Аста́т (от др.-греч. ἄστατος — «неустойчивый») — радиоактивный химический элемент 17-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы VII группы), шестого периода, с атомным номером 85. Обозначается символом At (лат. Astatium). Простое вещество астат 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

Предсказан (как «эка-иод») Д. И. Менделеевым в 1898 году. В 1931—1943 годах были сделаны многочисленные попытки обнаружить элемент № 85 в природе. Он мог быть спутником иода, продуктом α-распада франция или β-распада полония, поэтому его пытались найти в иоде, морской воде, продуктах распада изотопов радия и радона, монаците, урановой смоляной руде, минералах железа и платины. В 1931 году Ф. Аллисон с сотрудниками (Алабамский политехнический институт) сообщили об открытии этого элемента в монацитовом песке и предложили для него название «алабамий» (Ab)^[6][7], однако этот результат не подтвердился. Вплоть до 1943 года появлялись публикации об обнаружении элемента в природе, и он последовательно получал названия дор, декин, гельвеций (в честь Гельвеции — древнего названия Швейцарии), англогельвеций, лептин (от греч. «слабый, шаткий»). Все эти открытия также оказались ошибочными.

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 1943—1946 годах изотопы астата были обнаружены в составе природных радиоактивных рядов (см. ниже). В русской терминологии элемент до 1962 года назывался «астатин».

Нахождение в природе

Астат является наиболее редким элементом среди всех, встречающихся в земной природе. Его суммарное содержание в земной коре в любой момент времени не превышает одного грамма^[8]. 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

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

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^[9]. 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^[9].

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

Химические свойства

По химическим свойствам астат близок как к иоду (проявляет свойства галогенов), так и к полонию (свойства металла)^[10].

Астат в водном растворе восстанавливается диоксидом серы SO₂; как и металлы, он осаждается даже из сильнокислых растворов сероводородом (H₂S)^[10]. Вытесняется из сернокислых растворов цинком (свойства металла)^[10].

Как и все галогены, астат образует нерастворимую соль AgAt (астатид серебра)^[10]. Он способен окисляться до состояния At(V), как и иод (например, соль AgAtO₃ идентична по свойствам AgIO₃)^[10].

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

Оба эти соединения растворяются в тетрахлорметане СCl₄^[11].

Астат растворяется в разбавленной соляной и азотной кислотах^[11]:

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^[12].

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 At^τ+ (астат-тау-плюс).

Присутствие астата определяется по характерному альфа-излучению^[10].

Биологическая роль

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

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, T_1/2=8,3 часа^[10][13]); однако у трёх природных изотопов период полураспада не превышает минуты.

Примечания