montada, porque qualquer espécime macroscópico seria imediatamente vaporizado pelo calor de sua própria radioatividade.

As propriedades de massa do astatine não são conhecidas com certeza. Muitos deles foram estimados com base na posição do elemento na tabela periódica como um análogo mais pesado do iodo e um membro dos halogênios (o grupo de elementos que inclui flúor , cloro , bromo e iodo). No entanto, astatine também cai aproximadamente ao longo da linha divisória entre metais e não metais , e algum comportamento metálico também foi observado e previsto para ele. É provável que o astato tenha uma aparência escura ou lustrosa e pode ser um semicondutor ou possivelmente um metal . Quimicamente, várias espécies aniônicas de astatine são conhecidas e a maioria de seus compostos se assemelha aos do iodo, mas às vezes também exibe características metálicas e mostra algumas semelhanças com a prata .

A primeira síntese do elemento foi em 1940 por Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie , e Emilio G. Segrè na Universidade da Califórnia, Berkeley , que deu o nome a partir dos gregos astatos (ἄστατος), que significa "instável". Posteriormente, descobriu-se que quatro isótopos de astato eram de ocorrência natural, embora muito menos de um grama esteja presente a qualquer momento na crosta terrestre. Nem o isótopo mais estável astatine-210, nem o astatine-211 medicamente útil, ocorrem naturalmente; eles só podem ser produzidos sinteticamente, geralmente bombardeando o bismuto -209 com partículas alfa .

Características

Astatine é um elemento extremamente radioativo; todos os seus isótopos têm meia-vida de 8,1 horas ou menos, decaindo em outros isótopos astatinos, bismuto , polônio ou radônio . A maioria de seus isótopos são muito instáveis, com meia-vida de um segundo ou menos. Dos primeiros 101 elementos da tabela periódica, apenas o frâncio é menos estável e todos os isótopos astatinos mais estáveis ​​do que o frâncio são em qualquer caso sintéticos e não ocorrem na natureza.

As propriedades de massa do astatine não são conhecidas com certeza. A pesquisa é limitada por sua meia-vida curta, que impede a criação de quantidades pesáveis. Um pedaço visível de astato evaporaria imediatamente por causa do calor gerado por sua intensa radioatividade. Resta saber se, com resfriamento suficiente, uma quantidade macroscópica de astato poderia ser depositada como uma película fina. Astatine é geralmente classificado como um não metal ou metalóide ; a formação de metal também foi prevista.

Fisica

A maioria das propriedades físicas do astatine foram estimadas (por interpolação ou extrapolação ), usando métodos derivados teórica ou empiricamente. Por exemplo, os halogênios ficam mais escuros com o aumento do peso atômico - o flúor é quase incolor, o cloro é verde amarelo, o bromo é marrom avermelhado e o iodo é cinza escuro / violeta. Astatine é algumas vezes descrito como provavelmente um sólido preto (assumindo que segue esta tendência), ou como tendo uma aparência metálica (se for um metalóide ou um metal).

Astatine sublima menos prontamente do que o iodo, tendo uma pressão de vapor mais baixa . Mesmo assim, metade de uma determinada quantidade de astatine irá evaporar em aproximadamente uma hora se colocada em uma superfície de vidro limpa em temperatura ambiente . O espectro de absorção de estatina na região ultravioleta do meio tem em linhas 224,401 e 216,225 nm, sugestivas de 6p para 7s transições .

A estrutura do astato sólido é desconhecida. Como um análogo do iodo, pode ter uma estrutura cristalina ortorrômbica composta de moléculas de astatina diatômica e ser um semicondutor (com gap de 0,7 eV ). Alternativamente, se o astato condensado formar uma fase metálica, como foi previsto, ele pode ter uma estrutura cúbica de face centrada monoatômica ; nessa estrutura, pode muito bem ser um supercondutor , como a fase de alta pressão do iodo. As evidências a favor (ou contra) da existência de astato diatômico (At 2 ) são esparsas e inconclusivas. Algumas fontes afirmam que ele não existe, ou pelo menos nunca foi observado, enquanto outras fontes afirmam ou implicam sua existência. Apesar dessa controvérsia, muitas propriedades da astatina diatômica foram previstas; por exemplo, seu comprimento de ligação seria300 ± 10  pm , energia de dissociação83,7 ± 12,5 kJ / mol , e calor de vaporização (∆H vap ) 54,39 kJ / mol. Muitos valores foram previstos para os pontos de fusão e ebulição de astatine, mas apenas para At 2 .

Químico

A química do astatine é "obscurecida pelas concentrações extremamente baixas em que os experimentos do astatine foram conduzidos e a possibilidade de reações com impurezas, paredes e filtros, ou subprodutos da radioatividade e outras interações indesejadas em escala nanométrica". Muitas de suas propriedades químicas aparentes foram observadas usando estudos de traçadores em soluções astatinas extremamente diluídas, normalmente menos de 10 −10 mol·L −1 . Algumas propriedades, como a formação de ânions, se alinham com outros halogênios. Astatine também tem algumas características metálicas, como revestimento em um cátodo e coprecipitação com sulfetos de metal em ácido clorídrico. Forma complexos com EDTA , um agente quelante de metal , e é capaz de atuar como um metal na radiomarcação de anticorpos ; em alguns aspectos, astatine no estado +1 é semelhante à prata no mesmo estado. A maior parte da química orgânica do astato é, entretanto, análoga à do iodo. Foi sugerido que o astato pode formar um cátion monoatômico estável em solução aquosa, mas as evidências de eletromigração sugerem que a espécie catiônica At (I) é o ácido hipoastático protonado (H 2 OAt + ), mostrando analogia ao iodo.

Astatine tem uma eletronegatividade de 2,2 na escala de Pauling revisada  - inferior à do iodo (2,66) e igual ao hidrogênio. Na astatida de hidrogênio (HAt), a carga negativa está prevista para estar no átomo de hidrogênio, o que implica que este composto poderia ser referido como hidreto de astato de acordo com certas nomenclaturas. Isso seria consistente com a eletronegatividade do astato na escala de Allred-Rochow (1,9) sendo menor do que a do hidrogênio (2,2). No entanto, a nomenclatura estequiométrica oficial da IUPAC é baseada em uma convenção idealizada de determinar as eletronegatividades relativas dos elementos pela mera virtude de sua posição na tabela periódica. De acordo com essa convenção, o astatine é tratado como se fosse mais eletronegativo do que o hidrogênio, independentemente de sua verdadeira eletronegatividade. A afinidade eletrônica do astato, a 233 kJ mol -1 , é 21% menor que a do iodo. Em comparação, o valor de Cl (349) é 6,4% maior do que F (328); Br (325) é 6,9% menor do que Cl; e I (295) é 9,2% menos do que Br. A redução acentuada para At foi prevista como sendo devido a interações spin-órbita . A primeira energia de ionização do astato é de cerca de 899 kJ mol -1 , que continua a tendência de diminuir as primeiras energias de ionização no grupo do halogênio (flúor, 1681; cloro, 1251; bromo, 1140; iodo, 1008).

Compostos

Menos reativo que o iodo, o astatine é o menos reativo dos halogênios. Seus compostos foram sintetizados em quantidades microscópicas e estudados tão intensamente quanto possível antes de sua desintegração radioativa. As reações envolvidas foram testadas tipicamente com soluções diluídas de astatine misturadas com grandes quantidades de iodo. Atuando como um transportador, o iodo garante que haja material suficiente para que as técnicas de laboratório (como filtração e precipitação ) funcionem. Como o iodo, o astato demonstrou adotar estados de oxidação ímpares que variam de -1 a +7.

Apenas alguns compostos com metais foram relatados, na forma de astatides de sódio, paládio , prata, tálio e chumbo. Algumas propriedades características da astatida de prata e de sódio, e de outras astátidas hipotéticas de álcali e alcalino-terrosas, foram estimadas por extrapolação de outros halogenetos de metal.

A formação de um composto astatine com hidrogênio - geralmente referido como hidrogênio astatide - foi observada pelos pioneiros da química astatine. Conforme mencionado, há motivos para se referir a este composto como hidreto de astato. É facilmente oxidado ; a acidificação por ácido nítrico diluído dá as formas At 0 ou At + , e a adição subsequente de prata (I) pode apenas parcialmente, na melhor das hipóteses, precipitar astatina como prata (I) astatida (AgAt). O iodo, em contraste, não é oxidado e precipita prontamente como iodeto de prata (I) .

Astatine é conhecido por se ligar ao boro , carbono e nitrogênio . Vários compostos da gaiola de boro foram preparados com ligações At – B, sendo mais estáveis ​​do que ligações At – C. Astatine pode substituir um átomo de hidrogênio em benzeno para formar astatobenzene C 6 H 5 At; este pode ser oxidado a C 6 H 5 AtCl 2 pelo cloro. Tratando este composto com uma solução alcalina de hipoclorito, C 6 H 5 AtO 2 pode ser produzido. O cátion dipiridina-astatina (I), [At (C 5 H 5 N) 2 ] + , forma compostos iônicos com perclorato (um ânion não coordenador ) e com nitrato , [At (C 5 H 5 N) 2 ] NO 3 . Este cátion existe como um complexo de coordenação em que duas ligações covalentes dativas ligam separadamente o centro astatine (I) com cada um dos anéis de piridina por meio de seus átomos de nitrogênio.

Com o oxigênio, há evidências das espécies AtO - e AtO + em solução aquosa, formadas pela reação da astatina com um oxidante como o bromo elementar ou (no último caso) pelo persulfato de sódio em solução de ácido perclórico : o último espécies também podem ser ácido astático protonado, H
2
AtO+
2
. A espécie que se pensava ser AtO-
2
desde então foi determinado como AtO (OH)-
2
, um produto de hidrólise de AtO + (outro produto de hidrólise sendo AtOOH). O AtO bem caracterizado-
3
anião pode ser obtido, por exemplo, pela oxidação de astatine com hipoclorito de potássio numa solução de hidróxido de
potássio . Foi relatada a preparação de triastatato de lantânio La (AtO 3 ) 3 , após a oxidação da astatina por uma solução quente de Na 2 S 2 O 8 . Oxidação adicional de AtO-
3
, como por difluoreto de xenônio (em uma solução alcalina quente) ou periodato (em uma solução neutra ou alcalina), produz o íon perastatato AtO-
4
; isso só é estável em soluções neutras ou alcalinas. Astatine também é considerado capaz de formar cátions em sais com oxiânions, como iodato ou dicromato ; isto é baseado na observação de que, em soluções ácidas, estados positivos monovalentes ou intermediários de astatine coprecipitam com os sais insolúveis de catiões metálicos tais como iodato de prata (I) ou dicromato de tálio (I).

Astatine pode formar ligações com outros calcogênios ; estes incluem S 7 At + e At (CSN)-
2
com enxofre , um composto de coordenação de selenoureia com selênio e um colóide astato- telúrio com telúrio.

Estrutura do monoiodeto de astato, um dos inter - halogênios astatinos e o mais pesado inter-halogênio diatômico conhecido.

Astatine é conhecido por reagir com seus homólogos mais leves iodo, bromo e cloro no estado de vapor; essas reações produzem compostos interhalogênicos diatômicos com fórmulas AtI, AtBr e AtCl. Os primeiros dois compostos também podem ser produzidos em água - astatine reage com solução de iodo / iodeto para formar AtI, enquanto AtBr requer (além de astatine) uma solução de iodo / monobrometo de iodo / brometo . O excesso de iodetos ou brometos pode levar ao AtBr-
2
e AtI-
2
íons, ou em uma solução de cloreto, eles podem produzir espécies como AtCl-
2
ou AtBrCl-
via reações de equilíbrio com os cloretos. A oxidação do elemento com dicromato (em solução de ácido nítrico) mostrou que a adição de cloreto transformou o astatine em uma molécula provavelmente AtCl ou AtOCl. Da mesma forma, AtOCl-
2
ou AtCl-
2
pode ser produzido. Os polihaletos PdAtI 2 , CsAtI 2 , TlAtI 2 e PbAtI são conhecidos ou presume-se que tenham sido precipitados. Em um espectrômetro de massa de fonte de íons de plasma , os íons [AtI] + , [AtBr] + e [AtCl] + foram formados pela introdução de vapores de halogênio mais leves em uma célula cheia de hélio contendo astatina, apoiando a existência de moléculas neutras estáveis ​​em o estado do íon plasma. Nenhum fluoreto de astato foi descoberto ainda. Sua ausência foi especulativamente atribuída à extrema reatividade de tais compostos, incluindo a reação de um fluoreto inicialmente formado com as paredes do recipiente de vidro para formar um produto não volátil. Assim, embora a síntese de um fluoreto de astato seja considerada possível, pode ser necessário um solvente de fluoreto de halogênio líquido, como já foi usado para a caracterização do fluoreto de radônio.

História

Tabela periódica de Mendeleev (1971), com astatine faltando abaixo do cloro, bromo e iodo ("J")
A mesa de Dmitri Mendeleev de 1871, com um espaço vazio na posição eka-iodo

Em 1869, quando Dmitri Mendeleev publicou sua tabela periódica , o espaço sob o iodo estava vazio; depois que Niels Bohr estabeleceu a base física da classificação dos elementos químicos, foi sugerido que o quinto halogênio pertencia a ela. Antes de sua descoberta oficialmente reconhecida, era chamado de "eka-iodo" (do sânscrito eka  - "um") para implicar que era um espaço sob o iodo (da mesma maneira que eka-silício, eka-boro e outros ). Os cientistas tentaram encontrá-lo na natureza; dada a sua extrema raridade, essas tentativas resultaram em várias descobertas falsas.

A primeira descoberta alegada de eka-iodo foi feita por Fred Allison e seus associados no Instituto Politécnico de Alabama (agora Universidade de Auburn ) em 1931. Os descobridores chamaram o elemento 85 de "alabamina" e atribuíram a ele o símbolo Ab, designações usadas para alguns anos. Em 1934, HG MacPherson, da University of California, Berkeley, refutou o método de Allison e a validade de sua descoberta. Houve outra reclamação em 1937, do químico Rajendralal De. Trabalhando em Dacca, na Índia britânica (agora Dhaka em Bangladesh ), ele escolheu o nome "dakin" para o elemento 85, que afirmou ter isolado como o equivalente da série de tório ao rádio F (polônio-210) na série de rádio . As propriedades que ele relatou para dakin não correspondem às de astatine; além disso, astatine não é encontrado na série do tório, e a verdadeira identidade do dakin não é conhecida.

Em 1936, a equipe do físico romeno Horia Hulubei e da física francesa Yvette Cauchois afirmou ter descoberto o elemento 85 por meio de análise de raios-X. Em 1939, eles publicaram outro artigo que apoiou e ampliou os dados anteriores. Em 1944, Hulubei publicou um resumo dos dados que havia obtido até então, alegando que estava amparado pelo trabalho de outros pesquisadores. Ele escolheu o nome "dor", provavelmente do romeno para "anseio" [pela paz], já que a Segunda Guerra Mundial havia começado cinco anos antes. Como Hulubei estava escrevendo em francês, uma língua que não acomoda o sufixo "ine", dor provavelmente teria sido traduzido em inglês como "dorine", se tivesse sido adotado. Em 1947, a alegação de Hulubei foi efetivamente rejeitada pelo químico austríaco Friedrich Paneth , que mais tarde presidiria o comitê da IUPAC responsável pelo reconhecimento de novos elementos. Mesmo que as amostras de Hulubei contivessem astato, seus meios para detectá-lo eram muito fracos, pelos padrões atuais, para permitir a identificação correta. Ele também esteve envolvido em uma falsa alegação anterior quanto à descoberta do elemento 87 (frâncio) e isso teria feito com que outros pesquisadores minimizassem seu trabalho.

Uma foto em tons de cinza da parte superior do corpo de um homem
Emilio Segrè , um dos descobridores do elemento do grupo principal astatine

Em 1940, o químico suíço Walter Minder anunciou a descoberta do elemento 85 como o produto do decaimento beta do rádio A (polônio-218), escolhendo o nome "helvetia" (de Helvetia , o nome latino da Suíça). Berta Karlik e Traude Bernert não tiveram sucesso em reproduzir seus experimentos e, subsequentemente, atribuíram os resultados de Minder à contaminação de seu fluxo de radônio (o radônio-222 é o isótopo pai do polônio-218). Em 1942, Minder, em colaboração com a cientista inglesa Alice Leigh-Smith, anunciou a descoberta de outro isótopo do elemento 85, supostamente produto do decaimento beta do tório A (polônio-216). Eles chamaram essa substância de "anglo-helvécio", mas Karlik e Bernert foram novamente incapazes de reproduzir esses resultados.

Mais tarde, em 1940, Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie e Emilio Segrè isolaram o elemento na Universidade da Califórnia, Berkeley. Em vez de buscar o elemento na natureza, os cientistas o criaram bombardeando o bismuto-209 com partículas alfa em um ciclotron (acelerador de partículas) para produzir, após a emissão de dois nêutrons, astatine-211. Os descobridores, no entanto, não sugeriram imediatamente um nome para o elemento. A razão para isso era que, na época, um elemento criado sinteticamente em "quantidades invisíveis" que ainda não havia sido descoberto na natureza não era visto como totalmente válido; além disso, os químicos relutavam em reconhecer os isótopos radioativos tão legitimamente quanto os estáveis. Em 1943, o astato foi descoberto como um produto de duas cadeias de decaimento de ocorrência natural por Berta Karlik e Traude Bernert, primeiro na chamada série do urânio e depois na série do actínio . (Desde então, o astato também foi encontrado em uma terceira cadeia de decaimento, a série do neptúnio .) Friedrich Paneth em 1946 convocou finalmente o reconhecimento de elementos sintéticos, citando, entre outras razões, a confirmação recente de sua ocorrência natural, e propôs que os descobridores do elementos não nomeados recém-descobertos nomeiam esses elementos. No início de 1947, a Nature publicou as sugestões dos descobridores; uma carta de Corson, MacKenzie, e Segrè sugeriu o nome "astato" vindo dos gregos astatos (αστατος) que significa "instável", devido à sua propensão para o decaimento radioativo , com a terminação "-ine", encontrada nos nomes do quatro halogênios previamente descobertos. O nome também foi escolhido para continuar a tradição dos quatro halogênios estáveis, onde o nome se referia a uma propriedade do elemento.

Corson e seus colegas classificaram astatine como um metal com base em sua química analítica . Os investigadores subsequentes relataram comportamento semelhante ao iodo, catiônico ou anfotérico . Em uma retrospectiva de 2003, Corson escreveu que "algumas das propriedades [do astato] são semelhantes ao iodo ... ele também exibe propriedades metálicas, mais parecidas com seus vizinhos metálicos Po e Bi."

Isótopos

Características de decaimento alfa para amostras de isótopos astatinos

Número de massa

Excesso de massa
Meia-vida Probabilidade
de
decadência alfa
Meia-vida de
decaimento alfa
207 -13,243 MeV 1,80 h 8,6 % 20,9 h
208 -12,491 MeV 1,63 h 0,55 % 12,3 d
209 -12,880 MeV 5,41 h 4,1 % 5,5 d
210 -11,972 MeV 8,1 h 0,175 % 193 d
211 -11,647 MeV 7,21 h 41,8 % 17,2 h
212 -8,621 MeV 0,31 s ≈100% 0,31 s
213 -6,579 MeV 125 ns 100 % 125 ns
214 -3,380 MeV 558 ns 100 % 558 ns
219 10,397 MeV 56 s 97 % 58 s
220 14,350 MeV 3,71 min 8 % 46,4 min
221 16,810 MeV 2,3 min experimentalmente
alfa estável

Existem 39 isótopos conhecidos de astatine, com massas atômicas (números de massa) de 191-229. A modelagem teórica sugere que podem existir mais 37 isótopos. Nenhum isótopo astato estável ou de longa duração foi observado, nem é esperado que exista.

As energias de decaimento alfa de Astatine seguem a mesma tendência de outros elementos pesados. Isótopos astatinos mais leves têm energias bastante altas de decaimento alfa, que se tornam mais baixas à medida que os núcleos se tornam mais pesados. Astatine-211 tem uma energia significativamente maior do que o isótopo anterior, porque tem um núcleo com 126 nêutrons e 126 é um número mágico que corresponde a uma camada de nêutrons preenchida. Apesar de ter uma meia-vida semelhante ao isótopo anterior (8,1 horas para astatine-210 e 7,2 horas para astatine-211), a probabilidade de decaimento alfa é muito maior para o último: 41,81% contra apenas 0,18%. Os dois isótopos a seguir liberam ainda mais energia, com astatine-213 liberando mais energia. Por esta razão, é o isótopo astato de vida mais curta. Embora os isótopos astatos mais pesados ​​liberem menos energia, nenhum isótopo astato de vida longa existe, devido ao papel crescente do decaimento beta (emissão de elétrons). Este modo de decaimento é especialmente importante para astatine; já em 1950 foi postulado que todos os isótopos do elemento sofrem decaimento beta, embora medições de massa nuclear indiquem que 215 At é de fato beta-estável , pois tem a menor massa de todos os isóbaros com A  = 215. Um modo de decaimento beta foi encontrado para todos os outros isótopos astatine exceto para astatine-213, astatine-214 e astatine-216m. Astatine-210 e isótopos mais leves exibem beta mais decaimento ( emissão de pósitrons ), astatine-216 e isótopos mais pesados ​​exibem beta menos decaimento e astatine-212 decaem por meio de ambos os modos, enquanto astatine-211 sofre captura de elétrons .

O isótopo mais estável é o astatine-210, que tem meia-vida de 8,1 horas. O modo de decaimento primário é beta plus, para o polônio-210, emissor alfa relativamente de longa duração (em comparação com os isótopos astatinos) . No total, apenas cinco isótopos têm meia-vida superior a uma hora (astatine-207 a -211). O isótopo de estado fundamental menos estável é astatine-213, com meia-vida de 125 nanossegundos. Ele sofre decadência alfa para o bismuto-209 de vida extremamente longa .

Astatine tem 24 isômeros nucleares conhecidos , que são núcleos com um ou mais nucleons ( prótons ou nêutrons ) em um estado excitado . A isomeria nuclear também pode ser chamado de " meta -state", ou seja, o sistema tem mais energia interna do que o " estado fundamental " (o estado com a menor energia interna possível), fazendo com que o ex-propensos a decair em último. Pode haver mais de um isômero para cada isótopo. O mais estável desses isômeros nucleares é astatine-202m1, que tem meia-vida de cerca de 3 minutos, mais do que aqueles de todos os estados fundamentais exceto os dos isótopos 203–211 e 220. O menos estável é astatine-214m1; sua meia-vida de 265 nanossegundos é mais curta do que a de todos os estados fundamentais, exceto a de astatine-213.

Ocorrência natural

uma sequência de bolas de cores diferentes, cada uma contendo um símbolo de duas letras e alguns números
Série Neptunium, mostrando os produtos de decomposição, incluindo astatine-217, formado a partir do Neptunium-237

Astatine é o elemento mais raro que ocorre naturalmente. A quantidade total de astato na crosta terrestre (massa citada 2,36 × 10 25 gramas) é estimada por alguns em menos de um grama em um determinado momento. Outras fontes estimam que a quantidade de astato efêmero, presente na Terra a qualquer momento, seja de até uma onça (cerca de 28 gramas).

Qualquer astato presente na formação da Terra há muito desapareceu; os quatro isótopos de ocorrência natural (astatine-215, -217, -218 e -219) são, em vez disso, produzidos continuamente como resultado da decadência de minérios de tório e urânio radioativos e vestígios de neptúnio-237 . A massa de terra das Américas do Norte e do Sul combinadas, a uma profundidade de 16 quilômetros (10 milhas), contém apenas cerca de um trilhão de átomos de astato-215 a qualquer momento (cerca de 3,5 × 10-10 gramas). Astatine-217 é produzido através do decaimento radioativo do neptúnio-237. Restos primordiais deste último isótopo - devido à sua meia-vida relativamente curta de 2,14 milhões de anos - não estão mais presentes na Terra. No entanto, vestígios ocorrem naturalmente como um produto de reações de transmutação em minérios de urânio . Astatine-218 foi o primeiro isótopo astato descoberto na natureza. Astatine-219, com meia-vida de 56 segundos, é o mais longo dos isótopos de ocorrência natural.

Isótopos de astatine às vezes não são listados como ocorrendo naturalmente devido a equívocos de que não existem tais isótopos, ou discrepâncias na literatura. Astatine-216 foi contado como um isótopo de ocorrência natural, mas relatos de sua observação (que foram descritos como duvidosos) não foram confirmados.

Síntese

Formação

Possíveis reações após bombardear o bismuto-209 com partículas alfa
Reação Energia da partícula alfa
209
83
Bi
+4
2
Ele
211
85
Em
+ 21
0
n
26 MeV
209
83
Bi
+4
2
Ele
210
85
Em
+ 31
0
n
40 MeV
209
83
Bi
+4
2
Ele
209
85
Em
+ 41
0
n
60 MeV

Astatine foi produzido pela primeira vez bombardeando o bismuto-209 com partículas alfa energéticas, e esta ainda é a principal rota usada para criar os isótopos de vida relativamente longa astatine-209 até astatine-211. Astatine é produzido apenas em quantidades minúsculas, com técnicas modernas que permitem execuções de produção de becquerels de até 6,6  giga (cerca de 86  nanogramas ou 2,47 × 10 14 átomos). A síntese de maiores quantidades de astato usando este método é restringida pela disponibilidade limitada de ciclotrons adequados e a perspectiva de fusão do alvo. A radiólise por solvente devido ao efeito cumulativo da decomposição astatina é um problema relacionado. Com a tecnologia criogênica, quantidades de microgramas de astato podem ser geradas via irradiação de prótons de tório ou urânio para produzir radônio-211, que por sua vez decai para astato-211. Prevê-se que a contaminação com astatine-210 seja uma desvantagem deste método.

O isótopo mais importante é astatine-211, o único em uso comercial. Para produzir o alvo de bismuto, o metal é pulverizado sobre uma superfície de ouro, cobre ou alumínio de 50 a 100 miligramas por centímetro quadrado. O óxido de bismuto pode ser usado em seu lugar; isto é fundido à força com uma placa de cobre. O alvo é mantido sob uma atmosfera de nitrogênio quimicamente neutro e é resfriado com água para evitar a vaporização astatina prematura. Em um acelerador de partículas, como um cíclotron, as partículas alfa colidem com o bismuto. Mesmo que apenas um isótopo de bismuto seja usado (bismuto-209), a reação pode ocorrer de três maneiras possíveis, produzindo astatine-209, astatine-210 ou astatine-211. A fim de eliminar nuclídeos indesejados, a energia máxima do acelerador de partículas é definida para um valor (idealmente 29,17 MeV) acima daquele para a reação que produz astato-211 (para produzir o isótopo desejado) e abaixo daquele que produz astato-210 (para evitar a produção de outros isótopos astatinos).

Métodos de separação

Como o astato é o principal produto da síntese, após sua formação, ele deve ser separado apenas do alvo e de quaisquer contaminantes significativos. Vários métodos estão disponíveis, "mas eles geralmente seguem uma de duas abordagens - destilação a seco ou tratamento com ácido [úmido] do alvo seguido de extração com solvente". Os métodos resumidos abaixo são adaptações modernas de procedimentos mais antigos, conforme revisado por Kugler e Keller. As técnicas anteriores a 1985 tratavam mais frequentemente da eliminação do polônio tóxico coproduzido; este requisito agora é mitigado limitando a energia do feixe de irradiação do ciclotron.

Seco

O alvo do ciclotron contendo astato é aquecido a uma temperatura de cerca de 650 ° C. O astatine volatiliza e é condensado (normalmente) em uma armadilha fria . Temperaturas mais altas de até cerca de 850 ° C podem aumentar o rendimento, sob o risco de contaminação com bismuto por volatilização simultânea. Pode ser necessário redestilar o condensado para minimizar a presença de bismuto (pois o bismuto pode interferir nas reações de marcação astatina ). O astatine é recuperado da armadilha usando um ou mais solventes de baixa concentração, como hidróxido de sódio , metanol ou clorofórmio . Rendimentos astatinos de até cerca de 80% podem ser alcançados. A separação a seco é o método mais comumente usado para produzir uma forma quimicamente útil de astatine.

Molhado

O alvo de bismuto irradiado (ou às vezes trióxido de bismuto ) é primeiro dissolvido em, por exemplo, ácido nítrico ou perclórico concentrado. Seguindo esta primeira etapa, o ácido pode ser destilado para deixar para trás um resíduo branco que contém bismuto e o produto astato desejado. Este resíduo é então dissolvido em um ácido concentrado, como ácido clorídrico. Astatine é extraído deste ácido usando um solvente orgânico, como butil ou éter isopropílico , diisopropiléter (DIPE) ou tiossemicarbazida . Usando extração líquido-líquido, o produto astato pode ser lavado repetidamente com um ácido, como HCl, e extraído para a camada de solvente orgânico. Um rendimento de separação de 93% usando ácido nítrico foi relatado, caindo para 72% no momento em que os procedimentos de purificação foram concluídos (destilação de ácido nítrico, purga de óxidos de nitrogênio residuais e redissolução de nitrato de bismuto para permitir a extração líquido-líquido ). Os métodos úmidos envolvem "várias etapas de manipulação de radioatividade" e não foram considerados adequados para isolar grandes quantidades de astato. No entanto, os métodos de extração úmida estão sendo examinados para uso na produção de grandes quantidades de astatine-211, pois acredita-se que os métodos de extração úmida podem fornecer mais consistência. Eles podem permitir a produção de astato em um estado de oxidação específico e podem ter maior aplicabilidade em radioquímica experimental .

Usos e precauções

Várias moléculas contendo 211 At e seus usos experimentais
Agente Formulários
[ 211 At] coloides de telúrio-astato Tumores compartimentais
6- [ 211 At] astato-2-metil-1,4-naftaquinol difosfato Adenocarcinomas
Azul de metileno marcado com 211 At Melanomas
Meta- [ 211 At] astatobenzil guanidina Tumores neuroendócrinos
5- [ 211 At] astato-2'-desoxiuridina Vários
Conjugados de biotina marcados com 211 At Vários pré-segmentação
211 At-rotulado octreotida Receptor de somatostatina
Anticorpos monoclonais marcados com 211 At e fragmentos Vários
211 At-rotulados bisfosfonatos Metástases ósseas

O astatine-211 recém-formado é o assunto de pesquisas em andamento na medicina nuclear . Deve ser usado rapidamente, pois decai com meia-vida de 7,2 horas; isso é longo o suficiente para permitir estratégias de rotulagem em várias etapas . Astatine-211 tem potencial para terapia de partículas alfa direcionadas , uma vez que decai através da emissão de uma partícula alfa (para o bismuto-207) ou através da captura de elétrons (para um nuclídeo de vida extremamente curta, polônio-211, que sofre mais alfa decadência), atingindo muito rapidamente sua neta estável chumbo-207. Os raios X de polônio emitidos como resultado do ramo de captura de elétrons, na faixa de 77-92  keV , permitem o rastreamento de astato em animais e pacientes. Embora o astatine-210 tenha uma meia-vida um pouco mais longa, é totalmente inadequado porque geralmente sofre decadência beta mais para o polônio-210 extremamente tóxico.

A principal diferença medicinal entre astatine-211 e iodo-131 (um isótopo de iodo radioativo também usado na medicina) é que o iodo-131 emite partículas beta de alta energia, e astatine não. As partículas beta têm um poder de penetração muito maior através dos tecidos do que as partículas alfa, muito mais pesadas. Uma partícula alfa média liberada pelo astatine-211 pode viajar até 70 µm através dos tecidos circundantes; uma partícula beta de energia média emitida pelo iodo-131 pode viajar quase 30 vezes mais longe, cerca de 2 mm. A meia-vida curta e o poder de penetração limitado da radiação alfa através dos tecidos oferecem vantagens em situações em que "a carga tumoral é baixa e / ou as populações de células malignas estão localizadas nas proximidades de tecidos normais essenciais". Morbidade significativa em modelos de cultura de células de cânceres humanos foi alcançada com de um a dez átomos de astato-211 ligados por célula.

Astatine ... [é] um inferno de fazer e um inferno de se trabalhar.

P Durbin, Human Radiation Studies: Remembering the Early Years , 1995

Vários obstáculos foram encontrados no desenvolvimento de radiofármacos à base de astatine para o tratamento do câncer . A Segunda Guerra Mundial atrasou as pesquisas por quase uma década. Os resultados dos primeiros experimentos indicaram que um transportador seletivo para o câncer precisaria ser desenvolvido e não foi até a década de 1970 que os anticorpos monoclonais se tornaram disponíveis para esse propósito. Ao contrário de iodo, mostra uma tendência para astatine desalogenar a partir de transportadores molecular, tais como estes, particularmente em sp 3 sítios de carbono (menos de SP 2 sítios ). Dada a toxicidade do astato acumulado e retido no corpo, isso enfatizou a necessidade de garantir que ele permanecesse ligado à molécula hospedeira. Enquanto os portadores de astato que são metabolizados lentamente podem ser avaliados quanto à sua eficácia, os portadores de metabolização mais rápida continuam a ser um obstáculo significativo para a avaliação de astato na medicina nuclear. Mitigar os efeitos da radiólise induzida por astatine da química de rotulagem e moléculas transportadoras é outra área que requer desenvolvimento adicional. Uma aplicação prática para astatine como um tratamento de câncer seria potencialmente adequada para um número "surpreendente" de pacientes; a produção de astatine nas quantidades que seriam necessárias continua a ser um problema.

Estudos em animais mostram que o astato, assim como o iodo - embora em menor grau, talvez por causa de sua natureza um pouco mais metálica - está preferencialmente (e perigosamente) concentrado na glândula tireóide . Ao contrário do iodo, o astato também mostra uma tendência a ser absorvido pelos pulmões e pelo baço, possivelmente devido à oxidação corporal de At - para At + . Se administrado na forma de um radiocolóide, tende a se concentrar no fígado . Experimentos em ratos e macacos sugerem que o astato-211 causa danos muito maiores à glândula tireóide do que o iodo-131, com a injeção repetitiva do nuclídeo resultando em necrose e displasia celular dentro da glândula. As primeiras pesquisas sugeriram que a injeção de astato em roedores fêmeas causava mudanças morfológicas no tecido mamário; esta conclusão permaneceu controversa por muitos anos. Posteriormente, chegou-se a um consenso geral de que isso provavelmente foi causado pelo efeito da irradiação do tecido mamário combinado com alterações hormonais devido à irradiação dos ovários. Vestígios de astatine podem ser manuseados com segurança em capelas de exaustão, se bem arejados; a absorção biológica do elemento deve ser evitada.

Veja também

Notas

Referências

Bibliografia

links externos