Астат
(Astatium), At (От греч. αστατος — неустойчивый)
– радиоактивный химический элемент
VII группы периодической системы
элементов, атомный номер 85, массовое
число наиболее долгоживущего изотопа
210. Астат — наиболее тяжелый элемент
группы галогенов.
Астат
под названием экаиода предсказан Д.
И. Менделеевым. Впервые получен Д. Корсоном,
К. Мак-Кензи и Э. Сегре в 1940. В природе
астат впервые был обнаружен в 1943
австрийскими учеными Карликом и
Бернертом. Он входит в составе природных
радиоактивных рядов (самый устойчивый
из них 219At).
Изотопы
астата
Наиболее
долгоживущие изотопы 210At
(Т=8,1 ч, распадается К-захватом (99%) и
испускает α-частицы) и 211At
(Т=7,21 ч, распадается К-захватом (59,1%) и
испускает α-частицы). Отметим, что
211At
обладает способностью, известной в
радиохимии под названием «разветвленного
распада». Сущность явления состоит в
том, что некоторые из атомов этого
изотопа подвергаются одному типу
распада, а другие - другому, причем в
конечном результате этих распадов
выделяются альфа-частицы.
Известно
24 изотопа астата с массовыми числами
от 196 до 219. Наиболее важными из них
являются: 209At
(Т = 5,5 ч), 210At
(Т = 8,1 ч) и 211At
(Т = 7,2 ч). Все эти изотопы распадаются
путем электронного захвата и альфа-распада
и являются самыми долгоживущими
изотопами этого элемента. Они получаются
при облучении висмута альфа-частицами
по уравнению реакции 209Bi
(α, xn)At, а также при облучении тория и
урана протонами высоких энергий. В
качестве материала мишени используются
металлы или оксиды этих элементов,
впрессованные в медные подложки.
Самый короткоживущий изотоп астата
— 214At
(2*10-6
с). Массовая активность 211At
составляет 7,4⋅1013
Бк/мг.
At
образуются в крайне незначительных
количествах при радиоактивном распаде
урана и тория в природных условиях (0,02
%). В поверхностном слое земной коры
толщиной 1,6 км содержится 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
неизменные количества этих атомов.
Общее содержание астата в слое земной
коры толщиной 1,6 км оценивается в 69 мг.
Физические
и химические свойства
В
весовых количествах астат не выделен;
опыты с микроколличествами этого
элемента показали, что астат проявляет
с одной стороны, свойства неметалла
и сходен с иодом, с другой – свойства
металла и сходен с полонием и висмутом
(скорее всего астат – всё же металл). В
химических соединениях астата может
проявлять степени окисления -1, +1, +3, +5 и
+7. Наиболее устойчива из них -1.
Астат
(At)
Атомный
номер 85
Внешний
вид - черно-синие радиоактивные кристаллы
Атомная
масса (молярная масса) 209,9871 а.е.м. (г/моль)
Температура
плавления 575 K
Температура
кипения 610 K
Удельная
теплоемкость астата при температуре
298 К Ср=139,55 Дж/(кг-К).
Астат
не имеет ни изотопных носителей, ни
достаточно удовлетворительного
специфического носителя. Являясь
наиболее тяжелые галогеном, он должен
обладать свойствами последних. Однако
электроположительные свойства астата
проявляются более резко, чем у иода.
Положение осложняется тем, что химия
следовых количеств иода сильно отличается
от химии его макроколичеств.
Подобно
йоду, астат возгоняется (сублимируется)
при комнатной температуре, растворим
в органических растворителях,
концентрируется в щитовидной железе.
Как чистый металл астат ведет себя
удивительно: возгоняется в молекулярной
форме из водных растворов. Такой
способностью не обладает ни один из
известных элементов. Астат легко
экстрагируется органическими жидкостями
растворителях и легко ими экстрагируется.
По летучести немного уступает йоду, но
также может легко отгоняться.
Газообразный
астат хорошо адсорбируется на металлах
(Ag, Au, Pt). Десорбция астата происходит
при нагревании металлов до 500°С на
воздухе или в вакууме. Благодаря этому
удаётся выделить астат (до 85%) из продуктов
облучения висмута путём их вакуумной
дистилляции с поглощением Астат
серебром или платиной. At (0) сорбируется
на стекле из разбавленных азотнокислых
растворов. Химические свойства астата
очень интересны и своеобразны; он близок
как к йоду, так и к полонию, т. е. проявляет
свойства и неметалла (галогена) и металла.
Такое сочетание свойств обусловлено
положением астата в периодической
системе: он является наиболее тяжёлым
(и следовательно, наиболее «металлическим»)
элементом группы галогенов. Подобно
галогенам астат даёт нерастворимую
соль AgAt; подобно йоду окисляется до
5-валентного состояния (соль AgAtO3
аналогична AgJO3). Однако, как и типичные
металлы, Астат осаждается сероводородом
даже из сильно кислых растворов,
вытесняется цинком из сернокислых
растворов, а при электролизе осаждается
на катоде.
Получение
и определение астата
Астат
получают облучением металлических
висмута или тория α-частицами высокой
энергии с последующим отделением
астата соосаждением, экстракцией,
хроматографией или дистилляцией.
В
соответствии с методами получения
астата его приходится отделять от
больших количеств облученного висмута,
урана или тория, а также продуктов
деления и глубокого расщепления. В
облученной α-частицами висмутовой
мишени практически не содержатся
радиоактивные примеси других элементов.
Поэтому основная задача выделения
астата сводится к сбросу макроколичеств
висмута из расплавленной мишени путем
дистилляции. Астат при этом либо
адсорбируется из газовой фазы на платине
или на серебре, либо конденсируется
на стекле или замороженных растворах,
либо поглощается растворами сульфита
или щелочи. Другие методы выделения
астата из висмутовой мишени основаны
на экстракции или соосаждении астата
после растворения мишени.
Основным
методом выделения астата из облученных
урана и тория является газотермохроматография.
В этом случае астат испаряется из
мишени во время сгорания металлов в
кислороде и адсорбируется из газового
потока на серебре, золоте или платине.
Другим методом выделения астата из
ториевых и урановых мишеней является
сорбция его на металлическом теллуре
из солянокислых растворов в присутствии
восстановителей с последующей
десорбцией слабощелочным раствором.
Преимуществом первого метода является
его экспрессность (время выделения
составляет всего 10 мин). При 310°на
серебре концентрируется более 85% астата.
Химическое выделение астата можно
осуществить путём растворения висмутовой
мишени в кислоте с последующим
осаждением висмута в виде фосфата,
не захватывающего астат. Представляет
также интерес экстракция элементарного
астата диизопропиловым эфиром из
солянокислого раствора.
Единственным
методом определения астата является
радиометрический. Изотопы 209, 210, 211At
могут быть определены как по α-активности,
так и по γ- или рентгеновскому К,
L-излучению. В биологических исследованиях
используется также авторадиографический
метод определения астата по α-излучению
211At.
Применение
астата
В
промышленных масштабах он не выпускается.
211At
применяют в физиологических исследованиях
и в качестве радиофармацевтического
средства. Это обусловлено тем, что
астат, подобно йоду, концентрируется
в щитовидной железе. Преимуществом
его перед йодом является малый период
полураспада и локальное воздействие
α-частиц и электронов Оже. Радиобиологическое
действие α-частиц астата на щитовидную
железу в 2,8 раза сильнее β-частиц
иода. При этом следует учесть, что с
помощью иона роданида можно надежно
вывести астат из организма.
Биологическое
действие
Астат
— летучее вещество, имеет резкий запах,
вдыхание его даже в небольших количествах
вызывает сильное раздражение дыхательных
путей и воспаление слизистых оболочек.
Более значительное количество астата
может вызвать сильное отравление.
Гигиенические
нормативы относят 211At
к группе А радиационной опасности, МЗА
= 3,7.103
Бк.
Источник:
Комментариев нет:
Отправить комментарий