Астат

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
85 ПолонийАстатРадон
I

At

Uus
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
85At
Unknown.svg
Electron shell 085 Astatine.svg
Внешний вид простого вещества
Чёрно-синие радиоактивные кристаллы
Свойства атома
Название, символ, номер

Аста́т / Astatium (At), 85

Атомная масса
(молярная масса)

209,9871 а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p5

Радиус атома

145 пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

(145) пм

Радиус иона

(+7e) 62 пм

Электроотрицательность

2,5 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

At2→2At 0,2 В

Степени окисления

7, 5, 3, 1, −1

Энергия ионизации
(первый электрон)

 916,3 (9,50) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

предположительно 6,4[1] г/см³

Температура плавления

503 K (230 °C, 446 °F)[1]

Температура кипения

575 K (302 °C, 576 °F)[1]

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

гранецентрированная кубическая атомная[2]

Температура Дебая

195 (расчётная)[2] K

85
Астат
At
(210)
4f145d106s26p5

Аста́т (от др.-греч. ἄστατος — «неустойчивый») — радиоактивный химический элемент 17-й группы периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы VII группы), шестого периода, с атомным номером 85. Обозначается символом At (лат. Astatium). Простое вещество астат (CAS-номер: 7440-68-8) при нормальных условиях — нестабильные кристаллы тёмно-синего цвета. Молекула астата, по всей видимости, двухатомна (формула At2)[3]. Недавние квантовомеханические расчёты из первых принципов предсказывают, что в конденсированном состоянии астат состоит не из молекул диастата, а образует металлический кристалл[4][2], в отличие от всех более лёгких галогенов, образующих при нормальном давлении[5] молекулярные кристаллы из молекул димеров Hal2.

В лабораторных условиях астат из-за сильной радиоактивности не удаётся получить в макроскопических количествах, достаточных для глубокого изучения его свойств.

История[править | править вики-текст]

Предсказан (как «эка-иод») Д. И. Менделеевым. В 1931 Ф. Аллисон с сотрудниками (Алабамский политехнический институт) сообщили об открытии этого элемента в природе и предложили для него название «алабамин» (Ab)[6][7], однако этот результат не подтвердился. Впервые астат был получен искусственно в 1940 Д. Корсоном, К. Р. Маккензи и Э. Сегре (Калифорнийский университет в Беркли). Для синтеза изотопа 211At они облучали висмут альфа-частицами.

В 19431946 годах изотопы астата были обнаружены в составе природных радиоактивных рядов (см. ниже).

В русской терминологии элемент до 1962 года назывался «астатин».

Также предлагались названия «гельветин» (в честь Гельвеции — древнего названия Швейцарии) и «лептин» (от греч. «слабый, шаткий»).

Нахождение в природе[править | править вики-текст]

Астат является наиболее редким элементом среди всех, обнаруженных в природе. В поверхностном слое земной коры толщиной 1,6 км содержится всего 70 мг астата. Постоянное присутствие астата в природе связано с тем, что его короткоживущие радионуклиды (215At, 218At и 219At) входят в состав радиоактивных рядов 235U и 238U. Скорость их образования постоянна и равна скорости их радиоактивного распада, поэтому в земной коре содержатся практически постоянное равновесное количество изотопов астата.

Получение[править | править вики-текст]

Астат получают только искусственно. В основном изотопы астата получают облучением металлических висмута или тория α-частицами высокой энергии с последующим отделением астата соосаждением, экстракцией, хроматографией или дистилляцией.

Физические свойства[править | править вики-текст]

Ввиду малого количества доступного для изучения вещества, физические свойства этого элемента плохо изучены и, как правило, построены на аналогиях с более доступными элементами.

Астат — твёрдое вещество сине-чёрного цвета, по внешнему виду похожее на иод[8]. Для него характерно сочетание свойств неметаллов (галогенов) и металлов (полоний, свинец и другие). Как и иод, астат хорошо растворяется в органических растворителях и легко ими экстрагируется. По летучести немного уступает иоду, но также может легко возгоняться[8].

Температура плавления 503 K (230 °C), кипения (возгонки) 575 K (302 °C)[1] (По другим источникам 244 °С, 309 °С соответственно[3]).

Химические свойства[править | править вики-текст]

По химическим свойствам астат близок как к иоду (проявляет свойства галогенов), так и к полонию (свойства металла)[9].

Астат в водном растворе восстанавливается диоксидом серы SO2; как и металлы, он осаждается даже из сильнокислых растворов сероводородом (H2S)[9]. Вытесняется из сернокислых растворов цинком (свойства металла)[9].

Как и все галогены, астат образует нерастворимую соль AgAt (астатид серебра)[9]. Он способен окисляться до состояния At(V), как и иод (например, соль AgAtO3 идентична по свойствам AgIO3)[9].

Астат реагирует с бромом и иодом, при этом образуются межгалогенные соединения — иодид астата AtI и бромид астата AtBr:

\mathsf{ At_2 + Br_2 \ \xrightarrow{} \ 2AtBr }
\mathsf{ At_2 + I_2 \ \xrightarrow{} \ 2AtI }

Оба эти соединения растворяются в тетрахлорметане СCl4[10].

Астат растворяется в разбавленной соляной и азотной кислотах[10]:

\mathsf{ At_2 + 10HNO_3 \ \xrightarrow{} \ 2HAtO_3 + 10NO_2 + 4H_2O }

При действии на водный раствор астата водородом в момент реакции образуется газообразный астатоводород HAt. Однако ввиду одинаковой электроотрицательности водорода и астата астатоводород крайне неустойчив, а в водных растворах существуют не только протоны, но и ионы At+, чего нет у всех других галогеноводородных кислот[11].

С металлами астат образует соединения, в которых проявляет степень окисления −1, как и все остальные галогены (NaAt — астатид натрия). Подобно другим галогенам, астат может замещать водород в молекуле метана до получения тетраастатметана CAt4. При этом образуются сперва астатметан CH3At, затем диастатметан CH2At2 и астатоформ CHAt3.

В положительных степенях окисления астат образует кислородсодержащую форму, которую условно обозначают как Atτ+ (астат-тау-плюс).

Присутствие астата определяется по характерному альфа-излучению[9].

Применение[править | править вики-текст]

Весьма перспективным для лечения заболеваний щитовидной железы является 211At. Имеются сведения[источник не указан 497 дней], что радиобиологическое действие α-частиц астата на щитовидную железу в 2,8 раза сильнее β-частиц иода-131. При этом следует учесть, что с помощью иона роданида можно надёжно вывести астат из организма[источник не указан 344 дня].

Биологическая роль[править | править вики-текст]

Будучи схожим по химическим свойствам с иодом, астат радиотоксичен. При попадании в организм концентрируется в печени. Как и иод, астат способен накапливаться в щитовидной железе. Альфа-излучение астата поражает близлежащие ткани, приводит к нарушению их функции и в перспективе — к образованию опухолей.

Изотопы[править | править вики-текст]

На 2003 год известны 33 изотопа астата, а также 23 метастабильных возбуждённых состояния ядер астата. Все они радиоактивны. Самые устойчивые из них (от 207At до 211At) имеют период полураспада больше часа (наиболее стабилен 210At, T1/2=8,3 часа[9][12]); однако у трёх природных изотопов период полураспада не превышает минуты.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 4 Astatine: physical properties (англ.). WebElements. Проверено 13 сентября 2013.
  2. 1 2 3 Andreas Hermann, Roald Hoffmann, and N. W. Ashcroft Condensed Astatine: Monatomic and Metallic (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2013. — Vol. 111. — P. 116404. — DOI:10.1103/PhysRevLett.111.116404
  3. 1 2 Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 211. — 623 с. — 100 000 экз.
  4. Редчайший галоген оказался металлом. Лента.Ру (10 сентября 2013). Проверено 13 сентября 2013.
  5. При увеличении давления кристаллы других галогенов также переходят из молекулярных в атомные; кристаллы хлора достигают этого состояния при 180 ГПа, брома — при 60 ГПа, иода — при 21 ГПа (Hermann et al., 2013).
  6. Education: Alabamine & Virginium (англ.). Time Inc. Проверено 13 сентября 2013.
  7. Astatine (англ.). Проверено 13 сентября 2013.
  8. 1 2 Школьная энциклопедия. Химия. Москва, Дрофа, 2003 год.
  9. 1 2 3 4 5 6 7 Астат — статья из Большой советской энциклопедии
  10. 1 2 Reaction of astatine with the halogens (англ.). WebElements. Проверено 13 сентября 2013.
  11. Advances in Inorganic Chemistry, Volume 6 by Emeleus, p.219, Academic Press, 1964 ISBN 0-12-023606-0
  12. Астат. Популярная библиотека химических элементов. Проверено 13 сентября 2013.


Литература[править | править вики-текст]

  • Лаврухина А. К., Поздняков А. А. «Аналитическая химия технеция, прометия, астатина и франция». М.: Наука, 1966
  • Chalk in W.A., Herrmann E., «Isotopcnpraxis», 1975, Bd 11, H. 10, S. 333-40; Downs A., Adams C. G., The chemistry of chlorine, bromine, iodine and astatinev Oxf. — [a.o.].