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Astatine,  85 At
Astatine
Pronunciación/ Æ s t ə t i n , - t ɪ n / ( AS -tə-adolescente, -⁠tin )
Aparienciadesconocido, probablemente metálico
Número de masa[210]
Astatino en la tabla periódica
HidrógenoHelio
LitioBerilioBoroCarbónNitrógenoOxígenoFlúorNeón
SodioMagnesioAluminioSilicioFósforoAzufreCloroArgón
PotasioCalcioEscandioTitanioVanadioCromoManganesoHierroCobaltoNíquelCobreZincGalioGermanioArsénicoSelenioBromoCriptón
RubidioEstroncioItrioCirconioNiobioMolibdenoTecnecioRutenioRodioPaladioPlataCadmioIndioEstañoAntimonioTelurioYodoXenón
CesioBarioLantanoCerioPraseodimioNeodimioPrometeoSamarioEuropioGadolinioTerbioDisprosioHolmioErbioTulioIterbioLutecioHafnioTantalioTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurio (elemento)TalioDirigirBismutoPolonioAstatineRadón
FrancioRadioActinioTorioProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmericioCurioBerkelioCalifornioEinstenioFermioMendelevioNobelioLawrencioRutherfordioDubniumSeaborgioBohriumHassiumMeitnerioDarmstadtiumRoentgenioCopérnicoNihoniumFlerovioMoscoviumLivermoriumTennessineOganesson
 Yo 
↑
en
↓
Ts
polonio ← astato → radón
Número atómico ( Z )85
Grupogrupo 17 (halógenos)
Períodoperíodo 6
Cuadra  bloque p
Configuración electronica[ Xe ] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 5
Electrones por capa2, 8, 18, 32, 18, 7
Propiedades físicas
Fase en  STPfase desconocida
Propiedades atómicas
Estados de oxidación−1 , +1 , +3, +5, +7 [1]
Energías de ionización
  • 1 °: 899,003 kJ / mol [2]
Otras propiedades
Ocurrencia naturalde la descomposición
Número CAS7440-68-8
Historia
Nombrardespués del griego astatos (αστατος), que significa "inestable"
DescubrimientoDale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie , Emilio Segrè (1940)
Principales isótopos de astato
IsótopoAbundanciaVida media ( t 1/2 )Modo de decaimientoProducto
209 ensyn5.41 horasβ +209 Po
α205 Bi
210 ensyn8,1 horasβ +210 Po
α206 Bi
211 ensyn7.21 horasε211 Po
α207 Bi
Category Categoría: Astatine
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La astatina es un elemento químico con el símbolo At y el número atómico 85. Es el elemento natural más raro en la corteza terrestre , que se presenta solo como producto de la desintegración de varios elementos más pesados. Todos los isótopos de astato tienen una vida corta; el más estable es el astato 210, con una vida media de 8,1 horas. Nunca se ha ensamblado una muestra del elemento puro, porque cualquier muestra macroscópica se vaporizaría inmediatamente por el calor de su propia radiactividad.

Las propiedades a granel del astato no se conocen con certeza. Muchos de ellos se han estimado en función de la posición del elemento en la tabla periódica como un análogo más pesado del yodo y un miembro de los halógenos (el grupo de elementos que incluye flúor , cloro , bromo y yodo). Sin embargo, el astato también se ubica aproximadamente a lo largo de la línea divisoria entre metales y no metales , y también se ha observado y predicho cierto comportamiento metálico. Es probable que la astatina tenga una apariencia oscura o brillante y puede ser un semiconductor o posiblemente un metal . Químicamente, varios aniónicosSe conocen especies de astato y la mayoría de sus compuestos se asemejan a los del yodo, pero a veces también presenta características metálicas y algunas similitudes con la plata .

La primera síntesis del elemento fue en 1940 por Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie y Emilio G. Segrè en la Universidad de California, Berkeley , quienes lo nombraron del griego astatos (ἄστατος), que significa "inestable". Posteriormente, se descubrió que cuatro isótopos de astato se producían de forma natural, aunque hay mucho menos de un gramo presente en un momento dado en la corteza terrestre. Ni el isótopo astato-210 más estable, ni el astato-211 médicamente útil, se producen de forma natural; sólo pueden producirse sintéticamente, normalmente bombardeando bismuto -209 con partículas alfa .

Características [ editar ]

La astatina es un elemento extremadamente radiactivo; todos sus isótopos tienen una vida media de 8,1 horas o menos, y se descomponen en otros isótopos de astato, bismuto , polonio o radón . La mayoría de sus isótopos son muy inestables, con vidas medias de un segundo o menos. De los primeros 101 elementos de la tabla periódica, solo el francio es menos estable, y todos los isótopos de astato más estables que el francio son en cualquier caso sintéticos y no se encuentran en la naturaleza. [3]

Las propiedades a granel del astato no se conocen con certeza. [4] La investigación está limitada por su corta vida media, lo que evita la creación de cantidades pesables. [5] Una pieza visible de astato se vaporizaría inmediatamente debido al calor generado por su intensa radiactividad. [6] Queda por ver si, con suficiente enfriamiento, una cantidad macroscópica de astato podría depositarse como una película delgada. [7] La astatina generalmente se clasifica como metaloide o no metálico ; [8] [9] También se ha predicho la formación de metales. [7] [10]

Físico [ editar ]

La mayoría de las propiedades físicas del astato se han estimado (por interpolación o extrapolación ), utilizando métodos derivados teórica o empíricamente. [11] Por ejemplo, los halógenos se oscurecen con el aumento del peso atómico: el flúor es casi incoloro, el cloro es amarillo verdoso, el bromo es marrón rojizo y el yodo es gris oscuro / violeta. La astatina a veces se describe como probablemente un sólido negro (suponiendo que siga esta tendencia), o como de apariencia metálica (si es un metaloide o un metal). [12] [13] [14]

El astatino se sublima con menos facilidad que el yodo, ya que tiene una presión de vapor más baja . [5] Aun así, la mitad de una cantidad determinada de astato se vaporizará en aproximadamente una hora si se coloca sobre una superficie de vidrio limpia a temperatura ambiente . [a] El espectro de absorción de astato en la región ultravioleta media tiene líneas en 224.401 y 216.225 nm, lo que sugiere transiciones de 6p a 7s . [16] [17]

Se desconoce la estructura del astato sólido. [18] Como análogo del yodo, puede tener una estructura cristalina ortorrómbica compuesta de moléculas de astato diatómico y ser un semiconductor (con una banda prohibida de 0,7 eV ). [19] [20] Alternativamente, si el astato condensado forma una fase metálica, como se ha predicho, puede tener una estructura cúbica monoatómica centrada en las caras ; en esta estructura bien puede ser un superconductor , como la fase similar de alta presión del yodo. [7] La evidencia a favor (o en contra) de la existencia de astato diatómico (At 2 ) es escasa y no concluyente.[21] [22] [23] [24] [25] Algunas fuentes afirman que no existe, o al menos nunca se ha observado, [26] [27] mientras que otras fuentes afirman o insinúan su existencia. [28] [29] [30] A pesar de esta controversia, se han predicho muchas propiedades del astato diatómico; [31] por ejemplo, su longitud de enlace sería300 ± 10  pm , energía de disociación83,7 ± 12,5 kJ / mol , [32] y calor de vaporización (∆H vap ) 54,39 kJ / mol. [33] Se han predicho muchos valores para los puntos de fusión y ebullición del astato, pero solo para At 2 . [34]

Química [ editar ]

La química del astato está "empañada por las concentraciones extremadamente bajas a las que se han realizado experimentos con astato y la posibilidad de reacciones con impurezas, paredes y filtros, o subproductos de radiactividad y otras interacciones no deseadas a nanoescala". [19] Muchas de sus propiedades químicas aparentes se han observado usando estudios de trazadores en soluciones de astato extremadamente diluidas, [30] [35] típicamente menos de 10 −10 mol·L −1 . [36] Algunas propiedades, como la formación de aniones, se alinean con otros halógenos. [5] La astatina también tiene algunas características metálicas, como enchaparse en un cátodo ,[b] y coprecipitación con sulfuros metálicos en ácido clorhídrico. [38] Forma complejos con EDTA , un agente quelante de metales, [39] y es capaz de actuar como metal en el radiomarcaje de anticuerpos ; en algunos aspectos, el astato en el estado +1 es similar a la plata en el mismo estado. Sin embargo, la mayor parte de la química orgánica del astato es análoga a la del yodo. [40] Se ha sugerido que el astato puede formar un catión monoatómico estableen solución acuosa, [38] [41] pero la evidencia de electromigración sugiere que la especie catiónica At (I) es ácido hipoastatoso protonado (H2 OAt + ), que muestra una analogía con el yodo. [42]

La astatina tiene una electronegatividad de 2,2 en la escala revisada de Pauling  , menor que la del yodo (2,66) e igual que el hidrógeno. En el astato de hidrógeno (HAt), se predice que la carga negativa está en el átomo de hidrógeno, lo que implica que este compuesto podría denominarse hidruro de astato de acuerdo con ciertas nomenclaturas. [43] [44] [45] [46] Eso sería consistente con que la electronegatividad del astato en la escala Allred-Rochow (1.9) sea menor que la del hidrógeno (2.2). [47] [c]Sin embargo, la nomenclatura estequiométrica oficial de la IUPAC se basa en una convención idealizada de determinar las electronegatividades relativas de los elementos por la mera virtud de su posición dentro de la tabla periódica. Según esta convención, el astato se manipula como si fuera más electronegativo que el hidrógeno, independientemente de su verdadera electronegatividad. La afinidad electrónica del astato, a 233 kJ mol -1 , es un 21% menor que la del yodo. [49] En comparación, el valor de Cl (349) es un 6,4% más alto que F (328); Br (325) es un 6,9% menos que Cl; e I (295) es 9.2% menor que Br. Se predijo que la marcada reducción de At se debía a las interacciones espín-órbita . [36] La primera energía de ionizaciónde astato es de aproximadamente 899 kJ mol -1 , que continúa la tendencia a disminuir las energías de primera ionización por el grupo halógeno (flúor, 1681; cloro, 1251; bromo, 1140; yodo, 1008). [2]

Compuestos [ editar ]

Menos reactivo que el yodo, el astato es el menos reactivo de los halógenos. [50] Sus compuestos se han sintetizado en cantidades microscópicas y se han estudiado lo más intensamente posible antes de su desintegración radiactiva. Las reacciones involucradas se han probado típicamente con soluciones diluidas de astato mezcladas con grandes cantidades de yodo. Actuando como un portador, el yodo asegura que haya suficiente material para que funcionen las técnicas de laboratorio (como la filtración y la precipitación ). [51] [52] [d] Al igual que el yodo, se ha demostrado que el astato adopta estados de oxidación impares que van de -1 a +7.

Sólo se han informado unos pocos compuestos con metales, en forma de astátidos de sodio, [6] paladio , plata, talio y plomo. [55] Algunas propiedades características del astaturo de plata y sodio, y de otros astátidos alcalinos y alcalinotérreos hipotéticos, se han estimado mediante extrapolación de otros haluros metálicos. [56]

Modelo de llenado de espacio de astato de hidrógeno

La formación de un compuesto de astato con hidrógeno, generalmente denominado astato de hidrógeno, fue notado por los pioneros de la química del astato. [57] Como se mencionó, existen motivos para referirse a este compuesto como hidruro de astato. Se oxida fácilmente ; la acidificación por ácido nítrico diluido da las formas At 0 o At + , y la posterior adición de plata (I) puede precipitar sólo parcialmente, en el mejor de los casos, astato como astato de plata (I) (AgAt). El yodo, por el contrario, no se oxida y se precipita fácilmente en forma de yoduro de plata (I) . [5] [58]

Se sabe que la astatina se une al boro , [59] carbono y nitrógeno . [60] Se han preparado varios compuestos de jaula de boro con enlaces At-B, que son más estables que los enlaces At-C. [61] La astatina puede reemplazar un átomo de hidrógeno en el benceno para formar astatobenceno C 6 H 5 At; esto se puede oxidar a C 6 H 5 AtCl 2 mediante cloro. Al tratar este compuesto con una solución alcalina de hipoclorito, se puede producir C 6 H 5 AtO 2 . [62]El catión dipiridina-astato (I), [At (C 5 H 5 N) 2 ] + , forma compuestos iónicos con perclorato [60] (un anión no coordinante [63] ) y con nitrato , [At (C 5 H 5 N) 2 ] NO 3 . [60] Este catión existe como un complejo de coordinación en el que dos enlaces covalentes dativos unen por separado el centro de astato (I) con cada uno de los anillos de piridina a través de sus átomos de nitrógeno. [60]

Con oxígeno, se evidencia la especie AtO - y AtO + en solución acuosa, formada por la reacción de astato con un oxidante como el bromo elemental o (en el último caso) por persulfato de sodio en una solución de ácido perclórico : [5 ] [64] la última especie también podría ser ácido astático protonado, H
2AtO+
2. [65] La especie que antes se pensaba que era AtO-
2desde entonces se ha determinado que es AtO (OH)-
2, un producto de hidrólisis de AtO + (otro producto de hidrólisis de este tipo es AtOOH). [66] El bien caracterizado AtO-
3El anión se puede obtener, por ejemplo, por oxidación de astato con hipoclorito de potasio en una solución de hidróxido de potasio . [62] [67] Se ha informado de la preparación de triastatato de lantano La (AtO 3 ) 3 , después de la oxidación del astato por una solución caliente de Na 2 S 2 O 8 . [68] Mayor oxidación de AtO-
3, como por difluoruro de xenón (en una solución alcalina caliente) o peryodato (en una solución neutra o alcalina), produce el ion perastatato AtO-
4; esto solo es estable en soluciones neutras o alcalinas. [69] También se cree que la astatina es capaz de formar cationes en sales con oxianiones como el yodato o el dicromato ; esto se basa en la observación de que, en soluciones ácidas, los estados positivos monovalentes o intermedios del astato coprecipitan con las sales insolubles de cationes metálicos como el yodato de plata (I) o el dicromato de talio (I). [62] [70]

La astatina puede formar enlaces con otros calcógenos ; estos incluyen S 7 At + y At (CSN)-
2con azufre , un compuesto selenourea de coordinación con selenio , y un coloide astato- telurio con telurio. [71]

Estructura del monoyoduro de astato, uno de los interhalógenos de astato y el interhalógeno diatómico conocido más pesado.

Se sabe que la astatina reacciona con sus homólogos más ligeros, yodo, bromo y cloro en estado de vapor; estas reacciones producen compuestos interhalógenos diatómicos con fórmulas AtI, AtBr y AtCl. [53] Los dos primeros compuestos también pueden producirse en agua: el astato reacciona con la solución de yodo / yoduro para formar AtI, mientras que el AtBr requiere (además del astato) una solución de yodo / monobromuro / bromuro de yodo . El exceso de yoduros o bromuros puede conducir a AtBr-
2y AtI-
2iones, [53] o en una solución de cloruro, pueden producir especies como AtCl-
2o AtBrCl-
a través de reacciones de equilibrio con los cloruros. [54] La oxidación del elemento con dicromato (en solución de ácido nítrico) mostró que la adición de cloruro convertía el astato en una molécula que probablemente sería AtCl o AtOCl. Del mismo modo, AtOCl-
2o AtCl-
2puede producirse. [53] Se sabe o se presume que han precipitado los polihaluros PdAtI 2 , CsAtI 2 , TlAtI 2 , [72] [73] [74] y PbAtI [75] . En un espectrómetro de masas de fuente de iones de plasma , los iones [AtI] + , [AtBr] + y [AtCl] + se han formado mediante la introducción de vapores de halógeno más ligeros en una celda llena de helio que contiene astato, lo que respalda la existencia de moléculas neutras estables en el estado de iones de plasma. [53]Aún no se han descubierto fluoruros de astato. Su ausencia se ha atribuido especulativamente a la extrema reactividad de tales compuestos, incluida la reacción de un fluoruro formado inicialmente con las paredes del recipiente de vidrio para formar un producto no volátil. [e] Por tanto, aunque se cree que la síntesis de un fluoruro de astato es posible, puede requerir un disolvente de fluoruro de halógeno líquido, como ya se ha utilizado para la caracterización del fluoruro de radón. [53] [69]

Historia [ editar ]

Mesa de Dmitri Mendeleev de 1871, con un espacio vacío en la posición de eka-yodo

En 1869, cuando Dmitri Mendeleev publicó su tabla periódica , el espacio debajo del yodo estaba vacío; después de que Niels Bohr estableció la base física de la clasificación de los elementos químicos, se sugirió que el quinto halógeno pertenecía allí. Antes de su descubrimiento oficialmente reconocido, se llamaba "eka-yodo" (del sánscrito eka  - "uno") para implicar que era un espacio debajo del yodo (de la misma manera que eka-silicio, eka-boro y otros ). [79] Los científicos intentaron encontrarlo en la naturaleza; dada su extrema rareza, estos intentos resultaron en varios descubrimientos falsos. [80]

Fred Allison y sus asociados en el Instituto Politécnico de Alabama (ahora Universidad de Auburn ) hicieron el primer descubrimiento de eka-yodo en 1931. Los descubridores nombraron al elemento 85 "alabamina" y le asignaron el símbolo Ab, designaciones que se utilizaron para unos años. [81] [82] [83] En 1934, HG MacPherson de la Universidad de California, Berkeley refutó el método de Allison y la validez de su descubrimiento. [84] Hubo otra afirmación en 1937, por parte del químico Rajendralal De. Trabajar en Dacca en la India británica (ahora Dhaka en Bangladesh), eligió el nombre "dakin" para el elemento 85, que afirmó haber aislado como el equivalente en serie del torio del radio F (polonio-210) en la serie del radio . Las propiedades que informó para dakin no corresponden a las de astatine; además, el astato no se encuentra en la serie del torio y se desconoce la verdadera identidad de dakin. [85]

En 1936, el equipo del físico rumano Horia Hulubei y la física francesa Yvette Cauchois afirmaron haber descubierto el elemento 85 mediante análisis de rayos X. En 1939, publicaron otro artículo que apoyaba y ampliaba los datos anteriores. En 1944, Hulubei publicó un resumen de los datos que había obtenido hasta ese momento, afirmando que estaba respaldado por el trabajo de otros investigadores. Eligió el nombre "dor", presumiblemente del rumano para "anhelo" [de paz], ya que la Segunda Guerra Mundial había comenzado cinco años antes. Como Hulubei estaba escribiendo en francés, un idioma que no se adapta al sufijo "ine", dor probablemente se habría traducido en inglés como "dorine", si se hubiera adoptado. En 1947, Hulubei 's afirmación fue efectivamente rechazada por el químico austríacoFriedrich Paneth , quien luego presidiría el comité de la IUPAC responsable del reconocimiento de nuevos elementos. Aunque las muestras de Hulubei contenían astato, sus medios para detectarlo eran demasiado débiles, según los estándares actuales, para permitir una identificación correcta. [86] También había estado involucrado en una afirmación falsa anterior sobre el descubrimiento del elemento 87 (francio) y se cree que esto hizo que otros investigadores minimizaran su trabajo. [87]

Emilio Segrè , uno de los descubridores del elemento principal astatine

En 1940, el químico suizo Walter Minder anunció el descubrimiento del elemento 85 como el producto de desintegración beta del radio A (polonio-218), eligiendo el nombre "helvetium" (de Helvetia , el nombre latino de Suiza). Berta Karlik y Traude Bernert no lograron reproducir sus experimentos, y posteriormente atribuyeron los resultados de Minder a la contaminación de su flujo de radón ( radón-222 es el isótopo padre del polonio-218). [88] [f] En 1942, Minder, en colaboración con la científica inglesa Alice Leigh-Smith, anunció el descubrimiento de otro isótopo del elemento 85, presuntamente producto del torio A(polonio-216) desintegración beta. Llamaron a esta sustancia "anglo-helvetium", [89] pero Karlik y Bernert nuevamente no pudieron reproducir estos resultados. [51]

Más tarde, en 1940, Dale R. Corson , Kenneth Ross MacKenzie y Emilio Segrè aislaron el elemento en la Universidad de California, Berkeley. En lugar de buscar el elemento en la naturaleza, los científicos lo crearon bombardeando bismuto-209 con partículas alfa en un ciclotrón (acelerador de partículas) para producir, después de la emisión de dos neutrones, astato-211. [90]Los descubridores, sin embargo, no sugirieron inmediatamente un nombre para el elemento. La razón de esto fue que en ese momento, un elemento creado sintéticamente en "cantidades invisibles" que aún no se había descubierto en la naturaleza no se consideraba completamente válido; Además, los químicos eran reacios a reconocer isótopos radiactivos tan legítimamente como estables. [91] En 1943, astato se encuentra como un producto de dos de origen natural cadenas de desintegración por Berta Karlik y Traude Bernert, primero en el llamado series de uranio , y luego en la serie actinio . [92] [93] (Desde entonces, el astato también se encontró en una tercera cadena de desintegración, la serie del neptunio .[94] ) Friedrich Paneth en 1946 llamó a reconocer finalmente los elementos sintéticos, citando, entre otras razones, la confirmación reciente de su ocurrencia natural, y propuso que los descubridores de los elementos sin nombre recientemente descubiertos nombren estos elementos. A principios de 1947, Nature publicó las sugerencias de los descubridores; una carta de Corson, MacKenzie y Segrè sugirió que el nombre "astatine" [91] proviene del griego astatos (αστατος) que significa "inestable", debido a su propensión a la desintegración radiactiva, con la terminación "-ine", que se encuentra en los nombres de los cuatro halógenos previamente descubiertos. El nombre también fue elegido para continuar la tradición de los cuatro halógenos estables, donde el nombre se refería a una propiedad del elemento. [95]

Corson y sus colegas clasificaron el astato como un metal sobre la base de su química analítica . [96] Investigadores posteriores informaron un comportamiento similar al yodo, [97] [98] catiónico, [99] [100] o anfótero . [101] [102] En una retrospectiva de 2003, Corson escribió que "algunas de las propiedades [del astato] son ​​similares al yodo ... también exhibe propiedades metálicas, más como sus vecinos metálicos Po y Bi". [95]

Isótopos [ editar ]

Artículo principal: Isótopos de astato
Características de desintegración alfa de los isótopos de astato de muestra [g]

Número de masa		Exceso de masa [3]Vida media [3]Probabilidad
de
desintegración alfa [3]		Vida media de
desintegración alfa
207−13,243 MeV1,80 h8,6 %20,9 horas
208−12,491 MeV1,63 horas0,55 %12,3 días
209−12,880 MeV5.41 horas4,1 %5,5 días
210−11,972 MeV8,1 horas0,175 %193 días
211−11,647 MeV7.21 horas41,8 %17,2 h
212−8,621 MeV0,31 s≈100%0,31 s
213−6,579 MeV125 ns100 %125 ns
214−3,380 MeV558 ns100 %558 ns
21910,397 MeV56 s97 %58 s
22014.350 MeV3,71 min8 %46,4 min
221 [h]16,810 MeV2,3 minexperimentalmente
alfa estable		∞

Hay 39 isótopos conocidos de astato, con masas atómicas (números de masa) de 191 a 229. El modelo teórico sugiere que podrían existir 37 isótopos más. [103] No se ha observado ningún isótopo de astato estable o de larga duración, ni se espera que exista ninguno. [104]

Las energías de desintegración alfa de Astatine siguen la misma tendencia que para otros elementos pesados. [104] Los isótopos de astato más ligeros tienen energías bastante altas de desintegración alfa, que disminuyen a medida que los núcleos se vuelven más pesados. Astatine-211 tiene una energía significativamente más alta que el isótopo anterior, porque tiene un núcleo con 126 neutrones, y 126 es un número mágico correspondiente a una capa de neutrones llena. A pesar de tener una vida media similar a la del isótopo anterior (8,1 horas para el astato 210 y 7,2 horas para el astato 211), la probabilidad de desintegración alfa es mucho mayor para este último: 41,81% frente a solo 0,18%. [3] [i]Los dos isótopos siguientes liberan aún más energía, y el astato-213 libera la mayor cantidad de energía. Por esta razón, es el isótopo de astato de vida más corta. [104] A pesar de que los isótopos de astato más pesados ​​liberan menos energía, no existe ningún isótopo de astato de larga duración debido al papel cada vez más importante de la desintegración beta (emisión de electrones). [104] Este modo de desintegración es especialmente importante para el astato; Ya en 1950 se postuló que todos los isótopos del elemento sufren desintegración beta, [105] aunque las mediciones de la masa nuclear indican que 215 At es de hecho beta estable , ya que tiene la masa más baja de todas las isobaras con A  = 215. [ 3]Se ha encontrado un modo de desintegración beta para todos los demás isótopos de astato, excepto para el astato-213, el astato-214 y el astato-216m. [3] El astato-210 y los isótopos más ligeros exhiben desintegración beta más ( emisión de positrones ), el astato-216 y los isótopos más pesados ​​exhiben desintegración beta menos, y el astato-212 se desintegra a través de ambos modos, mientras que el astato-211 sufre captura de electrones . [3]

El isótopo más estable es el astato 210, que tiene una vida media de 8,1 horas. El modo de desintegración primario es beta plus, para el polonio 210, emisor alfa, de vida relativamente larga (en comparación con los isótopos de astato) . En total, solo cinco isótopos tienen vidas medias superiores a una hora (astato-207 a -211). El isótopo en estado fundamental menos estable es el astato-213, con una vida media de 125 nanosegundos. Sufre desintegración alfa al bismuto-209 de vida extremadamente larga . [3]

La astatina tiene 24 isómeros nucleares conocidos , que son núcleos con uno o más nucleones ( protones o neutrones ) en un estado excitado . Un isómero nuclear también se puede llamar un " meta- estado", lo que significa que el sistema tiene más energía interna que el " estado fundamental " (el estado con la energía interna más baja posible), lo que hace que el primero probablemente se descomponga en el segundo. Puede haber más de un isómero para cada isótopo. El más estable de estos isómeros nucleares es el astato-202m1, [j]que tiene una vida media de aproximadamente 3 minutos, más larga que las de todos los estados fundamentales excepto las de los isótopos 203-211 y 220. El menos estable es el astato-214m1; su vida media de 265 nanosegundos es más corta que la de todos los estados fundamentales excepto el de astato-213. [3] [103]

Ocurrencia natural [ editar ]

Serie de neptunio, que muestra los productos de desintegración, incluido el astato-217, formado a partir del neptunio-237

La astatina es el elemento natural más raro. [k] La cantidad total de astato en la corteza terrestre (masa cotizada 2,36 × 10 25 gramos) [106] es estimada por algunos en menos de un gramo en un momento dado. [5] Otras fuentes estiman que la cantidad de astato efímero, presente en la tierra en un momento dado, es de hasta una onza [107] (unos 28 gramos).

Cualquier astato presente en la formación de la Tierra ha desaparecido hace mucho tiempo; los cuatro isótopos naturales (astato-215, -217, -218 y -219) [108] se producen en cambio continuamente como resultado de la desintegración de los minerales de torio y uranio radiactivos y trazas de neptunio-237 . La masa continental de América del Norte y del Sur combinadas, a una profundidad de 16 kilómetros (10 millas), contiene solo alrededor de un billón de átomos de astato-215 en un momento dado (alrededor de 3,5 × 10-10 gramos). [109]La astatina-217 se produce mediante la desintegración radiactiva del neptunio-237. Los restos primordiales del último isótopo, debido a su vida media relativamente corta de 2,14 millones de años, ya no están presentes en la Tierra. Sin embargo, se producen trazas de forma natural como producto de reacciones de transmutación en los minerales de uranio . [110] Astatine-218 fue el primer isótopo de astato descubierto en la naturaleza. [111] La astatina-219, con una vida media de 56 segundos, es el isótopo de mayor duración de los isótopos naturales. [3]

Los isótopos de astato a veces no se enumeran como de origen natural debido a conceptos erróneos [101] de que no existen tales isótopos, [112] o discrepancias en la bibliografía. La astatina-216 se ha contado como un isótopo natural, pero los informes de su observación [113] (que se describieron como dudosos) no se han confirmado. [114]

Síntesis [ editar ]

Formación [ editar ]

Posibles reacciones tras bombardear bismuto-209 con partículas alfa
Reacción [l]Energía de partícula alfa
209
83Bi +4
2Él →211
85En + 21
0norte		26 MeV [51]
209
83Bi +4
2Él →210
85A + 31
0norte		40 MeV [51]
209
83Bi +4
2Él →209
85A + 41
0norte		60 MeV [115]

La astato se produjo por primera vez bombardeando bismuto-209 con partículas alfa energéticas, y esta sigue siendo la ruta principal utilizada para crear los isótopos de vida relativamente larga astatine-209 a astatine-211. La astatina solo se produce en cantidades minúsculas, con técnicas modernas que permiten series de producción de hasta 6,6  giga becquerels [116] (alrededor de 86  nanogramos o 2,47 × 10 14 átomos). La síntesis de mayores cantidades de astato usando este método está restringida por la disponibilidad limitada de ciclotrones adecuados y la perspectiva de derretir el objetivo. [116] [117] [m] Radiólisis por solvente debido al efecto acumulativo de la desintegración del astato [119]es un problema relacionado. Con la tecnología criogénica, se podrían generar cantidades de microgramos de astato mediante la irradiación de protones de torio o uranio para producir radón-211, que a su vez se descompondrá en astato-211. Se espera que la contaminación con astato-210 sea un inconveniente de este método. [120]

El isótopo más importante es el astato-211, el único de uso comercial. Para producir el objetivo de bismuto, el metal se pulveriza sobre una superficie de oro, cobre o aluminio a razón de 50 a 100 miligramos por centímetro cuadrado. En su lugar, se puede utilizar óxido de bismuto ; esto se fusiona a la fuerza con una placa de cobre. [121] El objetivo se mantiene bajo una atmósfera de nitrógeno químicamente neutra , [122] y se enfría con agua para evitar la vaporización prematura del astato. [121] En un acelerador de partículas, como un ciclotrón, [123]las partículas alfa chocan con el bismuto. Aunque solo se usa un isótopo de bismuto (bismuto-209), la reacción puede ocurrir de tres formas posibles, produciendo astato-209, astato-210 o astato-211. Para eliminar nucleidos no deseados, la energía máxima del acelerador de partículas se establece en un valor (óptimamente 29,17 MeV) [124] por encima del de la reacción que produce astato-211 (para producir el isótopo deseado) y por debajo del que produce astato- 210 (para evitar la producción de otros isótopos de astato). [121]

Métodos de separación [ editar ]

Dado que el astato es el producto principal de la síntesis, después de su formación solo debe separarse del objetivo y de cualquier contaminante significativo. Hay varios métodos disponibles, "pero generalmente siguen uno de dos enfoques: destilación en seco o tratamiento con ácido [húmedo] del objetivo seguido de extracción con solvente". Los métodos que se resumen a continuación son adaptaciones modernas de procedimientos más antiguos, según lo revisado por Kugler y Keller. [125] [n] Las técnicas anteriores a 1985 abordaban con mayor frecuencia la eliminación del polonio tóxico coproducido; este requisito ahora se mitiga al limitar la energía del haz de irradiación del ciclotrón. [116]

Seco [ editar ]

El objetivo del ciclotrón que contiene astato se calienta a una temperatura de alrededor de 650 ° C. El astato se volatiliza y se condensa en (típicamente) una trampa fría . Las temperaturas más altas de hasta alrededor de 850 ° C pueden aumentar el rendimiento, con el riesgo de contaminación con bismuto por volatilización simultánea. Puede ser necesario volver a destilar el condensado para minimizar la presencia de bismuto [127] (ya que el bismuto puede interferir con las reacciones de marcaje de astato ). El astato se recupera de la trampa utilizando uno o más disolventes de baja concentración como hidróxido de sodio , metanol o cloroformo.. Se pueden lograr rendimientos de astatina de hasta alrededor del 80%. La separación en seco es el método más comúnmente utilizado para producir una forma químicamente útil de astato. [117] [128]

Mojado [ editar ]

La diana de bismuto irradiado (o algunas veces trióxido de bismuto ) se disuelve primero en, por ejemplo, ácido nítrico o perclórico concentrado. Después de este primer paso, el ácido se puede destilar para dejar un residuo blanco que contiene tanto bismuto como el producto de astato deseado. A continuación, este residuo se disuelve en un ácido concentrado, como el ácido clorhídrico. La astatina se extrae de este ácido utilizando un disolvente orgánico como butil o isopropil éter , diisopropiléter (DIPE) o tiosemicarbazida.. Usando extracción líquido-líquido, el producto de astato puede lavarse repetidamente con un ácido, como HCl, y extraerse en la capa de disolvente orgánico. Se informó un rendimiento de separación del 93% con ácido nítrico, que cayó al 72% cuando se completaron los procedimientos de purificación (destilación de ácido nítrico, purga de óxidos de nitrógeno residuales y redisolución del nitrato de bismuto para permitir la extracción líquido-líquido ). [129] [130]Los métodos húmedos implican "múltiples pasos de manipulación de radiactividad" y no se han considerado adecuados para aislar grandes cantidades de astato. Sin embargo, se están examinando los métodos de extracción húmeda para su uso en la producción de grandes cantidades de astato-211, ya que se cree que los métodos de extracción húmeda pueden proporcionar más consistencia. [130] Pueden permitir la producción de astato en un estado de oxidación específico y pueden tener una mayor aplicabilidad en radioquímica experimental . [116]

Usos y precauciones [ editar ]

Varias moléculas que contienen 211 At y sus usos experimentales [131]
AgenteAplicaciones
[ 211 At] coloides de astato-telurioTumores compartimentales
6- [ 211 At] astato-2-metil-1,4-naftaquinol difosfatoAdenocarcinomas
211 Azul de metileno con etiqueta AtMelanomas
Meta- [ 211 At] astatobencil guanidinaTumores neuroendocrinos
5- [ 211 At] astato-2'-desoxiuridinaVarios
211 Conjugados de biotina marcados con AtVarias segmentaciones previas
211 Octreótido marcado con AtReceptor de somatostatina
211 Anticuerpos y fragmentos monoclonales marcados con AtVarios
211 bisfosfonatos marcados con AtMetástasis óseas

El astatine-211 recién formado es objeto de investigación en curso en medicina nuclear . [131] Debe usarse rápidamente ya que se descompone con una vida media de 7.2 horas; esto es lo suficientemente largo para permitir estrategias de etiquetado de varios pasos . Astatine-211 tiene potencial para la terapia dirigida con partículas alfa , ya que se desintegra mediante la emisión de una partícula alfa (a bismuto-207), [132] o mediante captura de electrones (a un nucleido de vida extremadamente corta, polonio-211, que sufre una mayor desintegración alfa), alcanzando muy rápidamente su nieta estable plomo-207. Los rayos X de polonio emitidos como resultado de la rama de captura de electrones, en el rango de 77 a 92  keV , permiten el seguimiento de astato en animales y pacientes.[131] Aunque el astato 210 tiene una vida media un poco más larga, es totalmente inadecuado porque generalmente sufre una desintegración beta más al polonio 210 extremadamente tóxico. [133]

La principal diferencia medicinal entre el astato-211 y el yodo-131 (un isótopo de yodo radiactivo también utilizado en medicina) es que el yodo-131 emite partículas beta de alta energía, y el astato no. Las partículas beta tienen un poder de penetración mucho mayor a través de los tejidos que las partículas alfa mucho más pesadas. Una partícula alfa promedio liberada por astato-211 puede viajar hasta 70 µm a través de los tejidos circundantes; una partícula beta de energía media emitida por el yodo-131 puede viajar casi 30 veces más lejos, a unos 2 mm. [121] La vida media corta y el poder de penetración limitado de la radiación alfa a través de los tejidos ofrece ventajas en situaciones en las que "la carga tumoral es baja y / o las poblaciones de células malignas se encuentran muy cerca de los tejidos normales esenciales". [116]Se ha logrado una morbilidad significativa en modelos de cultivo celular de cánceres humanos con de uno a diez átomos de astato-211 unidos por célula. [134]

Astatine ... [es] miserable de hacer y un infierno con el que trabajar. [135]

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

Se han encontrado varios obstáculos en el desarrollo de radiofármacos a base de astato para el tratamiento del cáncer . La Segunda Guerra Mundial retrasó la investigación durante casi una década. Los resultados de los primeros experimentos indicaron que sería necesario desarrollar un portador selectivo para el cáncer y no fue hasta la década de 1970 que los anticuerpos monoclonales estuvieron disponibles para este propósito. A diferencia del yodo, el astato muestra una tendencia a deshalogenarse de portadores moleculares como estos, particularmente en los sitios de carbono sp 3 [o] (menos de los sitios sp 2). Dada la toxicidad de la astato acumulada y retenida en el cuerpo, esto enfatizó la necesidad de asegurar que permaneciera unido a su molécula huésped. Si bien se puede evaluar la eficacia de los portadores de astato que se metabolizan lentamente, los portadores de metabolización más rápida siguen siendo un obstáculo importante para la evaluación del astato en medicina nuclear. La mitigación de los efectos de la radiólisis inducida por astato de la química de marcado y las moléculas portadoras es otra área que requiere un mayor desarrollo. Una aplicación práctica del astato como tratamiento contra el cáncer sería potencialmente adecuada para un número "asombroso" de pacientes; la producción de astato en las cantidades necesarias sigue siendo un problema. [120] [136] [p]

Los estudios en animales muestran que el astato, al igual que el yodo, aunque en menor grado, quizás debido a su naturaleza ligeramente más metálica [107]  , se concentra preferencialmente (y peligrosamente) en la glándula tiroides . A diferencia del yodo, el astato también muestra una tendencia a ser absorbido por los pulmones y el bazo, posiblemente debido a la oxidación corporal de At - a At + . [40] Si se administra en forma de radiocoloide, tiende a concentrarse en el hígado . Los experimentos en ratas y monos sugieren que el astato-211 causa un daño mucho mayor a la glándula tiroides que el yodo-131, con inyecciones repetidas del nucleido que resultan en necrosis y displasia celular.dentro de la glándula. [137] Las primeras investigaciones sugirieron que la inyección de astato en roedores hembra provocó cambios morfológicos en el tejido mamario; [138] esta conclusión siguió siendo controvertida durante muchos años. Más tarde se llegó a un acuerdo general de que esto probablemente se debió al efecto de la irradiación del tejido mamario combinado con los cambios hormonales debidos a la irradiación de los ovarios. [135] Las trazas de astato se pueden manipular de forma segura en las campanas de extracción si están bien aireadas; Debe evitarse la absorción biológica del elemento. [139]

Ver también [ editar ]

  • Protección de radiación

Notas [ editar ]

  1. ^ Este período de media vaporización aumenta a 16 horas si en cambio se coloca sobre una superficie de oro o platino; esto puede deberse a interacciones poco conocidas entre el astato y estos metales nobles . [15]
  2. ^ También es posible que esto sea sorción en un cátodo. [37]
  3. ^ El algoritmo utilizado para generar la escala de Allred-Rochow falla en el caso del hidrógeno, proporcionando un valor cercano al del oxígeno (3,5). En cambio, al hidrógeno se le asigna un valor de 2,2. A pesar de esta deficiencia, la escala Allred-Rochow ha logrado un grado de aceptación relativamente alto. [48]
  4. ^ El yodo puede actuar como portador a pesar de que reacciona con el astato en el agua porque estas reacciones requieren yoduro (I - ), no (solo) I 2 . [53] [54]
  5. ^ Un intento inicial de fluorar el astato usando trifluoruro de cloro resultó en la formación de un producto que se adhirió al vidrio. Se formaron monofluoruro de cloro, cloro y tetrafluorosilano. Los autores calificaron el efecto de "desconcertante", admitiendo que habían esperado la formación de un fluoruro volátil. [76] Diez años más tarde, se predijo que el compuesto no sería volátil, fuera de línea con los otros halógenos pero similar al fluoruro de radón ; [77] en ese momento, se había demostrado que este último era iónico. [78]
  6. ^ En otras palabras, alguna otra sustancia estaba sufriendo desintegración beta (a un elemento final diferente), no el polonio-218.
  7. ^ En la tabla, bajo las palabras "exceso de masa", se dan los equivalentes de energía en lugar de los excesos de masa reales; "exceso de masa hija" representa la energía equivalente de la suma de exceso de masa de la hija del isótopo y la partícula alfa; "vida media de desintegración alfa" se refiere a la vida media si se omiten modos de desintegración distintos de alfa.
  8. ^ El valor del exceso de masa de astato-221 se calcula en lugar de medirse.
  9. ^ Esto significa que, si se omiten los modos de desintegración distintos de alfa, entonces el astato-210 tiene una vida media de desintegración alfa de 4.628,6 horas (128,9 días) y el astato-211 tiene uno de solo 17,2 horas (0,7 días). Por lo tanto, el astato-211 es mucho menos estable frente a la desintegración alfa que el astato-210.
  10. ^ "m1" significa que este estado del isótopo es el siguiente posible por encima - con una energía mayor que - el estado fundamental. "m2" y designaciones similares se refieren a estados de energía más altos. El número puede eliminarse si solo hay un metaestado bien establecido, como astatine-216m. A veces se utilizan otras técnicas de designación.
  11. ↑ Emsley [6] afirma que este título se ha perdido debido al berkelio , "algunos de los cuales pueden producirse en depósitos de uranio muy concentrados"; sin embargo, su afirmación no está corroborada por ninguna fuente primaria.
  12. ^ Un núclido se denota comúnmente por un símbolo del elemento químico al que pertenece este núclido, precedido por un número de masa en superíndice no espaciado y un número atómico en subíndice del núclido ubicado directamente debajo del número de masa. (Los neutrones se pueden considerar como núcleos con la masa atómica de 1 y la carga atómica de 0, siendo el símbolo n .) Con el número atómico omitido, también se usa a veces como una designación de un isótopo de un elemento en isótopo- química relacionada.
  13. ↑ Ver sin embargo Nagatsu et al. [118] que encapsulan el objetivo de bismuto en una fina lámina de aluminio y lo colocan en un soporte de niobio capaz de contener bismuto fundido.
  14. ^ Véase también Lavrukhina y Pozdnyakov. [126]
  15. ↑ En otras palabras, donde el orbital atómico s del carbonoy los orbitales p se hibridan para dar cuatro orbitales nuevos con forma de intermediarios entre los orbitales sy p originales.
  16. ^ "Desafortunadamente, el enigma al que se enfrenta el campo ... es que el suministro comercial de 211 At aguarda la demostración de eficacia clínica; sin embargo, la demostración de eficacia clínica requiere un suministro confiable de 211 At". [116]

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Enlaces externos [ editar ]

  • Astatine en The Periodic Table of Videos (Universidad de Nottingham)
  • Astatine: ¿halógeno o metal?