Els empèdocles moderns – Dale R. Corson (1940) i l’element 85 (At) – àstat (niloctipenti, Nop)

Ja fa un parell de setmanes que ens hem endinsat en el terreny dels elements químics inestables o astàtics, és a dir radioactius. En les taules periòdiques actuals, el darrer element amb, si més no, un isòtop estable és el plom (element 82). En algunes de més antigues, el bismut (element 83). Cal distingir en aquest punt diversos nivells d’estabilitat. Segons el model estàndard de física de partícules, el protó és una partícula estable, en tant que és més lleuger dels barions. Així, si més no, el nucli d’hidrogen-1 (el protó) és un nucli estable. Això encara ho podem estendre a un total de 90 tipus diferents de nuclis atòmics, tots ells teòricament estables (a condició que el protó també ho sigui). En aquesta definició més estricta d’isòtop estable, tan sols comptarien com a estables els primers quaranta elements de la taula periòdica (el 92Zr és l’isòtop teòricament estable més pesant). Més enllà, d’acord amb el model estàndard, tots els nuclis atòmics són teòricament inestables, degut a diferents processos (fissió espontània, desintegració alfa, desintegració a beta). Ara bé, d’aquests isòtops teòricament inestables ja un bon nombre dels quals (un total de 164) dels quals no s’ha observat aquesta inestabilitat. Així, el còmput global d’isòtops observacionalment estables és de 254, el més pesant del qual és el 208Pb. En major o menor mesura, tots aquests isòtops observacionalment estables són presents a la natura. Que siguin estables no vol dir que siguin “indestructibles”, i és clar que hi ha processos naturals (fusió en l’interior dels estels, acció de raigs còsmics, etc.) o artificials que els poden “transmutar”. Ara bé, aquests 254 isòtops observacionalment estables no són els únics primordials a la Terra, és a dir els únics que són presents a la Terra des de la seva formació. N’hi ha uns trenta-quatre isòtops inestables, radioactius, amb una semivida prou llarga com perquè també se n’hagi preservat una part de (quan no gairebé tota) la dotació primordial. En aquesta llista s’inclou el bismut-209, però també isòtops d’urani, de tori i de plutoni. Així, hi hauria a la Terra uns 288 isòtops primordials. Encara hauríem d’afegir una sèrie d’isòtops radioactius que no són primordials, però que sí són presents a la Terra com a resultat de la radiació còsmica sobre les capes altes de l’atmosfera (isòtops radioactius cosmogènics), o bé que hi són com a isòtops radioactius transitoris (isòtops radioactius radiogènics), fills dels isòtops radioactius primordials. Sumant-los tots, en la Terra hi hauria aproximadament uns 339 isòtops naturals. Alguns d’aquests isòtops són menys costosos de sintetitzar en el laboratori que no pas aïllar-los del mostres naturals. Però els altres isòtops, els no-naturals, només poden existir a la Terra com a producte de la síntesi en ciclotrons o en reactors nuclears. Nosaltres arribem així al nombre 85 de la nostra sèrie.

Si definim com a isòtop estable aquell del qual no s’ha observat desintegració, podem fer aquesta taula periòdica que assenyala el nombre d’isòtops estables per a cada element. Un patró que observem és que els elements de nombre atòmic parell tenen més isòtops estables, per norma general, que els imparells. Això explica en bona mesura una observació que ja feren, de manera independent, Giuseppe Oddo (1914) i William Draper Harkins (1917), segons la qual els elements amb un nombre atòmic parell són més abundants que els elements de nombre atòmic senar. Els models de nucli atòmic proven d’explicar regles com la d’Oddo-Harkins.

Dale R. Corson i la descoberta de l’àstat

Dale R. Corson, en la seva etapa de president de la Cornell University (1969-1977)

Dale Raymond Corson va nàixer a Pittsburg (Kansas) el 5 d’abril del 1914. Es va graduar al College of Emporia el 1934, i completà el mestratge a la University of Kansas en 1935. Passà després a la Universitat de Califònia de Berkeley, on defensà amb èxit la tesi doctoral en el 1938.

Emilio Segrè, en el 1959

Dale R. Corson s’integrà en el grup de recerca d’Ernest Lawrence, en el Berkeley Radiation Lab. Un dels doctorands de Lawrence era Kenneth Ross MacKenzie (*Portland, Oregon, 15.6.1912). Corson i MacKenzie col•laboraren amb Emilio G. Segrè, un científic judeo-italià al que les lleis antisemites de Mussolini havien forçat a acceptar una posició d’ajudant de recerca. Segrè, entre d’altres interessos científics, tenia el de descobrir/sintetitzar els “forats” existents en la taula periòdica dels elements. En el 1937, en mostres procedents d’un ciclotró, Segrè havia detectat un d’aquests forats, el corresponent a l’element 43, al qual, pel seu origen sintètic, havia donat el nom de tecneci. En el 1938, Segrè havia provat de detectar l’element 93 on algun altres d’elements transurànids, però no havia reeixit. Ara, Segrè se centrava en l’element 85.

Kenneth R. Mackenzie

Segrè pensava, com la majoria dels seus col•legues, que l’element 85 seria un halògen. Hi ha abans de Dmitri Mendeleev, hom havia definit aquest grup d’elements (etimològicament, “formadors de sals”) per raó de les seves característiques químiques comunes. Mendeleev els esmenta en la taula del 1869 (F=19; Cl=35,5; Br=80; I=127), com un mateix grup que ocuparia caselles dels períodes 2-5. Per al sisè període, Mendeleev no indicava més que una casella buida. En formulacions posteriors, Mendeleev proposà per aquest element hipotètic el nom de “eka-iode” (Ei). Ja entrat el segle XX, amb aportacions com la de Niels Bohr, hom ja podia identificar aquest “eka-iode” (el “cinquè halògen” o “halògen del període 6”) amb el nombre atòmic de 85. En el 1920, E. Wagner predeia que l’element 85 seria un element radioactiu. En conseqüència, si fos present a la natura, ho seria únicament en forma de traça i de manera transitòria. Hom se centrà, des del 1925, en la recerca de minerals de terres rares i/o d’elements radioactius.

El maig del 1931, Fred Allison (1882-1974) i Edgar J. Murphy, amb l’ajut d’Edna R. Bishop i Anna L. Sommer, de l’Institut Politècnic d’Alabama, a Auburn, reportaren que havien aconseguit detectar magneto-òpticament 2 μg de l’element 85 a partir d’una quantitat notable de monazita (un mineral de terra rara, que ja hem vist a bastament en parlar dels lantànids). El van denominar “alabamine”, és a dir respectant el sufix “-ine” compartir pels halògens coneguts. En català, la forma corresponent seria “alàbam”. Com a símbol químic, proposaren “Ab”. En textos posteriors, també trobem el símbol “Am” i la denominació “alabamium” (alabami). Però aquesta descoberta no fou universalment acceptada, especialment quan, en 1934, H. G. MacPherson, de Berkeley, publicà una crítica del mètode magneto-òptic d’Allison.

En el 1936, Horia Hulubei (1886-1972) i Yvette Cauchois (1908-1999), mentre empraven tècniques d’anàlisi de raigs X sobre mostres de gas radó, toparen amb unes línies espectrals desconegudes. Les atribuïren a l’element 85. Aquesta observació tampoc no fou acceptada generalment.

En el 1937, Rajendralal De, a Dacca, en el decurs d’estudis sobre els productes de desintegració del tori, reportà la descoberta en monazita procedent de Travacore de dos elements químics prèviament desconeguts, als quals denominà “daqui” (dakin, dacinum) i “guri” (gourium). Segons De, el daqui seria l’element 85 i ocuparia en la sèrie del tori un lloc anàleg al que ocupa el radi F (=poloni-210) en la sèrie del radi. Aquesta observació tampoc fou assumida universalment.

En el 1939, Hulubei i Cauchois publicaven noves dades sobre la detecció de l’element 85. Eren conscients, però, que necessitarien encara nous estudis. L’esclat de la guerra i l’evacuació de París (1940) interromperen aquests treballs.

Walter Minder (1905-1992), en el mateix 1940, a la Suïssa neutral, reportava que el radi-A, a banda de la desintegració-alfa, també podia patir, minoritàriament, una desintegració-beta. En un dispositiu de dues cambres d’ionització connectades amb un electròmetre, obtingué més dades que el dugueren a identificar el RaA amb l’element 85. Minder proposà com a nom de l’element, “helvetium” (helveci) i, com a símbol, Hv. Tampoc la proposta fou acceptada generalment

Fotografia d’agost del 1939 que mostra el ciclotró de 60 polsades del Laboratori de Radiació de Berkeley

L’estratègia de Corson, MacKenzie i Segrè era diferent a la de les anteriors, ja que cercava la síntesi deliberada directa de l’element 85. El bombardament de 209Bi amb partícules alfa (4He) en un ciclotró havia de donat lloc a la generació de nuclis de 21185. Aconseguiren de sintetitzar artificialment aquest isòtop que resultà, tal com esperaven, radioactiu (es desintegrava bé a poloni-211 o a bismut-207). També van poder descriure’n algunes propietats bàsiques, que els permetien de classificar-lo com un metall (Corson et al., 1940). Proposaren com a nom “astatine”, respectant el sufix propi dels halògens en llengua anglesa. La forma llatina és “astatium”, i en moltes llengües s’utilitza merament l’arrel “astat” (la forma preferent en català és plana, àstat). Aquesta arrel procedeix del grec αστατος, que vol dir “inestable”. El símbol químic adoptat fou “At”.

Part de les mostres sintetitzades per Corson et al., serviren per fer diversos estudis. Joseph G. Hamilton & Mayo H. Soley (1940) feren un estudi comparatiu en conill d’Índies del metabolisme del iode i de l’eka-iode, que indicava el caràcter halogènic del nou element.

La síntesi de Corson et al. sí fou acceptada paulatinament. Però encara quedava la qüestió de la prioritat que podien esgrimir els investigadors citats anteriorment si demostraven les seves observacions. Berta Karlik & Traude Bernert (1942) intentaren reproduir els experiments de Minder, sense èxit, i ho atribuïren a una contaminació en el flux de radó que Minder feia servir com a matèria primera. Paral•lelament, Minder, en col•laboració amb Alice Leigh-Smith, en el 1942, anunciaren la detecció d’un isòtop de l’element 85 com a producte directe de la beta-desintegració de tori-A. A aquest isòtop el denominaren “anglo-helveci” (Ah) entenent que pertanyia al mateix element 85 que ells proposaven denominar helveci (Hv).

Karlik i Bernert tampoc no van poder reproduir la detecció de l’anglo-helveci. Sí que detectaren, en canvi, una font natural de radiació alfa (Karlik & Bernert, 1943) en mostres de radi, que van poder identificar com l’isòtop 218 de l’element 85 (Karlik & Bernert, 1944). Alhora, també detectaven els isòtops 215 i 216 en la desintegració de l’actini.

Qui també treballava en l’element 85 era Hulubei, ara des de Bucarest. El bombardament d’aquesta ciutat per l’aviació nord-americana el 15 d’abril del 1945 destruí bona part del seu laboratori. Malgrat tot, continuà i, l’octubre del 1944, Hulubei ja se sentia amb prou força per reivindicar la prioritat del 1939 i donar a l’element 85 el nom de “dor”, en referència al dolor que la humanitat patia com a conseqüència de la guerra. En anglès, el nom hauria estat “dorine”, però en la majoria de llengües, hom hauria retingut “dor”. Com a símbol químic, es proposava “Do”.

En el 1947, Friedrich Paneth (1887-1958) analitzà mostres procedents d’Hulubei. Hi detectà efectivament “àstat”, però amb unes quantitats insuficients per tal que la metodologia d’Hulubei les hagués pogut detectar. De manera similar, fou definitivament refusada també la prioritat d’Allison, així com altres (“leptí”, etc.) Així, hom fixà definitivament la denominació d’àstat i el símbol At. El mateix Segrè col•laborà en recerques que aprofundien en les propietats químiques de l’àstat (Johnson et al., 1949). L’àstat mostrava una combinació de característiques halogèniques (similars al iode) i metàl•liques (similars al poloni i al bismut). A començament dels anys 1950, hom ja atribuïa la curta semivida dels isòtops de l’àstat al fet que tots ells eren susceptibles de beta-desintegració.

Acabada la guerra, en 1946, Corson havia passat a la Cornell University, com a professor ajudant de física. Contribuí al disseny del primer sincrotró del centre. En 1947 ja era professor associat i, en el 1956, professor titular, alhora que president del departament. En el 1959 fou degà del Col•legi d’Enginyeria. En col•laboració amb P. Lorrain preparà “Introduction to electromagnètic fields and waves” (1962), llibre de text que gaudí de força popularitat, i que seria reeditat el 1970.

En el 1954, Joseph Hamilton i Patricia Wallace Durbin reportaren la bioacumulació de l’àstat en la glàndula tiroide humana. Aquelles i altres recerques ja anaven encaminades a utilitzar les emissions alfa de l’àstat-211 en radioteràpia antitumoral. Les limitacions eren considerables ja que, com diria Durbin molts anys després, l’àstat “és un material miserable de fer i és un infern treballar-hi”.

Ralph McLaughlin (1964) aconseguí detectar l’espectre d’absorció de l’àstat, amb línies a 224,401 nm i 216,225 nm atribuïbles a transicions entre els nivells 6p i 7s. Patricia Wallace Durbin fou una de les pioneres en la recerca sobre l’aplicació de

En el 1969, Corson assumí la presidència de la Cornell University. Fomentà la recerca, millorant el finançament públic i privat, malgrat la situació de recessió econòmica. Establí un Senat universitari integrat per representants de docents, estudiants i personal, així com programes per adreçar les desigualtats de gènere i de raça. En el 1977 deixà la presidència. Fou canceller entre 1977 i 1980. Es va morir a Ithaca (NY) el 31 de març del 2012, a l’edat de 97 anys.

Pel que fa a Kenneth Ross McKenzie, desenvolupà la seva carrera a la University of California, Los Angeles, on participà en la construcció d’un ciclotró i d’un bevatró. Es va morir a 90 anys a Los Angeles el 4 de juliol del 2002.

L’àstat: isòtops i abundància

Com a massa atòmica de l’àstat se sol prendre 210 uma, ja que 210At és l’isòtop que té una semivida més llarga (poc més de 8 hores). El llistat complet d’isòtops fa:
– àstat-191 (191At). Nucli format per 85 protons i 106 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0017 s. Posseeix un estat mestastable (191mAt), que té una semivida de 0,0021 s.
– àstat-193 (193At; 192,99984 uma). Nucli format per 85 protons i 108 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,028 s. Decau a bismut-189, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Posseeix dos estats metastables, un a 39 keV (193m2At; que té una semivida de 0,027 s) i un altre a 50 keV (193m1At; que té una semivida de 0,021 s).
– àstat-194 (194At; 193,99873 uma). Nucli format per 85 protons i 109 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,04 s. Decau normalment a bismut-190 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, rarament, a polonia-194 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (194mAt) a 480 keV, que té una semivida de 0,25 s, i que decau a bismut-190 o, rarament, a l’estat basal.
– àstat-195 (195At; 194,996268 uma). Nucli format per 85 protons i 110 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,328 s. Decau majoritàriament (75%) a bismut-191 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (25%), a poloni-195 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (195mAt) a 34 keV, que té una semivida de 0,147 s.
– àstat-196 (196At; 195,99579 uma). Nucli format per 85 protons i 111 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,253 s. Decau majoritàriament (96%) a bismut-192 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (4%), a poloni-196 (amb emissió d’un positró). Posseeix dos estats metastables, 196m1At (que té una semivida de 0,02 s) i 196m2At (a 157,9 keV, que té una semivida de 1,1•10-5 s).
– àstat-197 (197At; 196,99319 uma). Nucli format per 85 protons i 112 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,39 s. Decau normalment (96%) a bismut-193 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (4%), a poloni-197 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (197mAt) a 52 keV, que té una semivida de 2 s.
– àstat-198 (198At; 197,99284 uma). Nucli format per 85 protons i 113 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,2 s. Decau majoritàriament (94%) a bismut-194 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (6%), a poloni-198 (amb emissió d’un positró). Posseeix un estat metastable (198mAt) a 330 keV, que té una semivida de 1 s.
– àstat-199 (199At; 198,99053 uma). Nucli format per 85 protons i 114 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,92 s. Decau majoritàriament (89%) a bismut-195 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (11%), a poloni-199 (amb emissió d’un positró).
– àstat-200 (200At; 199,990351 uma). Nucli format per 85 protons i 115 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 43,2 s. Decau bé a bismut-196 (57%; amb emissió d’un nucli d’heli-4) bé a poloni-200 (43%; amb emissió d’un positró). Posseeix dos estats metastables, un a 112,7 keV (200m1At; que té una semivida de 47 s, i que decau a l’estat basal o directament a bismut-196 (43%) o a poloni-200) i un altre a 344 keV (200m2At; que té una semivida de 3,5 s).
– àstat-201 (201At; 200,988417 uma). Nucli format per 85 protons i 116 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 85 s. Decau majoritàriament (71%) a bismut-197 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (29%), a poloni-201 (amb emissió d’un positró).
– àstat-202 (202At; 201,98863 uma). Nucli format per 85 protons i 117 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 184 s. Decau majoritàriament (88%) a poloni-202 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (12%), a bismut-198 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix dos estats metastables, un a 190 keV (202m1At; que té una semivida de 182 s) i un altre a 580 keV (202m2At; que té una semivida de 0,46 s).
– àstat-203 (203At; 202,986942 uma). Nucli format per 85 protons i 118 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 442 s (7 minuts). Decau majoritàriament (69%) a poloni-203 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (31%), a bismut-199 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– àstat-204 (204At; 203,987251 uma). Nucli format per 85 protons i 119 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 550 s (9 minuts). Decau normalment (96%) a poloni-204 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (3,8%), a bismut-200 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (204mAt) a 587,3 keV, que té una semivida de 0,108 s, i que decau a l’estat basal.
– àstat-205 (205At; 204,986074 uma). Nucli format per 85 protons i 120 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1570 s (26 minuts). Decau majoritàriament (90%) a poloni-205 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (10%), a bismut-201 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (205mAt) a 2339,65 keV, que té una semivida de 7,76•10-6 s.
– àstat-206 (206At; 205,986667 uma). Nucli format per 85 protons i 121 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1840 s (31 minuts). Decau normalment (99,11%) a poloni-206 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,9%), a bismut-202 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix un estat metastable (206mAt) a 807 keV, que té una semivida de 4,1•10-7 s.
– àstat-207 (207At; 206,985784 uma). Nucli format per 85 protons i 122 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6500 s (2 hores). Decau majoritàriament (91%) a poloni-207 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (8,6%), a bismut-203 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– àstat-208 (208At; 207,986590 uma). Nucli format per 85 protons i 123 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5870 s (2 hores). Decau normalment (99,5%) a poloni-208 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,55%), a bismut-204 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– àstat-209 (209At; 208,986173 uma). Nucli format per 85 protons i 124 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,95•104 s (5 hores). Decau normalment (96%) a poloni-209 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (4%), a bismut-205 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– àstat-210 (210At; 209,987148 uma). Nucli format per 85 protons i 125 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,9•104 s (8 hores). Decau normalment (99,8%) a poloni-210 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (4%), a bismut-205 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Posseeix dos estats metastables, un a 2549,6 keV (210m1At; que té una semivida de 4,82•10-4 s) i un altre a 4027,7 keV (210m2At; que té una semivida de 5,66•10-6 s).
– àstat-211 (211At; 210,9874963 uma). Nucli format per 85 protons i 126 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,597•104 s (7 hores). Decau bé a poloni-211 (58,2%; per captura electrònica) o a bismut-207 (42%; amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– àstat-212 (212At; 211,990745 uma). Nucli format per 85 protons i 127 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,314 s. Decau normalment (99,95%) a bismut-208 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a poloni-212 (0,05%; amb emissió d’un positró) o a radó-212 (0,000002%; amb emissió d’un electró). Posseeix dos estats metastables, un a 223 keV (212m1At; que té una semivida de 0,119 s, i que decau a l’estat basal (1%) o directament (99%) a bismut-208) i un altre a 4771,6 keV (212m2At; que té una semivida de 1,52•10-4 s).
– àstat-213 (213At; 212,992937 uma). Nucli format per 85 protons i 128 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 1,25•10-7 s. Decau a bismut-209, amb emissió d’un nucli d’heli-4.
– àstat-214 (214At; 213,996372 uma). Nucli format per 85 protons i 129 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 5,58•10-7 s. Decau a bismut-210, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Posseeix dos estats metastables, un a 59 keV (214m1At; que té una semivida de 2,65•10-7 s) i un altre a 231 keV (214m2At; que té una semivida de 7,6•10-7 s).
– àstat-215 (215At; 214,998653 uma). Nucli format per 85 protons i 130 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 1•10-4 s. Decau a bismut-211, amb emissió d’un nucli d’heli-4. És present a la natura en forma de traça, com a producte de la desintegració de l’urani-235.
– àstat-216 (216At; 216,002423 uma). Nucli format per 85 protons i 131 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 3•10-4 s. Decau normalment (99,99%) a bismut-212 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a radó-216 (0,006%; amb emissió d’un electró) o a poloni-216 (0,0000003%; per captura electrònica). Posseeix un estat metastable (216mAt) a 413 keV, que té una semivida de 10-4 s.
– àstat-217 (217At; 217,004719 uma). Nucli format per 85 protons i 132 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0323 s. Decau normalment (99,98%) a bismut-213 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,012%), a radó-217 (amb emissió d’un electró).
– àstat-218 (218At; 218,008694 uma). Nucli format per 85 protons i 133 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,5 s. Decau normalment (99,9%), a bismut-214 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (0,1%), a radó-218 (amb emissió d’un electró). És present a la natura en forma de traça, com a producte intermediari de la desintegració de l’urani-238.
– àstat-219 (219At; 219,011162 uma). Nucli format per 85 protons i 134 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 56 s. Decau normalment (97%) a bismut-215 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (3%), a radó-219 (amb emissió d’un electró). És present a natura en forma de traça, com a producte intermediari de la desintegració de l’urani-235.
– àstat-220 (220At; 220,01541 uma). Nucli format per 85 protons i 135 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 223 s (4 minuts). Decau majoritàriament (92%) a radó-220 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (8%), a bismut-216 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– àstat-221 (221At; 221,01805 uma). Nucli format per 85 protons i 136 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 140 s. Decau a radó-221, amb emissió d’un electró.
– àstat-222 (222At; 222,02233 uma). Nucli format per 85 protons i 137 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 54 s. Decau a radó-222, amb emissió d’un electró.
– àstat-223 (223At; 223,02519 uma). Nucli format per 85 protons i 138 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 50 s.

L’atom neutre d’àstat conté 85 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p5. D’aquesta manera, és l’element del període 6 del grup 17 (el grup dels halògens), dins del bloc p. Encara que de vegades és comptat com un “metal•loid” o, fins i tot, com un metall, el més habitual és deixar-lo en la banda dels “no-metalls”, al costat dels altres halògens. És comptat entre els elements naturals radioactius. Els estats d’oxidació més habituals són -1 i +1, encara que també el podem trobar amb 0, +3, +5 i +7. El radi de Van der Waals és de 2,02•10-10 m.

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, l’àstat es presentaria com un sòlid diatòmic (At2), de natura semimetàl•lica. Recentment, Hermann et al. (2013) han proposat tècniques d’obtenció de pel•lícules d’àstat monoatòmic (metàl•lic) a molt baixa temperatura. Teòricament, l’àstat diatòmic seguiria una estructura cristal•lina cúbica centrada en les cares, amb una densitat de 6350 kg•m-3. Hom suposa que seria un sòlid de color negre.

En condicions estàndards de pressió, l’àstat elemental fondria a 575 K, i bulliria a 610 K.

En condicions ambientals, una pel•lícula d’àstat elemental es vaporitzaria ben aviat (un 50% en una hora). La reactivitat de l’àstat s’ha estudiat en solucions molt diluïdes (<0,1 nM), amb comportaments anàlegs al iode, però amb certes característiques metàl•liques.

L’àstat és el menys reactiu dels halògens, per bé que hom ha pogut sintetitzar i estudiar compostos, emprant dilucions d’àstat en iode:
– astaturs: de sodi, de pal•ladi, d’argent (AgAt), de tal•li i de plom.
– hidrur (AtH).
compostos interhalògens: AtI, AtBr, AtCl.
– compostos amb bor.
– compostos amb nitrogen.
– compostos amb oxigen: en solució aquosa s’han detectat AtO, AtO2, AtO+ i anió perastatat (AtO4).
– astatinats: triastatinat de lantà (La(AtO3)3).
– compostos amb sofre: S7At+.
– compostos organo-astàtics: tetraastatur de carboni (CAt4), astatobenzè (C6H5At)

L’abundància atòmica de l’àstat en l’univers és condicionada negativament pel caràcter altament inestable de tots els seus isòtops. És present a la natura com producte de la desintegració d’urani i de tori, fonamentalment com a 215At, 218At i 219At. L’àstat és el menys abundant de tots els elements cisurànics, i el superen també alguns elements transurànics.

En la Terra, l’àstat és present en forma de traça, més concentrat en l’escorça terrestre, sobretot associat a minerals d’urani i de tori. La seva presència és transitòria i no deu depassar un contingut total d’1 g en tota l’escorça terrestre (1 part entre 1025). Hom ha detectat la presència en mostres naturals de sis isòtops (214At, 215At, 216At, 217At, 218At i 219At). L’àstat-219 és isòtop fill del franci-223. L’àstat-215 resulta fonamentalment com a producte secundari del poloni-215, al seu torn isòtop fill de l’àstat-219. Hom calcula que en l’escorça terrestre no hi hauria pas gaire més d’un nanogram de 215At en cada moment. L’àstat-218 és isòtop fill del poloni-218. L’àstat-217 és l’isòtop fill del franci-221 i, en darrer terme, del neptuni-237. L’àstat-214 és isòtop fil del protactini-226, de la mateixa manera que l’àstat-215 i l’àstat-216 també resulten del protactini-227 i protactini-228.

La presència d’àstat en la hidrosfera, l’atmosfera i la biosfera és negligible.

Estudis en animals mostren que l’àstat s’acumula de manera preferencial en la glàndula tiroide, en paral•lel al iode, si bé de forma no tan marcada. Alhora, l’àstat també tendeix a acumular-se en pulmons i melsa. Els efectes radiològics de l’administració d’àstat afecten, doncs, particularment la glàndula tiroide. Els cations At són metabolitzats en alguns teixits a At+.

Aplicacions de l’àstat

Donada la seva extrema raresa, l’àstat és produït gairebé exclusivament de manera sintètica. La principal ruta de producció és el bombardament de bismut amb partícules alfa energètiques. Hom empra com a dianes bismut metàl•lic (dipositat en 50-100 mg/cm2 damunt de plaques d’or, coure o alumini) o òxid de bismut (fos en una placa de coure). Després de la irradiació, el material és separat per destil•lació seca o amb tractament àcid (nítric, perclòric; amb posterior extracció amb un solvent orgànic). En cada ronda de producció, hom pot arribar a aconseguir uns 86 ng, consistents en uns pocs centenars de bilions d’àtoms de 211At, 210At i 209At, corresponent a una activitat de 6,6 GBq. Per a aconseguir quantitats més elevades, de l’ordre de micrograms, ho ha proposat l’ús de tecnologia criogènica basada en la irradiació protònica de tori i urani, que donés lloc a 211Rn i, a través seu, a 211At.

Després de la irradiació de la diana de bismut, l’àstat resultant pot aïllar-se a partir de la dissolució en àcid concentrat de la diana i de l’extracció amb solvents orgànics. Aquest procediment es pot fer en la caixa de guants (en la imatge, la del grup de recerca de Donald Hamilin a la University of Washington), gràcies al fet que l’àstat-211 emet poca radiació beta o gamma.

L’àstat-211 ha estat investigat per al desenvolupament de fàrmacs antitumorals. En medicina nuclear, el 211At constituiria una alternativa al 131I, ja que el primer és un beta-emissor pobre. L’efecte de la radiació alfa de 211At es concentraria en un radi de 70 μm, força més precís que no pas el de la radiació neta (2 mm). Així seria indicat en casos on la càrrega tumoral és baixa, o quan els tumors se situen en proximitat de teixits essencials. La mera adhesió de 1-10 àtoms de 211At a una cèl•lula tumoral pot produir-li ja una morbiditat significativa.

Entre els preparats d’àstat-211 que han estat investigats com a fàrmacs antitumorals podem esmentar:
– col•loides d’àstat-tel•luri, per a tumors compartimentats.
– conjugats d’àstat-biotina.
– bifosfonats marcats amb 211At.
– blau de metilè marcat amb 211At, per a melanomes.
-meta-[211-At]astatobenzil-guanidina, per a tumors neuroendocrins.
– 6-[211At]astato-2-metil-1,4-naftaquinol-difosfat, per a adenocarcinomes.
– 5-[211At]astato-2’-desoxiuridina.
– octreòtid marcat amb 211At.
– conjugats de 211At amb anticossos monoclonals.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: