Astatine là nguyên tố hiếm nhất trên Trái đất; chỉ có khoảng 25 gram xảy ra tự nhiên trên hành tinh tại bất kỳ thời điểm nào. Sự tồn tại của nó đã được dự đoán vào những năm 1800, nhưng cuối cùng đã được phát hiện khoảng 70 năm sau. Nhiều thập kỷ sau khi phát hiện ra nó, rất ít thông tin về astatine. Thật vậy, các nhà vật lý suy ra nhiều tính chất của nó - chẳng hạn như tính chất phóng xạ, dẫn và màu của nó - dựa trên các thành viên nhóm halogen khác.
Lịch sử
Theo Peter van der Krogt, Dmitri Mendeleyev, nhà hóa học người Nga năm 1869 đã tổ chức các nguyên tố vào bảng tuần hoàn vẫn được sử dụng cho đến ngày nay, dự đoán các thuộc tính của nguyên tố chưa biết sẽ lấp đầy khoảng trống trên bảng tuần hoàn cho nguyên tố số 85, theo Peter van der Krogt , một sử gia người Hà Lan. Mendeleyev đặt tên cho nguyên tố chưa biết này là eka-iodine do vị trí của nó ngay dưới iốt trong nhóm các nguyên tố halogen.
Khi việc tìm kiếm nguyên tố mới bắt đầu, một số báo cáo đã được công bố về nguyên tố 85, theo một bài báo năm 2010 được đăng trên Bulletin for the History of Chemistry của Brett F. Thornton và Shawn C. Burdette, các nhà nghiên cứu ở Thụy Điển và Hoa Kỳ, tương ứng. Các báo cáo này bao gồm các tuyên bố rằng phần tử không thể tồn tại, rằng các nhà nghiên cứu tìm thấy phần tử không thể cô lập nó và các thuộc tính được báo cáo không phù hợp với các xét nghiệm.
Có rất nhiều sự mơ hồ về người đầu tiên phát hiện ra astatine, theo Thornton và Burdette. Phát hiện này có thể được quy cho một số ít các nhà nghiên cứu, đáng chú ý nhất là một trong các nhóm sau đây.
Horia Hulubei và Yvetter Cauchois, các nhà nghiên cứu tại Sorbonne ở Paris, đã công bố kết quả khám phá ra nguyên tố 85 vào năm 1938. Họ đã sử dụng phương pháp tách hóa học và công bố rằng họ tìm thấy ba vạch quang phổ tia X cho nguyên tố phù hợp với dự đoán trước đó. Thật không may, sự bùng nổ của Thế chiến II đã làm gián đoạn nghiên cứu của họ cũng như liên lạc giữa các nhà khoa học trên khắp thế giới.
Phát hiện đầu tiên được công nhận thành công về astatine là vào năm 1940 bởi Dale R. Coson, Kenneth Ross Mackenzie và Emilio Segrè, các nhà nghiên cứu tại Đại học California Berkeley, theo Chemicool. Vì không ai có thể tìm thấy nguyên tố hiếm trong tự nhiên, nhóm các nhà khoa học này đã sản xuất nó một cách nhân tạo bằng cách bắn phá bismuth-209 bằng các hạt alpha trong máy gia tốc hạt. Phản ứng này tạo ra astatine-211 cũng như hai neutron tự do. Nguyên tố này có tính phóng xạ cao và không ổn định, dẫn đến tên astatine từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là "không ổn định".
Tuy nhiên, một nhóm các nhà nghiên cứu khác đã xác định độc lập và đặc trưng nguyên tố 85 vào đầu những năm 1940, theo Thornton và Burdette. Berta Karlik và Traude Bernert vào năm 1942 đã báo cáo kết quả nghiên cứu của họ, bao gồm tên được đề xuất là "thiên niên kỷ". Tuy nhiên, vì WWII, tin tức được lưu giữ bên trong các lãnh thổ của Đức và tin tức khoa học từ các khu vực khác trên thế giới không được đưa vào, vì vậy Karlik và Bernert không biết kết quả tương tự từ nhóm Berkeley. Khi Karlik và Bernert nhận thức được kết quả được công bố từ nhóm tại Berkeley, họ vẫn tiếp tục nghiên cứu yếu tố 85 và bổ sung rất nhiều vào kiến thức về chuỗi phân rã tạo thành nguyên tố.
Chỉ sự thật
- Số nguyên tử (số proton trong hạt nhân): 85
- Biểu tượng nguyên tử (trên bảng tuần hoàn các nguyên tố): Tại
- Trọng lượng nguyên tử (khối lượng trung bình của nguyên tử): 210
- Mật độ: khoảng 4 ounces mỗi inch khối (khoảng 7 gram mỗi cm khối)
- Pha ở nhiệt độ phòng: rắn
- Điểm nóng chảy: 576 độ F (302 độ C)
- Điểm sôi: không rõ
- Số lượng đồng vị tự nhiên (nguyên tử của cùng một nguyên tố có số nơtron khác nhau): ít nhất 30 đồng vị phóng xạ
- Các đồng vị phổ biến nhất: At-210 (phần trăm không đáng kể của sự phong phú tự nhiên), Am-211 (phần trăm không đáng kể của sự phong phú tự nhiên)
Ai biết?
- Astatine được đặt theo tên của từ Hy Lạp 'astatos, có nghĩa là không ổn định, theo Phòng thí nghiệm Jefferson.
- Chỉ có khoảng 25 gram astatine xuất hiện tự nhiên trong lớp vỏ Trái đất tại bất kỳ thời điểm nào, theo Chemicool.
- Theo Lenntech, astatine là halogen nặng nhất được biết đến. Theo Elemental Matter, các nguyên tố halogen, bao gồm astatine, có chung đặc tính tương tự; chúng không phải là kim loại, có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, dễ vỡ khi rắn, là chất dẫn nhiệt và điện kém, và diatomic (phân tử của chúng chứa hai nguyên tử).
- Astatine là chất ít phản ứng nhất và có tính chất kim loại nhất của bất kỳ nguyên tố nào trong nhóm halogen, theo Chemicool.
- Đồng vị của astatine có chu kỳ bán rã dài nhất là astatine-210 với chu kỳ bán rã là 8.1 giờ, theo Phòng thí nghiệm Jefferson.
- Nhiều tính chất vật lý của astatine vẫn chưa được biết đến, bao gồm cả màu sắc của nó, theo một bài báo năm 2013 của D. Scott Wilbur được công bố trên tạp chí Nature. Dựa trên các mẫu màu được hiển thị bởi các thành viên khác trong gia đình halogen, người ta tin rằng astatine có màu tối, có thể gần với màu đen.
- Astatine có tính phóng xạ cao nhưng hầu như không gây ảnh hưởng đến sức khỏe hay môi trường do độ hiếm và thời gian bán hủy rất ngắn, theo Lenntech. Mặc dù nếu một người tiếp xúc với nó, astatine được cho là tích tụ trong tuyến giáp tương tự như iốt.
Nghiên cứu hiện tại
Sự khan hiếm của astatine làm cho nó trở thành một yếu tố cực kỳ khó nghiên cứu. Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu nghĩ rằng astatine có thể có công dụng trong điều trị ung thư. Astatine có thể hoạt động giống như iốt, có xu hướng thu thập trong tuyến giáp, theo Chemistry Giải thích. Astatine cũng có thể đi đến tuyến giáp và bức xạ của nó có thể tiêu diệt các tế bào ung thư trong tuyến.
Trong một bài báo năm 2015 được công bố trên Tạp chí Khoa học Phân tử Quốc tế, một nhóm các nhà nghiên cứu người Pháp do Françoir Kraeber-Bodéré dẫn đầu đã mô tả một phương pháp trị liệu bằng phương pháp xạ trị (RIT) sử dụng các hạt phóng xạ phát ra các hạt beta hoặc alpha. Astatine-211 là một đồng vị như vậy có thể có lợi cho trị liệu alpha vì nó có thời gian bán hủy dài hơn bismuth-213 theo truyền thống và nó có thể được sản xuất trong máy gia tốc hạt. Theo các tác giả, Astatine-211 đã được nghiên cứu cho sử dụng này từ ít nhất năm 1989, cho thấy có kết quả đầy hứa hẹn, bao gồm các thử nghiệm cấy ghép tủy xương ở bệnh nhân ung thư máu, nghiên cứu cấy ghép tế bào gốc ở chuột và trong điều trị hóa trị với bệnh nhân với khối u não.
Các kết luận mà các nhà nghiên cứu đưa ra cho thấy rằng sử dụng đồng vị phóng xạ, như astatine-211, có thể cải thiện hiệu quả RIT để điều trị khối u và các bệnh ung thư khác, đặc biệt là nếu điều trị được bắt đầu sớm trong bệnh. Phương pháp RIT này cũng có khả năng tiêu diệt các tế bào khối u còn lại thường kháng với hóa trị và xạ trị.
