아스타틴

Astatine
아스타틴, 아스타틴
아스타틴
발음/ˈæstətiːn, -tɪn/ (ASS-tee-teen, -tin)
외모미지의, 아마도 금속성인
질량수[210]
주기율표의 아스타틴
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕소 카본 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브롬 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오븀 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 실버 카드뮴 인듐 주석 안티몬 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 터븀 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이터븀 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 플래티넘 골드 수성(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로탁티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 칼리포늄 아이슈타인 페르미움 멘델레비움 노벨륨 로렌시움 러더포디움 더브늄 시보리움 보흐리움 하시움 마이트네륨 다름슈타티움 로엔트게늄 코페르니슘 니혼이움 플레로비움 모스크바 주 리버모륨 테네시주 오가네손
I
↑
앳
↓
Ts
폴로늄 ← 아스타틴 → 라돈
원자 번호 (Z)85
그룹.17족(할로겐)
기간6교시
블록 p블록
전자배치[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p5
쉘당 전자 수2, 8, 18, 32, 18, 7
물리적 특성
단계 STP에서솔리드(솔리드)
밀도 (근처)8.91~8.95g/cm3(추정)[1]
어금니 부피23.6cm3/mol (추정)[1]
원자 특성
산화상태−1, +1, +3, +5, +7[2]
이온화 에너지
  • 1위: 899.003 kJ/mol[3]
기타속성
자연발생썩어서
결정구조 면심 큐빅(큐빅)
Face-centered cubic crystal structure for astatine

(주로)[4]
CAS 번호7440-68-8
역사
작명고대 그리스어 καρος (아스타토스)에서 '불안정'
디스커버리데일 R. 코슨, 케네스 로스 맥켄지, 에밀리오 세그레 (1940)
아스타틴 동위 원소
주동위원소[5] 디케이
흥겨운 춤 반감기의 (t1/2) 모드 상품
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α 205바이
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211앳 신스 7.21시간 ε 211포
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카테고리: 아스타틴
참고문헌

아스타틴(Astatine)은 화학 원소로 기호는 At, 원자 번호는 85입니다.그것은 지구의 지각에서 자연적으로 발생하는 가장 드문 원소이며, 다양한 무거운 원소들의 붕괴 생성물로만 발생합니다.아스타틴의 모든 동위 원소는 수명이 짧으며, 가장 안정한 것은 아스타틴-210으로 반감기는 8.1시간입니다.따라서 어떤 거시적인 표본도 방사능의 열에 의해 즉시 기화되기 때문에 원소의 고체 시료는 발견되지 않았습니다.

아스타틴의 대량 특성은 확실하게 알려져 있지 않습니다.대부분은 요오드의 무거운 유사체이자 할로겐(불소, 염소, 브롬, 요오드 및 텐진을 포함한 원소 그룹)의 구성원으로 주기율표 상의 위치로부터 추정되었습니다.그러나 금속과 비금속 사이의 경계선을 따라서 아스타틴도 대략적으로 떨어지며, 일부 금속적인 거동도 관찰되고 예측되고 있습니다.아스타틴은 외관이 어둡거나 광택이 나며 반도체 또는 금속일 가능성이 있습니다.화학적으로, 아스타틴의 몇몇 음이온성 종들이 알려져 있고 대부분의 화합물들이 요오드와 비슷하지만, 그것은 또한 때때로 금속적인 특징을 나타내고 은과 약간 유사합니다.

아스타틴의 최초 합성은 1940년 데일 R에 의해 이루어졌습니다. 캘리포니아 대학교 버클리의 코슨, 케네스 로스 맥켄지, 에밀리오 G. 세그레.그들은 그것을 고대 그리스어 ταν (아스타토스)에서 '불안정한' 이라는 이름을 따왔습니다.4개의 아스타틴 동위원소는 이후에 자연적으로 존재하는 것으로 밝혀졌지만, 지구의 지각에는 주어진 시간에 1 그램보다 훨씬 적은 양이 존재합니다.가장 안정한 동위원소인 아스타틴-210이나 의학적으로 유용한 아스타틴-211은 자연적으로 발생하지 않습니다. 보통 알파 입자를 비스무트-209에 폭격함으로써 생성됩니다.

특성.

아스타틴은 방사성 원소로, 모든 동위 원소는 반감기가 8.1시간 이하이며, 다른 아스타틴 동위 원소인 비스무트, 폴로늄, 라돈으로 붕괴됩니다.대부분의 동위 원소는 반감기가 초 이하일 정도로 매우 불안정합니다.주기율표의 처음 101개 원소 중 프랑슘만이 안정성이 떨어지며, 가장 수명이 긴 프랑슘 동위 원소보다 더 안정한 모든 아스타틴 동위 원소는 어떤 경우에도 합성이며 [6]자연에서 발생하지 않습니다.

아스타틴의 대량 특성은 [7]확실하게 알려져 있지 않습니다.연구는 무게를 측정할 수 있는 [8]양의 생성을 방해하는 짧은 반감기로 인해 제한됩니다.눈에 보이는 아스타틴 조각은 강력한 [9]방사능으로 인해 발생하는 열 때문에 즉시 기화됩니다.충분한 냉각을 통해 거시적인 양의 스타틴이 [4]박막으로 증착될 수 있는지는 두고 봐야 합니다.아스타틴은 일반적으로 비금속 또는 [10][11]준금속으로 분류되며, 금속 형성 또한 예측되었습니다.[4][12]

물리적.

아스타틴의 대부분의 물리적 특성은 이론적 또는 경험적으로 도출된 [13]방법을 사용하여 (내삽 또는 외삽에 의해) 추정되었습니다.예를 들어, 할로겐은 원자량이 증가함에 따라 어두워집니다. 불소는 거의 무색, 염소는 황록색, 브롬은 적갈색, 요오드는 짙은 회색/자외선입니다.아스타틴은 때때로 검은 고체일 가능성이 있거나(이러한 추세를 따른다고 가정할 때), 금속성의 외관을 가진 것으로 묘사됩니다(금속 [14][15][16]또는 금속일 경우).

아스타틴은 낮은 [8]증기압을 가진 요오드보다 덜 쉽게 승화합니다.그러나 상온에서 [a]깨끗한 유리 표면에 올려놓으면 주어진 양의 아스타틴의 절반이 약 1시간 안에 기화됩니다.중자외선 영역에서 아스타틴의 흡수 스펙트럼은 224.401nm와 216.225nm로 6p에서 7s의 [18][19]전이를 암시하는 선을 가지고 있습니다.

고체 아스타틴의 구조는 [20]알려져 있지 않습니다.요오드의 유사체로서 아스타틴 이원자 분자로 구성된 정위 결정 구조를 가질 수 있으며, 밴드 갭이 0.7 [21][22]eV인 반도체일 수 있습니다.또는 축합된 아스타틴이 예측한 것처럼 금속상을 형성한다면, 그것은 단원자 면 중심 입방 구조를 가질 수 있습니다; 이 구조에서 그것은 [4]요오드의 비슷한 고압상과 같은 초전도체일 수 있습니다.금속성 아스타틴의 밀도는 8.91~8.95g/[1]cm로3 예상됩니다.

이원자성 아스타틴(At)의2 존재에 대한 증거는 희박하고 [23][24][25][26][27]결론이 나지 않습니다.어떤 자료들은 그것이 존재하지 않거나 적어도 [28][29]관찰된 적이 없다고 말하고, 다른 자료들은 그것의 [30][31][32]존재를 주장하거나 암시합니다.이러한 논란에도 불구하고, 규조류 아스타틴의 많은 특성들이 예측되어 왔습니다: 예를 들어, 결합 길이는 300±10pm, 해리 에너지 83.7±12.5 kJ/mol, 기화열(∆H) 54.39 kJ/mol입니다.아스타틴의 녹는점과 끓는점에 대해 많은 [36]값이 예측되었지만 At에 대해서만2 예측되었습니다.

화학의

아스타틴의 화학은 "아스타틴 실험이 수행된 극도로 낮은 농도와 불순물, 벽과 필터, 방사능 부산물, 그리고 다른 원치 않는 나노 규모의 [21]상호 작용과의 반응 가능성으로 인해 흐려집니다."대부분의 겉보기 화학적 특성은 극도로 희석된 아스타틴 용액([32][37]일반적으로 10 mol·[38]L−1 미만−10)에 대한 추적자 연구를 사용하여 관찰되었습니다.음이온 형성과 같은 일부 특성은 다른 [8]할로겐과 일치합니다.아스타틴은 [b]음극에 도금을 하고 염산에 [40]금속 황화물을 공침시키는 등의 금속적 특성도 가지고 있습니다.금속 킬레이트제인 [41]EDTA와 복합체를 형성하고 항체 방사선 표지에서 금속 역할을 할 수 있습니다. 어떤 점에서 +1 상태의 스타틴은 동일한 상태의 은과 유사합니다.그러나 아스타틴의 유기화학은 대부분 [42]요오드와 유사합니다.아스타틴은 [40][43]수용액에서 안정적인 단원자 양이온을 형성할 수 있다고 제안되었습니다.

개정된 폴링 스케일에서 아스타틴의 전기음성도는 2.2로 요오드(2.66)보다 낮고 수소와 같습니다.수소 아스타타이드(HAT)에서 음전하는 수소 원자에 존재할 것으로 예측되며,[44][45][46][47] 이는 특정 명명법에 따라 이 화합물이 아스타틴 수소화물로 지칭될 수 있음을 의미합니다.이는 올레드-로초 스케일(1.9)에서 스타틴의 전기 음성도가 수소(2.2)[48][c]보다 작은 것과 일치합니다.그러나 공식 IUPAC 화학양론 명명법은 주기율표 내에서의 위치 때문에 원소의 상대적 전기 음성도를 결정하는 이상화된 규칙에 기초합니다.이 규칙에 따르면, 아스타틴은 진정한 전기 음성도와 관계없이 수소보다 더 전기 음성적인 것처럼 취급됩니다.233 kJ−1 몰에서 아스타틴의 전자 친화도는 [50]요오드의 전자 친화도보다 21% 적습니다.이에 비해 Cl(349)은 F(328)보다 6.4% 높고, Br(325)은 Cl보다 6.9% 작으며, I(295)는 Br보다 9.2% 작습니다.At의 현저한 감소는 스핀-궤도 [38]상호작용으로 인한 것으로 예측되었습니다.아스타틴의 첫 번째 이온화 에너지는 약 899 kJ−1 mol로 할로겐 그룹(플루오린, 1681; 염소, 1251; 브롬, 1140; 요오드, 1008)[3] 아래로 첫 번째 이온화 에너지가 감소하는 추세를 지속합니다.

컴파운드

주요 기사:아스타틴 화합물

요오드보다 반응성이 낮은 아스타틴은 할로젠 [51]중 가장 반응성이 낮지만,[52] 다음으로 무거운 17족 원소인 테네신의 화학적 특성은 아직 조사되지 않았습니다.아스타틴 화합물은 나노 단위로 합성되어 방사성 붕괴 전에 가능한 한 집중적으로 연구되어 왔습니다.관련된 반응은 일반적으로 더 많은 양의 요오드와 혼합된 아스타틴의 희석 용액으로 테스트되었습니다.요오드는 운반체 역할을 하며 실험실 기술(예: 여과 및 침전)이 [53][54][d]작동하기에 충분한 물질을 확보합니다.요오드와 마찬가지로, 아스타틴은 -1에서 +7 [57]사이의 홀수 산화 상태를 채택하는 것으로 나타났습니다.

나트륨,[9] 팔라듐, 은, 탈륨 및 [58]납의 상태 형태로 금속을 가진 화합물은 소수만 보고되었습니다.은과 나트륨 아스타타이드의 몇 가지 특징적인 특성과 다른 가정적인 알칼리 및 알칼리 토 아스타타이드는 다른 금속 [59]할로겐화물로부터의 외삽에 의해 추정되었습니다.

수소 아스타타이드 우주 탐사 모형

아스타틴 화학의 선구자들은 수소와 함께 아스타틴 [60]화합물을 형성하는 것을 주목했습니다.언급한 바와 같이, 대신에 이 화합물을 스타틴 하이드라이드라고 지칭하는 것에 대한 근거들이 있습니다.쉽게 산화됩니다. 묽은 질산에 의해0 산성화되면+ At 또는 At 형태가 되며, 이후 은(I)을 첨가하면 기껏해야 은(I) 아스타타이드(AgAt)로서 아스타틴을 부분적으로만 침전시킬 수 있습니다.반면, 요오드는 산화되지 않고,[8][61] 요오드화은(I)으로 쉽게 침전됩니다.

아스타틴은 붕소,[62] 탄소, [63]질소와 결합하는 것으로 알려져 있습니다.다양한 붕소 케이지 화합물이 At-B 결합으로 제조되었으며, 이는 At-C [64]결합보다 안정적입니다.아스타틴은 벤젠의 수소 원자를 대체하여 아스타토벤젠 CHAT를65 형성할 수 있습니다. 염소에 의해 CHAtCl로652 산화될 수 있습니다.이 화합물을 차아염소산염 알칼리 용액으로 처리함으로써, CHATO를652 [65]제조할 수 있습니다.디피리딘-아스타틴(I) 양이온인 [At(CHN55)]2+은 과염소산[63](비배위[66] 음이온) 및 질산염인 [At(CHN55)]2[63]NO와3 이온성 화합물을 형성합니다.이 양이온은 질소 [63]원자를 통해 아스타틴(I) 중심을 각각의 피리딘 고리와 개별적으로 연결하는 두 개의 미분 공유 결합이 있는 배위 복합체로 존재합니다.

산소와 함께, 과염소산 [8][67]용액에서 과황산나트륨에 의한 (마지막의 경우) 브롬 원소와 같은 산화제와의 반응에 의해 형성된 수용액에서 AtO 및 AtO+ 종의− 증거가 있습니다.그 종은 이전에 다음과 같이 생각되었습니다.이후 AtO-2는 AtO(AtOOH)[68]의+ 가수분해 생성물인 AtO(OH)-2로 결정되었습니다.잘 특징지어지는 AtO-3 음이온은 [65][69]예를 들어 수산화칼륨 용액에서 차아염소산칼륨과 함께 아스타틴의 산화에 의해 얻어질 수 있습니다.뜨거운 NaSO228 용액에 의한 아스타틴의 산화에 따른 란타늄 트라이아스테이트 La(AtO3)3의 제조가 [70]보고되었습니다.제논 디플루오라이드(열간 알칼리 용액에서) 또는 페기레이트(중성 또는 알칼리 용액에서)와 같은 AtO-3의 추가적인 산화는 AtO-4를 생성합니다. 이는 중성 [71]또는 알칼리 용액에서만 안정적입니다.아스타틴은 또한 요오드산염 또는 디크롬산염과 같은 옥시아니온을 갖는 염에서 양이온을 형성할 수 있다고 생각됩니다. 이것은 산성 용액에서 아스타틴의 1가 또는 중간 양성 상태가 은(I) 요오드산염 또는 탈륨([65][72]I) 디크롬산염과 같은 금속 양이온의 불용성 염과 공침한다는 관찰에 기초합니다.

아스타틴은 다른 칼코겐들과 결합을 형성할 수 있습니다; 이것들은 황과 함께 SAt와 At(CSN)-2, 셀레늄과 함께 배위 셀레노레아 화합물, 그리고 텔루륨과 함께 아스타틴-텔루륨 [73]콜로이드를 포함합니다7+.

아스타틴 모노요오드화물의 구조, 아스타틴 인터할로겐 중 하나, 그리고 알려진 가장 무거운 이원자 인터할로겐.

아스타틴은 증기 상태에서 더 가벼운 상동성 요오드, 브롬, 염소와 반응하는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 반응은 AtI, AtBr, AtCl [55]공식을 갖는 할로겐 간 이원자 화합물을 생성합니다.처음 두 화합물은 물에서도 생성될 수 있는데, 아스타틴은 요오드/요오드 용액과 반응하여 AtI를 생성하는 반면, AtBr은 요오드/요오드 모노브로마이드/브로마이드 용액을 필요로 합니다.요오드화물 또는 브롬화물의 과잉은 AtBr-2 및 AtI-2 [55]이온을 야기할 수도 있고, 또는 염화 용액에서,[56] 그들은 염화물과의 평형 반응을 통해 AtCl-2 또는 AtBrCl과− 같은 종을 생성할 수도 있습니다.디크롬산(질산 용액에서) 원소의 산화는 염화물을 첨가하면 아스타틴이 AtCl 또는 AtOCL일 가능성이 높은 분자로 변한다는 것을 보여주었습니다.마찬가지로, AtOCl-2 또는 AtCl-2가 [55]생성될 수 있습니다.폴리할라이드 PdAtI2, CsAtI2, TlAtI2 [74][75][76]및 PbAtI는[77] 침전된 것으로 알려져 있거나 추정됩니다.플라즈마 이온원 질량분석기에서 이온 [AtI],+ [AtBr]+ 및 [AtCl]+은 아스타틴을 포함하는 헬륨으로 채워진 셀에 가벼운 할로겐 증기를 도입하여 형성되어 플라즈마 이온 [55]상태에서 안정적인 중성 분자의 존재를 지원합니다.아스타틴 플루오라이드는 아직 발견되지 않았습니다.이들의 부재는 유리 용기의 벽과 초기에 형성된 불소의 반응을 포함하여 비휘발성 생성물을 [e]형성하는 이러한 화합물의 극단적인 반응성에 기인한 것으로 추측됩니다.따라서, 아스타틴 플루오라이드의 합성이 가능할 것으로 생각되지만,[55][71] 이미 플루오라이드 라돈의 특성화를 위해 사용된 바와 같이 액체 플루오라이드 용매가 필요할 수 있습니다.

역사

Periodic table by Mendeleev (1871), with astatine missing below chlorine, bromine and iodine ("J")
1871년 드미트리 멘델레예프(Dmitri Mendelleev)의 에카요오드 위치에 빈 공간이 있는 표

1869년 드미트리 멘델레예프가 주기율표를 발표했을 때 요오드 밑 공간이 비어있었습니다. 닐스 보어가 화학 원소 분류의 물리적 기초를 확립한 후, 다섯 번째 할로겐이 거기에 속한다고 제안되었습니다.이 발견이 공식적으로 인정되기 전에는 "에카-요오드"(산스크리트어 에카 – "하나"에서 유래)라고 불렸는데, 이는 이 행성이 요오드 아래 한 공간(에카-실리콘, 에카-보론 [81]등과 같은 방식)이라는 것을 암시하기 위해서였습니다.과학자들은 자연 속에서 그것을 발견하려고 노력했습니다; 그것의 극단적인 희귀성을 고려했을 때, 이러한 시도들은 몇 가지 잘못된 [82]발견들을 낳았습니다.

1931년 앨라배마 폴리테크닉 대학(현재 오번 대학)의 프레드 앨리슨과 그의 동료들이 에카 아이오딘을 처음 발견했다고 주장했습니다.발견자들은 원소 85를 "알라바민"이라고 명명하고, 몇 [83][84][85]년 동안 사용된 기호 Ab로 지정했습니다.1934년, 캘리포니아 대학교 버클리의 H.G. 맥퍼슨 교수는 앨리슨의 방법과 그의 [86]발견의 타당성을 부정했습니다.1937년 화학자 라젠드랄 드에 의한 또 다른 주장이 있었습니다.영국령 인도의 다카(현재 방글라데시의 다카)에서 일하던 그는 라듐 계열의 라듐 [87]F(폴로늄-210)에 해당하는 토륨 계열을 분리했다고 주장하는 원소 85에 "다킨"이라는 이름을 선택했습니다.그가 닭에 대해 보고한 속성은 [87]스타틴의 속성과 일치하지 않으며, 스타틴의 방사능 때문에 그가 [88]주장하는 양만큼 닭을 처리할 수 없었을 것입니다.게다가 토륨 계열에서는 아스타틴이 발견되지 않으며, 닭의 진짜 정체도 [87]알려져 있지 않습니다.

1936년, 루마니아의 물리학자 호리아 훌루베이와 프랑스의 물리학자 이베트 카우초이스 팀은 85번 원소를 X선 방출선을 관찰하여 발견했다고 주장했습니다.1939년에, 그들은 이전의 데이터를 지원하고 확장한 다른 논문을 발표했습니다.1944년, Hulubai는 다른 연구자들의 연구에 의해 뒷받침되었다고 주장하면서, 그가 그 때까지 얻은 자료의 요약을 발표했습니다.그는 아마도 루마니아어에서 평화를 갈망한다는 의미로 "도르"라는 이름을 선택했는데, 이는 제2차 세계대전이 5년 전에 시작되었기 때문입니다.훌루베이가 프랑스어로 썼을 때, "ine" 접미사를 수용하지 않는 언어인 dor는 만약 그것이 채택되었다면 영어로 "dorine"으로 표현되었을 것입니다.1947년, 훌루베이의 주장은 오스트리아의 화학자 프리드리히 파네스(Friedrich Paneth)에 의해 실질적으로 거부되었으며, 그는 후에 새로운 원소의 인식을 담당하는 IUPAC 위원회의 의장이 되었습니다.Hulubai의 표본에 스타틴-218이 포함되어 있음에도 불구하고, 현재 기준으로 볼 때, 그의 검출 수단은 정확한 식별이 가능하기에는 너무 약했습니다. 게다가, 그는 이 [88]원소에 대한 화학적 테스트를 수행할 수 없었습니다.그는 또한 87번 원소의 발견에 대한 이전의 거짓 주장에 연루되었고, 이것은 다른 연구자들이 그의 [89]연구를 경시하게 만들었다고 생각됩니다.

A greyscale photo of the upper body of a man
주군 원소 아스타틴의 발견자 중 한 명인 에밀리오 세그레.

1940년 스위스의 화학자 발터 마인더는 85 원소를 라듐 A(폴로늄-218)의 베타 붕괴 생성물로 발표하면서 "헬베티움"(스위스의 라틴어 이름인 헬베티아에서 유래)이라는 이름을 선택했습니다.베르타 칼릭과 트루드 버너트는 그의 실험을 재현하는 데 실패했고, 그 결과 마인더의 결과를 그의 라돈 스트림의 오염 때문으로 돌렸습니다(라돈-222는 폴로늄-218의 [90][f]모 동위 원소입니다).1942년, 마인더는 영국 과학자 앨리스 리 스미스와 공동으로 토륨 A(폴로늄-216) 베타 붕괴의 산물로 추정되는 원소 85의 또 다른 동위 원소를 발견했다고 발표했습니다.그들은 이 물질을 "anglo-helvetium"[91]이라고 이름 지었지만, 칼릭과 버너트는 다시 [53]이 결과를 재현할 수 없었습니다.

그 후 1940년 데일 R. 코슨, 케네스 로스 맥켄지, 에밀리오 세그레는 캘리포니아 대학교 버클리에서 이 원소를 분리했습니다.과학자들은 자연에서 원소를 찾는 대신 사이클로트론(입자가속기)에 알파 입자를 넣어 비스무트-209를 폭격해 두 중성자인 아스타틴-211을 [92]생성했습니다.그러나 발견자들은 즉시 이 원소의 이름을 제시하지는 않았습니다.그 이유는 당시 자연계에서 아직 발견되지 않은 '보이지 않는 양'으로 합성적으로 생성된 원소가 완전히 유효한 원소로 여겨지지 않았기 때문입니다. 게다가 화학자들은 방사성 동위원소를 합법적으로 안정한 [93]원소로 인정하는 것을 꺼렸습니다.1943년, 아스타틴은 베르타 칼릭(Berta Karlik)과 트루드 베르네르트(Traude Bernert)에 의해 두 개의 자연적으로 생성된 붕괴 사슬의 산물로 발견되었으며, 처음에는 우라늄 계열, 그리고 그 다음에는 악티늄 [94][95]계열에서 발견되었습니다.(그 이후로, 아스타틴은 세 번째 붕괴 사슬인 넵투늄 계열에서도 발견되었습니다.)[96]1946년에 Friedrich Paneth는 다른 이유들 중에서 최근에 그들의 자연적인 발생에 대한 확인을 인용하면서 마침내 합성 원소들을 알아보라고 요청했고, 새로 발견된 이름 없는 원소들의 발견자들에게 이 원소들의 이름을 붙이라고 제안했습니다.1947년 초, 네이처는 발견자들의 제안을 발표했는데, 코르손, 맥켄지, 세그레의 편지에서 '불안정하다'라는 뜻의 고대 그리스어 αγαρ(아스타토스)에서 유래한 '아스타틴'[93]이라는 이름을 제안했는데, 이는 방사성 붕괴의 성향 때문이며, 이전에 발견된 할로젠 네 개의 이름에서 발견된 "-ine"이라는 어미가 붙은 것입니다.이 이름은 네 개의 안정된 할로젠 물질의 전통을 이어가기 위해 선택되기도 했는데, 여기서 이 이름은 [97]원소의 성질을 지칭하는 것이었습니다.

코슨과 그의 동료들은 분석 화학에 [98]기초하여 스타틴을 금속으로 분류했습니다.후속 연구자들은 요오드와 [99][100]유사하거나 양이온성,[101][102][103][104] 양성 반응을 보인다고 보고했습니다.2003년 회고록에서 코슨은 "아스타틴의 일부 특성은 요오드와 유사합니다. 그것은 또한 금속 이웃인 [97]Po와 Bi와 더 유사한 금속적 특성을 나타냅니다."라고 썼습니다.

동위 원소

주요 기사:아스타틴 동위 원소
시료 아스타틴[g] 동위원소의 알파붕괴 특성
덩어리
번호		 덩어리
과잉의[6] 		반감기[6] 확률
알파의
썩어빠지다[6] 		알파
썩어빠지다
반감기의
207 −13.243 MeV 1.80시간 8.6% 20.9시간
208 −12.491 MeV 1.63시간 0.55% 12.3 d
209 −12.880 MeV 5.41시간 4.1% 5.5 d
210 −11.972 MeV 8.1시간 0.175% 193 d
211 −11.647 MeV 7.21시간 41.8% 17.2시간
212 −8.621 MeV 0.31초 ≈100% 0.31초
213 −6.579 MeV 125 ns 100% 125 ns
214 −3.380 MeV 558ns 100% 558ns
219 10.397 MeV 56초 97% 58년대
220 14.350 MeV 3.71분 8% 46.4분
221[h] 16.810 MeV 2.3분 실험적으로
알파 마굿간 		∞

아스타틴의 동위 원소는 41개로 알려져 있으며, 질량은 188, 190~229입니다.[105][106]9개입니다.이론적 모델링은 약 37개의 동위원소가 [105]더 존재할 수 있음을 시사합니다.안정적이거나 오래 지속되는 아스타틴 동위원소는 관찰되지 않았고,[107] 존재할 것으로 예상되지도 않습니다.

아스타틴의 알파 붕괴 에너지는 다른 무거운 [107]원소들과 같은 경향을 따릅니다.가벼운 아스타틴 동위 원소는 알파 붕괴 에너지가 꽤 높으며, 핵이 무거워질수록 낮아집니다.아스타틴-211은 126개의 중성자를 가진 핵을 가지고 있고, 126개는 채워진 중성자 껍질에 해당하는 마법의 숫자이기 때문에 이전의 동위원소보다 상당히 높은 에너지를 가지고 있습니다.이전 동위원소와 비슷한 반감기(아스타틴-210의 경우 8.1시간, 아스타틴-211의 경우 7.2시간)를 가졌음에도 불구하고 알파 붕괴 확률은 후자의 경우 0.18%[6][i]에 비해 41.81%로 훨씬 높습니다.다음의 두 동위 원소는 훨씬 더 많은 에너지를 방출하며, 스타틴-213이 가장 많은 에너지를 방출합니다.이런 이유로 수명이 가장 짧은 아스타틴 [107]동위원소입니다.무거운 아스타틴 동위 원소는 에너지를 덜 방출하지만, 베타 붕괴(전자 방출)[107]의 역할이 증가하기 때문에 수명이 긴 아스타틴 동위 원소는 존재하지 않습니다.이 붕괴 모드는 아스타틴에게 특히 중요합니다. 1950년 초에 핵질량 측정에서는 At가 A = 215로 모든 이소바 중 가장 낮은 질량을 가지고 있기 때문에 실제로는 베타 붕괴가 일어나는 것으로 가정되었습니다.베타 붕괴 모드는 아스타틴-213, 아스타틴-214 [6]및 아스타틴-216m를 제외한 다른 모든 아스타틴 동위원소에 대해 발견되었습니다.아스타틴-210 이상의 동위 원소는 베타 붕괴(양전자 방출)를, 아스타틴-216 이상의 동위 원소는 베타 붕괴에서 붕괴를, 아스타틴-212는 두 모드를 통해 붕괴하는 반면, 아스타틴-211은 전자 [6]포획을 겪습니다.

가장 안정한 동위원소는 스타틴-210으로 반감기는 8.1시간입니다.1차 붕괴 모드는 베타 플러스이며, 상대적으로 수명이 긴 알파 에미터 폴로늄-210과 비교됩니다.단 5개의 동위 원소만이 반감기가 1시간을 초과합니다(아스타틴-207~-211).가장 불안정한 바닥 상태 동위 원소는 스타틴-213으로 반감기는 125 나노초입니다.극도로 긴 수명을 가진 비스무트-209로 알파 붕괴를 겪습니다.[6]

아스타틴은 24개의 알려진 핵 이성질체를 가지고 있는데, 이것은 들뜬 상태에 있는 하나 이상의 핵자(양성자 또는 중성자)를 가지고 있는 핵들입니다.핵 이성질체는 또한 "메타 상태"라고도 불리는데, 이는 계가 "지상 상태"(내부 에너지가 가장 낮은 상태)보다 더 많은 내부 에너지를 가지고 있기 때문에 전자가 후자로 붕괴될 가능성이 있습니다.각 동위 원소에는 하나 이상의 이성질체가 있을 수 있습니다.이러한 핵 이성질체들 중 가장 안정한 것은 스타틴-202m1로,[j] 반감기는 약 3분으로 동위 원소 203-211과 220의 반감기보다 더 깁니다.가장 불안정한 것은 스타틴-214m1이며, 265나노초의 반감기는 스타틴-213을 [6][105]제외한 모든 지상 상태의 반감기보다 짧습니다.

자연발생

a sequence of differently colored balls, each containing a two-letter symbol and some numbers
넵투늄-237로 형성된 아스타틴-217을 포함한 붕괴 생성물을 보여주는 넵투늄 계열

아스타틴은 자연적으로 발생하는 가장 드문 [k]원소입니다.지구의 지각에 있는 아스타틴의 총량(2.36 × 10 그램25 인용)[109]은 어떤 [8]때라도 1 그램 미만일 것으로 추정됩니다.다른 자료들은 지구상에 어떤 순간이라도 존재하는 덧없는 아스타틴의 양을 1온스[110](약 28g)까지 추정합니다.

지구를 형성할 때 존재하는 아스타틴은 사라진 지 오래이며, 자연적으로 생성되는 4개의 동위 원소(아스타틴-215, -217, -218, -219)[111]는 방사성 토륨과 우라늄 광석의 붕괴와 미량의 넵투늄-237의 결과로 생성됩니다.북아메리카와 남아메리카를 합친 깊이는 16킬로미터(10마일)이며, 어떤 때라도 약 1조 개의 아스타틴-215 원자를 포함하고 있습니다(약 3.5 ×[112] 10그램−10).아스타틴-217은 넵투늄-237의 방사성 붕괴를 통해 생성됩니다.214만 년의 비교적 짧은 반감기로 인해 후자의 동위 원소의 원시적인 잔재는 더 이상 지구에 존재하지 않습니다.그러나 미량의 양은 우라늄 [113]광석에서 변환 반응의 산물로서 자연적으로 발생합니다.아스타틴-218은 [114]자연에서 발견된 최초의 아스타틴 동위원소입니다.아스타틴-219는 반감기가 56초로 자연적으로 생성된 [6]동위 원소 중 가장 오래 존재합니다.

아스타틴의 동위원소는 그러한 [115]동위원소가 없다는 오해[103] 또는 문헌의 불일치로 인해 자연적으로 발생하는 것으로 기재되지 않는 경우가 있습니다.아스타틴-216은 자연적으로 생성되는 동위원소로 계산되었지만, (의심스러운 것으로 묘사된) 관찰[116] 보고서는 [117]확인되지 않았습니다.

합성

형성

알파 입자로 비스무트-209를 폭격한 후 반응 가능성
반응[l] 알파입자의 에너지
Bi + He → At + 2 n 26 MeV[53]
Bi + He → At + 3 n 40 MeV[53]
Bi + He → At + 4 n 60 MeV[118]

아스타틴은 에너지가 넘치는 알파 입자를 비스무트-209에 폭격함으로써 처음 생성되었으며, 이 경로는 여전히 아스타틴-211을 통해 상대적으로 수명이 긴 동위 원소인 아스타틴-209를 생성하는 데 사용되는 주요 경로입니다.아스타틴은 극소량만 생산되며, 현대 기술은 최대 6.6 기가[119] 베크렐(약 86 나노그램 또는 2.47 × 10 원자14)까지 생산이 가능합니다.이 방법을 사용하여 더 많은 양의 아스타틴 합성은 적합한 사이클로트론의 제한된 가용성과 [119][120][m]타겟을 녹일 가능성에 의해 제한됩니다.아스타틴[122] 붕괴의 누적 효과로 인한 용매 전파 분해도 관련 문제입니다.극저온 기술을 사용하면 토륨 또는 우라늄의 양성자 조사를 통해 아스타틴의 마이크로그램 양을 생성하여 라돈-211을 생성하고, 다시 아스타틴-211로 붕괴시킬 수 있습니다.이 [123]방법의 단점은 스타틴-210에 오염되는 것으로 예상됩니다.

가장 중요한 동위원소는 스타틴-211로 상업적으로 사용되는 유일한 동위원소입니다.비스무트 표적을 만들기 위해 금속을 금, 구리 또는 알루미늄 표면에 제곱센티미터당 50에서 100밀리그램으로 스퍼터링합니다.대신에 산화 비스무트를 사용할 수 있습니다. 이것은 [124]구리판과 강제로 융합됩니다.표적은 화학적으로 중성인 질소 분위기 [125]하에서 유지되며, 조기 아스타틴 [124]기화를 방지하기 위해 물로 냉각됩니다.사이클로트론과 [126]같은 입자 가속기에서 알파 입자는 비스무트와 충돌합니다.비스무트 동위원소가 하나만 사용되더라도(비스무트-209), 아스타틴-209, 아스타틴-210 또는 아스타틴-211을 생성하는 세 가지 방법으로 반응이 일어날 수 있습니다.원치 않는 핵종을 제거하기 위해 입자 가속기의 최대 에너지는 아스타틴-211을 생성하는 반응(원하는 동위원소를 생성하기 위해)보다 높고 아스타틴-210을 생성하는 반응(다른 아스타틴 [124]동위원소를 생성하지 않기 위해)보다 낮은 값(최적으로 29.17 MeV)[127]으로 설정됩니다.

분리방법

스타틴은 합성의 주요 생성물이기 때문에, 생성 후에는 표적 및 심각한 오염 물질로부터만 분리되어야 합니다.몇 가지 방법을 사용할 수 있지만, 일반적으로 두 가지 방법 중 하나를 따릅니다. 건조 증류 또는 대상의 [습식] 산 처리 후 용매 추출입니다.아래에 요약된 방법은 Kugler와 [128][n]Keller가 검토한 오래된 절차의 현대적인 적용입니다.1985년 이전의 기술은 공동 생산된 유독성 폴로늄의 제거를 더 자주 다루었습니다. 이 요건은 현재 사이클로트론 조사 [119]빔의 에너지를 제한함으로써 완화됩니다.

마른

아스타틴 함유 사이클로트론 타겟은 약 650 °C의 온도로 가열됩니다.아스타틴은 휘발되어 콜드 트랩(일반적으로)에 응축됩니다.최대 850°C의 높은 온도는 동시 휘발에 의한 비스무트 오염의 위험이 있는 수율을 증가시킬 수 있습니다.(비스무스가 스타틴 라벨링 반응을 방해할 수 있으므로) 비스무스의[130] 존재를 최소화하기 위해 응축액을 재배포해야 할 수 있습니다.아스타틴은 수산화나트륨, 메탄올 또는 클로로포름과 같은 하나 이상의 저농도 용매를 사용하여 트랩으로부터 회수됩니다.약 80%의 아스타틴 수율을 달성할 수 있습니다.건식 분리는 화학적으로 유용한 형태의 아스타틴을 [120][131]생산하는 데 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다.

젖은

조사된 비스무트(또는 때로는 삼산화 비스무트) 타겟은 먼저 농축된 질산 또는 과염소산에 용해됩니다.이 첫 번째 단계 후에, 산은 증류되어 비스무트와 원하는 아스타틴 생성물을 모두 포함하는 흰색 잔여물을 남길 수 있습니다.그리고 나서 이 잔여물은 염산과 같은 농축된 산에 용해됩니다.아스타틴은 디부틸 에테르, 디이소프로필 에테르(DIPE) 또는 티오세미카르바자이드와 같은 유기 용매를 사용하여 이 산으로부터 추출됩니다.액-액 추출을 이용하여, 아스타틴 생성물은 HCl과 같은 산으로 반복적으로 세척되고 유기 용매 층으로 추출될 수 있습니다.질산을 이용한 93%의 분리 수율이 보고되었으며, 정제 과정이 완료될 때까지 72%로 떨어졌습니다(질산 증류, 잔류 질소산화물 퍼지, 질산 비스무트 재용해를 통해 액-액 [132][133]추출 가능).습식 방법은 "다중 방사능 처리 단계"를 포함하며, 더 많은 양의 아스타틴을 분리하는 데 적합하지 않은 것으로 여겨집니다.그러나 습식 추출 방법은 더 많은 [133]양의 아스타틴-211 생산에 사용하기 위해 검토되고 있습니다. 습식 추출 방법이 더 일관성을 제공할 수 있다고 생각되기 때문입니다.그들은 특정 산화 상태에서 아스타틴의 생성을 가능하게 할 수 있고 실험적인 방사선 [119]화학에서 더 큰 적용 가능성을 가질 수 있습니다.

사용 및 주의사항

여러 At 함유 분자 및 그 실험[134] 용도
대리인 적용들
스타틴 텔루륨 211콜로이드 구획종양
6-[211At]아스타토-2-메틸-1,4-나프타퀴놀 2인산 선암
211at 라벨 메틸렌 블루 흑색종
메타-[211At]아스타토벤질구아니딘 신경내분비종양
5-[211At]아스타토-2'-디옥시우리딘 여러가지
211at 표지 비오틴 결합체 다양한 사전타겟팅
211At 표지 옥트레오타이드 소마토스타틴수용체
211at 표지된 단일클론항체 및 단편 여러가지
211at 표지 비스포스포네이트 골전이

새로 형성된 스타틴-211은 [134]핵의학의 지속적인 연구 대상입니다.반감기가 7.2시간으로 줄어들기 때문에 신속하게 사용해야 합니다. 이는 다단계 라벨링 전략을 허용하기에 충분한 길이입니다.아스타틴-211은 알파 입자의 방출(비스무스-207로)[135] 또는 전자 포획(알파 붕괴가 더 진행되는 극히 짧은 수명의 핵종인 폴로늄-211로)을 통해 붕괴되어 안정적인 손녀 납-207에 매우 빠르게 도달하기 때문에 표적 알파 입자 치료의 가능성이 있습니다.전자 포획 분기의 결과로 방출되는 폴로늄 X선은 77-92 keV 범위에서 동물과 [134]환자의 아스타틴 추적을 가능하게 합니다.아스타틴-210은 반감기가 약간 길지만, 보통 베타와 극도로 독성이 강한 [136]폴로늄-210으로 붕괴되기 때문에 완전히 부적합합니다.

아스타틴-211과 요오드-131(의학에 사용되는 방사성 요오드 동위원소)의 주요 의학적 차이점은 요오드-131이 고에너지 베타 입자를 방출하고, 아스타틴은 그렇지 않다는 것입니다.베타 입자는 훨씬 무거운 알파 입자보다 조직을 통한 침투력이 훨씬 큽니다.스타틴-211에 의해 방출된 평균 알파 입자는 주변 조직을 통해 70 μm까지 이동할 수 있고, 요오드-131에 의해 방출된 평균 에너지 베타 입자는 약 2 [124]mm까지 거의 30배까지 이동할 수 있습니다.조직을 통한 알파 방사선의 짧은 반감기 및 제한된 침투력은 "종양 부담이 낮고 및/또는 악성 세포 집단이 필수 정상 [119]조직에 근접하게 위치하는" 상황에서 이점을 제공합니다.인간 암의 세포 배양 모델에서 [137]세포 당 1개에서 10개의 아스타틴-211 원자 결합으로 상당한 이환율이 달성되었습니다.

아스타틴...만들기도 힘들고 [138]함께 일하기도 지옥입니다.

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

암 치료를 위한 스타틴계 방사선 의약품의 개발은 여러 가지 장애물에 직면해 있습니다.제2차 세계대전은 거의 10년 동안 연구를 지연시켰습니다.초기 실험의 결과는 암 선택적 운반체가 개발될 필요가 있으며 1970년대에 이르러서야 단일클론 항체가 이러한 목적으로 사용될 수 있게 되었습니다.요오드와 달리, 아스타틴은 특히 sp 탄소[o] 부위에서32 이들과 같은 분자 전달체로부터 탈할로겐화되는 경향을 보입니다.몸에 축적되고 유지되는 아스타틴의 독성을 고려할 때, 이것은 그것이 그것의 숙주 분자에 부착된 채로 남아있도록 할 필요성을 강조했습니다.천천히 대사되는 스타틴 운반체는 그들의 효능을 평가할 수 있지만, 더 빠르게 대사되는 운반체는 핵의학에서 스타틴의 평가에 상당한 장애물로 남아 있습니다.라벨링 화학 및 담체 분자의 스타틴 유도 방사선 분해의 영향을 완화하는 것은 추가적인 개발이 필요한 또 다른 분야입니다.암 치료제로서 스타틴을 실용적으로 적용하는 것은 잠재적으로 "엄청난" 환자 수에 적합할 것입니다. 필요한 양의 스타틴을 생산하는 것은 여전히 [123][139][p]문제로 남아 있습니다.

동물 연구에 따르면 요오드와 유사한 아스타틴은 약간 더 금속적인[110] 특성 때문에 더 적지만 갑상선에 우선적으로 (그리고 위험하게) 집중되어 있습니다.요오드와 달리, 아스타틴은 폐와 비장에 흡수되는 경향을 보이는데, 아마도 At to+ [42]At의 체내– 산화 때문일 것입니다.방사선 콜로이드 형태로 투여하면 간에 집중되는 경향이 있습니다.쥐와 원숭이를 대상으로 한 실험은 아스타틴-211이 요오드-131보다 갑상샘에 훨씬 더 큰 손상을 입히고, 핵종을 반복적으로 주입하여 [140]갑상샘 내에서 괴사와 세포이형성을 일으킨다는 것을 시사합니다.초기의 연구는 여성 설치류에게 아스타틴을 주입하는 것이 유방 [141]조직에 형태적인 변화를 일으켰다고 제안했습니다; 이 결론은 수년 동안 논란의 여지가 있었습니다.이는 나중에 [138]난소의 조사로 인한 호르몬 변화와 결합된 유방 조직 조사의 효과에 의해 발생했을 가능성이 높다는 일반적인 합의가 이루어졌습니다.미량의 아스타틴은 공기가 잘 통하는 경우 흄후드에서 안전하게 처리할 수 있습니다. 성분의 생물학적 흡수를 [142]피해야 합니다.

참고 항목

메모들

  1. ^ 금이나 백금 표면에 놓이면 이 반증발 기간은 16시간으로 늘어납니다. 이것은 아스타틴과 이 귀금속 [17]사이의 이해되지 않은 상호작용에 의해 발생할 수 있습니다.
  2. ^ 이것이 [39]음극에 흡착된 것일 수도 있습니다.
  3. ^ 수소의 경우 Allred-Rocow scale을 생성하는 데 사용된 알고리즘이 실패하여 산소(3.5)에 가까운 값을 제공합니다.대신 수소에는 2.2의 값이 할당됩니다.이러한 단점에도 불구하고 올레드-로초 스케일은 비교적 높은 [49]수용도를 달성했습니다.
  4. ^ 요오드는 물 속에서 스타틴과 반응하더라도 운반체 역할을 할 수 있는데, 이는 요오드화물([55][56]I)이−2 필요하기 때문입니다.
  5. ^ 삼불화염소를 사용하여 정제를 불소화하려는 초기의 시도는 유리에 달라붙는 생성물의 형성을 초래했습니다.염소 모노플루오라이드, 염소 및 테트라플루오실란이 형성되었습니다.저자들은 이 효과를 "퍼즐링(puzzling)"이라고 부르며 휘발성 [78]플루오린화물의 형성을 예상했다고 인정했습니다.10년 후, 이 화합물은 더 가벼운 할로겐 물질과 일치하지 않지만 [79][80]불화 라돈과 유사한 비휘발성 물질로 예측되었습니다.
  6. ^ 다시 말해, 다른 물질은 폴로늄-218이 아닌 베타 붕괴를 겪고 있었습니다.
  7. ^ 표에서, "질량 초과"라는 단어 아래에서, 실제 질량 초과가 아닌 에너지 당량이 주어집니다; "질량 초과 딸"은 동위원소와 알파 입자의 딸의 질량 초과 합의 에너지 당량을 의미합니다; "알파 붕괴 반감기"는 알파 이외의 붕괴 모드가 생략된 경우의 반감기를 의미합니다.
  8. ^ 아스타틴-221의 질량 초과에 대한 값은 측정된 것이 아니라 계산된 것입니다.
  9. ^ 이는 알파 이외의 붕괴 모드를 생략할 경우, 아스타틴-210의 알파 붕괴 반감기는 4,628.6시간(128.9일)이고, 아스타틴-211의 붕괴 반감기는 17.2시간(0.7일)에 불과하다는 것을 의미합니다.따라서, 스타틴-211은 스타틴-210보다 알파 붕괴에 대해 훨씬 덜 안정적입니다.
  10. ^ "m1"은 동위원소의 이 상태가 바닥 상태보다 에너지가 더 큰 다음으로 가능한 상태임을 의미합니다."m2" 및 이와 유사한 명칭은 더 높은 에너지 상태를 나타냅니다.스타틴-216m와 같은 잘 확립된 메타 상태가 하나일 경우 그 수는 감소할 수 있습니다.다른 지정 기법이 사용되기도 합니다.
  11. ^ 엠슬리는[9] 이 칭호가 "고농축 우라늄을 함유한 매장층에서 몇 개의 원자가 생성될 수 있다"는 베르켈륨에 의해 상실되었다고 진술하지만, 그의 주장은 어떤 주요 출처로도 입증되지 않습니다.
  12. ^ 핵종은 일반적으로 이 핵종이 속한 화학 원소의 기호로 표시되며, 그 앞에는 공백이 없는 위첨자 질량 번호와 질량 번호 바로 아래에 위치한 핵종의 아래첨자 원자 번호가 붙습니다.(중성자는 원자 질량이 1이고 원자 전하가 0인 핵으로 간주될 수 있으며 기호는 n입니다.)원자 번호가 생략된 상태에서 동위원소 관련 화학에서 원소의 동위원소 명칭으로 사용되기도 합니다.
  13. ^ 그러나 비스무트 표적을 얇은 알루미늄 호일에 캡슐화하고 녹은 비스무트를 담을 수 있는 니오븀 홀더에 넣는 나가츠 [121]등을 참조하십시오.
  14. ^ 라브루키나와 포즈드냐코프도 [129]참조.
  15. ^ 즉, 탄소의 1개의 원자 궤도와 3개의 p 궤도가 교배되어 원래의 s 궤도와 p 궤도 사이의 중간 형태인 4개의 새로운 궤도를 제공합니다.
  16. ^ "불행하게도 At의 상업적 공급이 임상적 효능의 입증을 기다리고 있다는 것이 당면한 난제입니다. 하지만 임상적 효능의 입증을 위해서는 신뢰할 수 있는 [119]At의 공급이 필요합니다."

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서지학

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