Astato
El astato es un elemento químico con el símbolo At y el número atómico 85. Es el elemento natural más raro en la corteza terrestre y se presenta solo como el producto de descomposición de varios elementos más pesados. Todos los isótopos de astato son de corta duración; el más estable es el astato-210, con una vida media de 8,1 horas. Nunca se ha ensamblado una muestra del elemento puro, porque cualquier espécimen macroscópico se vaporizaría inmediatamente por el calor de su propia radiactividad.
Las propiedades a granel del astato no se conocen con certeza. Muchos de ellos se han estimado a partir de la posición del elemento en la tabla periódica como un análogo más pesado del yodo y un miembro de los halógenos (el grupo de elementos que incluye flúor, cloro, bromo y yodo). Sin embargo, el astato también cae aproximadamente a lo largo de la línea divisoria entre metales y no metales, y también se ha observado y predicho cierto comportamiento metálico. Es probable que el astato tenga una apariencia oscura o brillante y puede ser un semiconductor o posiblemente un metal. Químicamente, se conocen varias especies aniónicas de astato y la mayoría de sus compuestos se asemejan a los del yodo, pero a veces también muestra características metálicas y muestra algunas similitudes con la plata.
La primera síntesis del elemento fue en 1940 por Dale R. Corson, Kenneth Ross MacKenzie y Emilio G. Segrè en la Universidad de California, Berkeley, quienes lo llamaron del griego antiguo ἄστατος (astatos) 'inestable'. Posteriormente se descubrió que cuatro isótopos de astato se encontraban de forma natural, aunque mucho menos de un gramo está presente en un momento dado en la corteza terrestre. Ni el isótopo más estable astato-210, ni el astato-211 médicamente útil, ocurren naturalmente; solo se pueden producir sintéticamente, generalmente bombardeando bismuto-209 con partículas alfa.
Características
El astato es un elemento extremadamente radiactivo; todos sus isótopos tienen una vida media de 8,1 horas o menos, y se descomponen en otros isótopos de astato, bismuto, polonio o radón. La mayoría de sus isótopos son muy inestables, con vidas medias de un segundo o menos. De los primeros 101 elementos de la tabla periódica, solo el francio es menos estable, y todos los isótopos de astato más estables que el francio son, en cualquier caso, sintéticos y no se encuentran en la naturaleza.
Las propiedades a granel del astato no se conocen con certeza. La investigación está limitada por su corta vida media, lo que impide la creación de cantidades ponderables. Una pieza visible de astato se vaporizaría inmediatamente debido al calor generado por su intensa radiactividad. Queda por ver si, con suficiente enfriamiento, una cantidad macroscópica de astato podría depositarse como una película delgada. El astato generalmente se clasifica como un no metal o un metaloide; También se ha pronosticado la formación de metales.
Físico
La mayoría de las propiedades físicas del astato se han estimado (mediante interpolación o extrapolación), utilizando métodos derivados teórica o empíricamente. Por ejemplo, los halógenos se oscurecen al aumentar el peso atómico: el flúor es casi incoloro, el cloro es amarillo verdoso, el bromo es marrón rojizo y el yodo es gris oscuro/violeta. El ástato a veces se describe como probablemente un sólido negro (suponiendo que siga esta tendencia) o con una apariencia metálica (si es un metaloide o un metal).
El astato se sublima menos fácilmente que el yodo, ya que tiene una presión de vapor más baja. Aun así, la mitad de una cantidad determinada de astato se vaporizará en aproximadamente una hora si se coloca sobre una superficie de vidrio limpia a temperatura ambiente. El espectro de absorción del astato en la región ultravioleta media tiene líneas en 224,401 y 216,225 nm, lo que sugiere transiciones de 6p a 7s.
Se desconoce la estructura del astato sólido. Como análogo del yodo, puede tener una estructura cristalina ortorrómbica compuesta por moléculas diatómicas de astato y ser un semiconductor (con una banda prohibida de 0,7 eV). Alternativamente, si el astato condensado forma una fase metálica, como se ha predicho, puede tener una estructura cúbica monoatómica centrada en las caras; en esta estructura bien puede ser un superconductor, como la fase similar de alta presión del yodo. Se espera que el astato metálico tenga una densidad de 8,91 a 8,95 g/cm.
La evidencia a favor (o en contra) de la existencia de astato diatómico (At 2) es escasa y no concluyente. Algunas fuentes afirman que no existe, o al menos nunca se ha observado, mientras que otras afirman o insinúan su existencia. A pesar de esta controversia, se han predicho muchas propiedades del astato diatómico; por ejemplo, su longitud de enlace sería300 ± 10 pm, energía de disociación83,7 ± 12,5 kJ/mol y calor de vaporización (∆Hvap ) 54,39 kJ/mol. Se han pronosticado muchos valores para los puntos de fusión y ebullición del astato, pero solo para At 2.
Químico
La química del astato está "enturbiada por las concentraciones extremadamente bajas en las que se han realizado experimentos con astato y la posibilidad de reacciones con impurezas, paredes y filtros, o subproductos de radiactividad y otras interacciones no deseadas a nanoescala". Muchas de sus propiedades químicas aparentes se han observado utilizando estudios de trazadores en soluciones de astato extremadamente diluidas, típicamente menos de 10 mol·L. Algunas propiedades, como la formación de aniones, se alinean con otros halógenos. El astato también tiene algunas características metálicas, como depositarse en un cátodo y coprecipitar con sulfuros metálicos en ácido clorhídrico. Forma complejos con EDTA, un agente quelante de metales,y es capaz de actuar como un metal en el radiomarcaje de anticuerpos; en algunos aspectos, el astato en el estado +1 es similar a la plata en el mismo estado. Sin embargo, la mayor parte de la química orgánica del astato es análoga a la del yodo. Se ha sugerido que el astato puede formar un catión monoatómico estable en solución acuosa, pero la evidencia de electromigración sugiere que la especie catiónica At(I) es ácido hipoastásico protonado (H 2 OAt), mostrando una analogía con el yodo.
El astato tiene una electronegatividad de 2,2 en la escala de Pauling revisada, más baja que la del yodo (2,66) y la misma que la del hidrógeno. En el astato de hidrógeno (HAt), se predice que la carga negativa estará en el átomo de hidrógeno, lo que implica que este compuesto podría denominarse hidruro de astato de acuerdo con ciertas nomenclaturas. Eso sería consistente con que la electronegatividad del astato en la escala de Allred-Rochow (1,9) sea menor que la del hidrógeno (2,2).Sin embargo, la nomenclatura estequiométrica oficial de la IUPAC se basa en una convención idealizada de determinar las electronegatividades relativas de los elementos por la mera virtud de su posición dentro de la tabla periódica. De acuerdo con esta convención, el astato se maneja como si fuera más electronegativo que el hidrógeno, independientemente de su verdadera electronegatividad. La afinidad electrónica del astato, a 233 kJ mol, es un 21 % menor que la del yodo. En comparación, el valor de Cl (349) es un 6,4% superior al de F (328); Br (325) es 6,9% menos que Cl; y I (295) es 9,2% menos que Br. Se predijo que la marcada reducción de At se debía a las interacciones espín-órbita. La primera energía de ionización del astato es de unos 899 kJ mol, que continúa la tendencia de disminuir las energías de primera ionización en el grupo de los halógenos (flúor, 1681; cloro, 1251; bromo, 1140; yodo, 1008).
Compuestos
Menos reactivo que el yodo, el astato es el menos reactivo de los halógenos. Sus compuestos han sido sintetizados en cantidades a escala nanométrica y estudiados lo más intensamente posible antes de su desintegración radiactiva. Las reacciones involucradas se han probado típicamente con soluciones diluidas de astato mezcladas con grandes cantidades de yodo. Actuando como un vehículo, el yodo asegura que haya material suficiente para que funcionen las técnicas de laboratorio (como la filtración y la precipitación). Al igual que el yodo, se ha demostrado que el astato adopta estados de oxidación impares que van desde -1 a +7.
Solo se han informado unos pocos compuestos con metales, en forma de astatidas de sodio, paladio, plata, talio y plomo. Algunas propiedades características de la astatida de plata y sodio, y las otras astatidas alcalinas y alcalinotérreas hipotéticas, han sido estimadas por extrapolación de otros haluros metálicos.
Los pioneros de la química del astato notaron la formación de un compuesto de astato con hidrógeno, generalmente denominado astato de hidrógeno. Como se mencionó, hay motivos para referirse a este compuesto como hidruro de astato. Se oxida fácilmente; la acidificación con ácido nítrico diluido da las formas At o At, y la posterior adición de plata (I) puede precipitar solo parcialmente, en el mejor de los casos, astato como astato de plata (I) (AgAt). El yodo, por el contrario, no se oxida y precipita fácilmente como yoduro de plata (I).
Se sabe que el astato se une al boro, el carbono y el nitrógeno. Se han preparado varios compuestos de jaula de boro con enlaces At-B, siendo estos más estables que los enlaces At-C. El astato puede reemplazar un átomo de hidrógeno en el benceno para formar astatobenceno C 6 H 5 At; éste puede ser oxidado a C 6 H 5 AtCl 2 por el cloro. Al tratar este compuesto con una solución alcalina de hipoclorito, se puede producir C 6 H 5 AtO 2. El catión dipiridina-astatino(I), [At(C 5 H 5 N) 2 ], forma compuestos iónicos con perclorato (un anión no coordinante) y con nitrato, [At(C 5 H 5 N) 2 ]NO 3. Este catión existe como un complejo de coordinación en el que dos enlaces covalentes dativos unen por separado el centro de astato (I) con cada uno de los anillos de piridina a través de sus átomos de nitrógeno.
Con el oxígeno, hay evidencia de las especies AtO y AtO en solución acuosa, formadas por la reacción del astato con un oxidante como el bromo elemental o (en este último caso) por persulfato de sodio en una solución de ácido perclórico: esta última especie podría también ser ácido astatoso protonado, H2en O2. La especie que antes se pensaba que era AtO2desde entonces se ha determinado que es AtO(OH)2, un producto de hidrólisis de AtO (otro de estos productos de hidrólisis es AtOOH). El AtO bien caracterizado3El anión se puede obtener, por ejemplo, mediante la oxidación de astato con hipoclorito de potasio en una solución de hidróxido de potasio. Se ha informado sobre la preparación de triastato de lantano La(AtO 3) 3, luego de la oxidación de astato por una solución caliente de Na 2 S 2 O 8. Mayor oxidación de AtO3, como el difluoruro de xenón (en una solución alcalina caliente) o el peryodato (en una solución neutra o alcalina), produce el ion perastato AtO4; esto solo es estable en soluciones neutras o alcalinas. También se cree que el astato es capaz de formar cationes en sales con oxianiones como el yodato o el dicromato; esto se basa en la observación de que, en soluciones ácidas, los estados positivos intermedios o monovalentes del astato coprecipitan con las sales insolubles de cationes metálicos como el yodato de plata (I) o el dicromato de talio (I).
El astato puede formar enlaces con otros calcógenos; estos incluyen S 7 At y At (CSN)2con azufre, un compuesto de selenourea de coordinación con selenio y un coloide de astato-telurio con telurio.
Se sabe que el astato reacciona con sus homólogos más ligeros, el yodo, el bromo y el cloro en estado de vapor; estas reacciones producen compuestos interhalógenos diatómicos con fórmulas AtI, AtBr y AtCl. Los dos primeros compuestos también se pueden producir en agua: el astato reacciona con una solución de yodo/yoduro para formar AtI, mientras que el AtBr requiere (aparte del astato) una solución de yodo/monobromuro de yodo/bromuro. El exceso de yoduros o bromuros puede dar lugar a AtBr2y Atl2iones, o en una solución de cloruro, pueden producir especies como AtCl2o AtBrCla través de reacciones de equilibrio con los cloruros. La oxidación del elemento con dicromato (en solución de ácido nítrico) mostró que la adición de cloruro convirtió el astato en una molécula que probablemente sea AtCl o AtOCl. Del mismo modo, AtOCl2o AtCl2puede ser producido. Se sabe o se supone que han precipitado los polihaluros PdAtI 2, CsAtI 2, TlAtI 2 y PbAtI. En un espectrómetro de masas con fuente de iones de plasma, los iones [AtI], [AtBr] y [AtCl] se han formado introduciendo vapores de halógeno más ligeros en una celda llena de helio que contiene astato, lo que respalda la existencia de moléculas neutras estables en el ion de plasma. estado. Aún no se han descubierto fluoruros de astato. Su ausencia se ha atribuido especulativamente a la extrema reactividad de tales compuestos, incluida la reacción de un fluoruro formado inicialmente con las paredes del recipiente de vidrio para formar un producto no volátil.Por lo tanto, aunque se cree que es posible la síntesis de un fluoruro de astato, puede requerir un disolvente de fluoruro de halógeno líquido, como ya se ha utilizado para la caracterización del fluoruro de radón.
Historia
En 1869, cuando Dmitri Mendeleev publicó su tabla periódica, el espacio debajo del yodo estaba vacío; después de que Niels Bohr estableciera la base física de la clasificación de los elementos químicos, se sugirió que el quinto halógeno pertenecía allí. Antes de su descubrimiento reconocido oficialmente, se llamaba "eka-yodo" (del sánscrito eka - "uno") para implicar que era un espacio debajo del yodo (de la misma manera que eka-silicio, eka-boro y otros). Los científicos trataron de encontrarlo en la naturaleza; dada su extrema rareza, estos intentos resultaron en varios descubrimientos falsos.
Fred Allison y sus asociados en el Instituto Politécnico de Alabama (ahora Universidad de Auburn) hicieron el primer descubrimiento declarado de eka-yodo en 1931. Los descubridores llamaron al elemento 85 "alabamina" y le asignaron el símbolo Ab, designaciones que se usaron para unos años. En 1934, HG MacPherson de la Universidad de California, Berkeley, refutó el método de Allison y la validez de su descubrimiento.Hubo otro reclamo en 1937, por el químico Rajendralal De. Trabajando en Dacca en la India británica (ahora Dhaka en Bangladesh), eligió el nombre "dakin" para el elemento 85, que afirmó haber aislado como el equivalente de la serie del torio del radio F (polonio-210) en la serie del radio. Las propiedades que informó para el dakin no corresponden a las del astato; además, el astato no se encuentra en la serie del torio y se desconoce la verdadera identidad de dakin.
En 1936, el equipo del físico rumano Horia Hulubei y la física francesa Yvette Cauchois afirmaron haber descubierto el elemento 85 mediante análisis de rayos X. En 1939, publicaron otro artículo que apoyaba y ampliaba los datos anteriores. En 1944, Hulubei publicó un resumen de los datos que había obtenido hasta ese momento, alegando que estaba respaldado por el trabajo de otros investigadores. Eligió el nombre "dor", presumiblemente del rumano "anhelo" [de paz], ya que la Segunda Guerra Mundial había comenzado cinco años antes. Como Hulubei estaba escribiendo en francés, un idioma que no admite el sufijo "ine", dor probablemente se habría traducido en inglés como "dorine", si se hubiera adoptado. En 1947, la afirmación de Hulubei fue efectivamente rechazada por el químico austriaco Friedrich Paneth, quien luego presidiría el comité de la IUPAC responsable del reconocimiento de nuevos elementos. Aunque las muestras de Hulubei contenían astato, sus medios para detectarlo eran demasiado débiles, según los estándares actuales, para permitir una identificación correcta.También había estado involucrado en una afirmación falsa anterior sobre el descubrimiento del elemento 87 (francio) y se cree que esto hizo que otros investigadores restaran importancia a su trabajo.
En 1940, el químico suizo Walter Minder anunció el descubrimiento del elemento 85 como el producto de la desintegración beta del radio A (polonio-218), eligiendo el nombre "helvetium" (de Helvetia, el nombre latino de Suiza). Berta Karlik y Traude Bernert no lograron reproducir sus experimentos y, posteriormente, atribuyeron los resultados de Minder a la contaminación de su flujo de radón (el radón-222 es el isótopo principal del polonio-218). En 1942, Minder, en colaboración con la científica inglesa Alice Leigh-Smith, anunció el descubrimiento de otro isótopo del elemento 85, supuestamente producto de la desintegración beta del torio A (polonio-216). Llamaron a esta sustancia "anglo-helvetium", pero Karlik y Bernert nuevamente no pudieron reproducir estos resultados.
Más tarde, en 1940, Dale R. Corson, Kenneth Ross MacKenzie y Emilio Segrè aislaron el elemento en la Universidad de California, Berkeley. En lugar de buscar el elemento en la naturaleza, los científicos lo crearon bombardeando bismuto-209 con partículas alfa en un ciclotrón (acelerador de partículas) para producir, tras la emisión de dos neutrones, astato-211. Los descubridores, sin embargo, no sugirieron de inmediato un nombre para el elemento. La razón de esto fue que en ese momento, un elemento creado sintéticamente en "cantidades invisibles" que aún no se había descubierto en la naturaleza no se consideraba completamente válido; además, los químicos se mostraban reacios a reconocer los isótopos radiactivos de forma tan legítima como los estables.En 1943, Berta Karlik y Traude Bernert encontraron astato como producto de dos cadenas de descomposición naturales, primero en la llamada serie del uranio y luego en la serie del actinio. (Desde entonces, el astato también se encontró en una tercera cadena de desintegración, la serie del neptunio). Friedrich Paneth en 1946 llamó a reconocer finalmente los elementos sintéticos, citando, entre otras razones, la confirmación reciente de su ocurrencia natural, y propuso que los descubridores del los elementos sin nombre recién descubiertos nombran estos elementos. A principios de 1947, Nature publicó las sugerencias de los descubridores; una carta de Corson, MacKenzie y Segrè sugirió que el nombre "astatine" proviene del griego astatos(αστατος) que significa "inestable", debido a su propensión a la desintegración radiactiva, con la terminación "-ine", que se encuentra en los nombres de los cuatro halógenos descubiertos anteriormente. El nombre también se eligió para continuar con la tradición de los cuatro halógenos estables, donde el nombre se refería a una propiedad del elemento.
Corson y sus colegas clasificaron el astato como un metal sobre la base de su química analítica. Los investigadores posteriores informaron un comportamiento similar al yodo, catiónico o anfótero. En una retrospectiva de 2003, Corson escribió que "algunas de las propiedades [del astato] son similares al yodo... también exhibe propiedades metálicas, más parecidas a sus vecinos metálicos Po y Bi".
Isótopos
| Características de desintegración alfa para isótopos de astato de muestra | ||||
|---|---|---|---|---|
| número de masa | exceso de masa | Media vida | Probabilidad de descomposiciónalfa | Vida media dedescomposición alfa |
| 207 | −13,243 MeV | 1.80 horas | 8,6 % | 20,9 horas |
| 208 | −12,491 MeV | 1,63 horas | 0,55 % | 12,3 días |
| 209 | −12,880 MeV | 5.41 horas | 4,1 % | 5,5 días |
| 210 | −11,972 MeV | 8,1 horas | 0,175 % | 193 días |
| 211 | −11,647 MeV | 7.21 horas | 41,8 % | 17,2 horas |
| 212 | −8,621 MeV | 0,31 s | ≈100% | 0,31 s |
| 213 | −6,579 MeV | 125 ns | 100 % | 125 ns |
| 214 | −3,380 MeV | 558 ns | 100 % | 558 ns |
| 219 | 10,397 MeV | 56 segundos | 97 % | 58 segundos |
| 220 | 14.350 MeV | 3,71 minutos | 8 % | 46,4 minutos |
| 221 | 16.810 MeV | 2,3 minutos | experimentalmentealfa estable | ∞ |
Hay 39 isótopos conocidos de astato, con masas atómicas (números de masa) de 191–229. El modelo teórico sugiere que podrían existir 37 isótopos más. No se ha observado ningún isótopo de astato estable o de larga vida, ni se espera que exista.
Las energías de descomposición alfa de Astatine siguen la misma tendencia que para otros elementos pesados. Los isótopos de astato más ligeros tienen energías bastante altas de desintegración alfa, que disminuyen a medida que los núcleos se vuelven más pesados. Astatine-211 tiene una energía significativamente mayor que el isótopo anterior, porque tiene un núcleo con 126 neutrones, y 126 es un número mágico que corresponde a una capa de neutrones llena. A pesar de tener una vida media similar a la del isótopo anterior (8,1 horas para el astato-210 y 7,2 horas para el astato-211), la probabilidad de desintegración alfa es mucho mayor para este último: 41,81% frente a solo 0,18%. Los dos isótopos siguientes liberan aún más energía, siendo el astato-213 el que libera la mayor cantidad de energía. Por esta razón, es el isótopo astato de vida más corta.A pesar de que los isótopos de astato más pesados liberan menos energía, no existe un isótopo de astato de vida prolongada, debido al papel cada vez mayor de la desintegración beta (emisión de electrones). Este modo de descomposición es especialmente importante para el astato; ya en 1950 se postuló que todos los isótopos del elemento experimentan desintegración beta, aunque las mediciones de masa nuclear indican que At es, de hecho, estable en beta, ya que tiene la masa más baja de todas las isobaras con A = 215. Un modo de desintegración beta tiene se ha encontrado para todos los demás isótopos de astato excepto para astato-213, astato-214 y astato-216m.El astato-210 y los isótopos más ligeros exhiben decaimiento beta más (emisión de positrones), el astato-216 y los isótopos más pesados exhiben decaimiento beta menos, y el astato-212 se desintegra a través de ambos modos, mientras que el astato-211 sufre captura de electrones.
El isótopo más estable es el astato-210, que tiene una vida media de 8,1 horas. El modo de desintegración principal es beta plus, al emisor alfa polonio-210 de vida relativamente larga (en comparación con los isótopos de astato). En total, solo cinco isótopos tienen vidas medias superiores a una hora (astato-207 a -211). El isótopo en estado fundamental menos estable es el astato-213, con una vida media de 125 nanosegundos. Sufre una desintegración alfa al bismuto-209 de vida extremadamente larga.
El astato tiene 24 isómeros nucleares conocidos, que son núcleos con uno o más nucleones (protones o neutrones) en estado excitado. Un isómero nuclear también puede denominarse "metaestado", lo que significa que el sistema tiene más energía interna que el "estado fundamental" (el estado con la energía interna más baja posible), lo que hace que el primero sea probable que se desintegre en el segundo. Puede haber más de un isómero para cada isótopo. El más estable de estos isómeros nucleares es el astato-202m1, que tiene una vida media de unos 3 minutos, más larga que la de todos los estados fundamentales excepto los de los isótopos 203–211 y 220. El menos estable es el astato-214m1; su vida media de 265 nanosegundos es más corta que la de todos los estados fundamentales excepto el del astato-213.
Ocurrencia natural
El astato es el elemento natural más raro. Algunos estiman que la cantidad total de astato en la corteza terrestre (masa cotizada 2,36 × 10 gramos) es menos de un gramo en un momento dado. Otras fuentes estiman que la cantidad de astato efímero, presente en la tierra en un momento dado, es de hasta una onza (alrededor de 28 gramos).
Cualquier astato presente en la formación de la Tierra ha desaparecido hace mucho tiempo; los cuatro isótopos naturales (astato-215, -217, -218 y -219) se producen continuamente como resultado de la desintegración de minerales radiactivos de torio y uranio, y pequeñas cantidades de neptunio-237. La masa terrestre de América del Norte y del Sur combinadas, hasta una profundidad de 16 kilómetros (10 millas), contiene solo alrededor de un billón de átomos de astato-215 en un momento dado (alrededor de 3,5 × 10 gramos). El astato-217 se produce a través de la desintegración radiactiva del neptunio-237. Los restos primordiales del último isótopo, debido a su vida media relativamente corta de 2,14 millones de años, ya no están presentes en la Tierra. Sin embargo, pequeñas cantidades ocurren naturalmente como producto de las reacciones de transmutación en los minerales de uranio.Astatine-218 fue el primer isótopo de astato descubierto en la naturaleza. El astato-219, con una vida media de 56 segundos, es el isótopo natural de vida más larga.
Los isótopos de astato a veces no se enumeran como naturales debido a conceptos erróneos de que no existen tales isótopos o discrepancias en la literatura. El astato-216 se ha contado como un isótopo natural, pero los informes de su observación (que se describieron como dudosos) no se han confirmado.
Síntesis
Formación
| Reacción | Energía de partícula alfa |
|---|---|
| 83Bi +2el →85En + 20norte | 26 MeV |
| 83Bi +2el →85En + 30norte | 40 MeV |
| 83Bi +2el →85A + 40norte | 60 MeV |
El astato se produjo por primera vez bombardeando bismuto-209 con partículas alfa energéticas, y esta sigue siendo la ruta principal utilizada para crear los isótopos de vida relativamente larga astato-209 a astato-211. El astato solo se produce en cantidades minúsculas, con técnicas modernas que permiten series de producción de hasta 6,6 gigabequereles (alrededor de 86 nanogramos o 2,47 × 10 átomos). La síntesis de mayores cantidades de astato con este método está restringida por la disponibilidad limitada de ciclotrones adecuados y la perspectiva de derretir el objetivo. Radiólisis solvente debido al efecto acumulativo de la descomposición del astato.es un problema relacionado. Con la tecnología criogénica, se podrían generar cantidades de microgramos de astato mediante la irradiación de protones de torio o uranio para producir radón-211, que a su vez se descompone en astato-211. Se espera que la contaminación con astato-210 sea un inconveniente de este método.
El isótopo más importante es el astato-211, el único de uso comercial. Para producir el objetivo de bismuto, el metal se pulveriza sobre una superficie de oro, cobre o aluminio a 50 a 100 miligramos por centímetro cuadrado. En su lugar, se puede utilizar óxido de bismuto; esto se fusiona a la fuerza con una placa de cobre. El objetivo se mantiene bajo una atmósfera de nitrógeno químicamente neutral y se enfría con agua para evitar la vaporización prematura de astato. En un acelerador de partículas, como un ciclotrón,las partículas alfa chocan con el bismuto. Aunque solo se usa un isótopo de bismuto (bismuto-209), la reacción puede ocurrir de tres formas posibles, produciendo astato-209, astato-210 o astato-211. Para eliminar los nucleidos no deseados, la energía máxima del acelerador de partículas se establece en un valor (óptimamente 29,17 MeV) por encima del de la reacción que produce astato-211 (para producir el isótopo deseado) y por debajo del que produce astato-210 (para evitar la producción de otros isótopos de astato).
Métodos de separación
Dado que el astato es el producto principal de la síntesis, después de su formación solo debe separarse del objetivo y de cualquier contaminante significativo. Hay varios métodos disponibles, "pero generalmente siguen uno de dos enfoques: destilación seca o tratamiento con ácido [húmedo] del objetivo seguido de extracción con solvente". Los métodos resumidos a continuación son adaptaciones modernas de procedimientos más antiguos, según lo revisado por Kugler y Keller. Las técnicas anteriores a 1985 abordaron con mayor frecuencia la eliminación del polonio tóxico coproducido; este requisito ahora se mitiga limitando la energía del haz de irradiación del ciclotrón.
Seco
El objetivo del ciclotrón que contiene astato se calienta a una temperatura de alrededor de 650 °C. El astato se volatiliza y se condensa (típicamente) en una trampa fría. Las temperaturas más altas de hasta alrededor de 850 °C pueden aumentar el rendimiento, con el riesgo de contaminación por bismuto debido a la volatilización concurrente. Puede ser necesario volver a destilar el condensado para minimizar la presencia de bismuto (ya que el bismuto puede interferir con las reacciones de marcaje de astato). El astato se recupera de la trampa usando uno o más solventes de baja concentración como hidróxido de sodio, metanol o cloroformo. Se pueden lograr rendimientos de astato de hasta alrededor del 80%. La separación en seco es el método más comúnmente utilizado para producir una forma químicamente útil de astato.
Mojado
El objetivo de bismuto irradiado (o, a veces, trióxido de bismuto) se disuelve primero, por ejemplo, en ácido nítrico o perclórico concentrado. Después de este primer paso, el ácido puede eliminarse por destilación para dejar un residuo blanco que contiene tanto bismuto como el producto de astato deseado. A continuación, este residuo se disuelve en un ácido concentrado, como el ácido clorhídrico. El astato se extrae de este ácido utilizando un disolvente orgánico como éter butílico o isopropílico, éter diisopropílico (DIPE) o tiosemicarbazida. Utilizando la extracción líquido-líquido, el producto de astato puede lavarse repetidamente con un ácido, como HCl, y extraerse en la capa de solvente orgánico. Se informó un rendimiento de separación del 93 % con ácido nítrico, que cayó al 72 % cuando se completaron los procedimientos de purificación (destilación de ácido nítrico, purga de óxidos de nitrógeno residuales,Los métodos húmedos involucran "múltiples pasos de manejo de radiactividad" y no se han considerado adecuados para aislar grandes cantidades de astato. Sin embargo, se están examinando los métodos de extracción húmeda para su uso en la producción de mayores cantidades de astato-211, ya que se cree que los métodos de extracción húmeda pueden proporcionar una mayor consistencia. Pueden permitir la producción de astato en un estado de oxidación específico y pueden tener una mayor aplicabilidad en radioquímica experimental.
Usos y precauciones
| Agente | Aplicaciones |
|---|---|
| [ At] coloides de astato-telurio | Tumores compartimentales |
| 6-[ At]astato-2-metil-1,4-naftaquinol difosfato | adenocarcinomas |
| Azul de metileno marcado con At | melanomas |
| Meta-[ At]astatobencil guanidina | Tumores neuroendocrinos |
| 5-[ At]astato-2'-desoxiuridina | Varios |
| Conjugados de biotina marcados con At | Pretargeting varios |
| Octreótido marcado con At | Receptor de somatostatina |
| Anticuerpos y fragmentos monoclonales marcados con At | Varios |
| Bisfosfonatos marcados con At | metástasis óseas |
El astato-211 recién formado es objeto de investigaciones en curso en medicina nuclear. Debe usarse rápidamente ya que se descompone con una vida media de 7,2 horas; esto es lo suficientemente largo para permitir estrategias de etiquetado de varios pasos. El astato-211 tiene potencial para la terapia dirigida con partículas alfa, ya que se descompone mediante la emisión de una partícula alfa (a bismuto-207) o mediante la captura de electrones (a un nucleido de vida extremadamente corta, polonio-211, que sufre más alfa). decadencia), alcanzando muy rápidamente a su nieta estable plomo-207. Los rayos X de polonio emitidos como resultado de la rama de captura de electrones, en el rango de 77 a 92 keV, permiten el seguimiento de astato en animales y pacientes.Aunque el astato-210 tiene una vida media un poco más larga, es totalmente inadecuado porque generalmente sufre una desintegración beta positiva al extremadamente tóxico polonio-210.
La principal diferencia medicinal entre el astato-211 y el yodo-131 (un isótopo de yodo radiactivo que también se usa en medicina) es que el yodo-131 emite partículas beta de alta energía y el astato no. Las partículas beta tienen un poder de penetración mucho mayor a través de los tejidos que las partículas alfa, mucho más pesadas. Una partícula alfa promedio liberada por el astato-211 puede viajar hasta 70 µm a través de los tejidos circundantes; una partícula beta de energía media emitida por el yodo-131 puede viajar casi 30 veces más lejos, hasta unos 2 mm. La vida media corta y el poder de penetración limitado de la radiación alfa a través de los tejidos ofrece ventajas en situaciones en las que "la carga tumoral es baja y/o las poblaciones de células malignas se encuentran muy cerca de los tejidos normales esenciales".Se ha logrado una morbilidad significativa en modelos de cultivo celular de cánceres humanos con de uno a diez átomos de astato-211 unidos por célula.
Astatine... [es] miserable de hacer y un infierno para trabajar.
P Durbin, Estudios de radiación humana: Recordando los primeros años, 1995
Se han encontrado varios obstáculos en el desarrollo de radiofármacos basados en astato para el tratamiento del cáncer. La Segunda Guerra Mundial retrasó la investigación durante casi una década. Los resultados de los primeros experimentos indicaron que sería necesario desarrollar un portador selectivo de cáncer y no fue hasta la década de 1970 que los anticuerpos monoclonales estuvieron disponibles para este propósito. A diferencia del yodo, el astato muestra una tendencia a deshalogenarse de transportadores moleculares como estos, particularmente en los sitios de carbono sp (en menor medida de los sitios sp). Dada la toxicidad del astato acumulado y retenido en el cuerpo, esto enfatizó la necesidad de garantizar que permanezca adherido a su molécula huésped. Si bien se puede evaluar la eficacia de los portadores de astato que se metabolizan lentamente, los portadores de metabolismo más rápido siguen siendo un obstáculo significativo para la evaluación del astato en medicina nuclear. Mitigar los efectos de la radiólisis inducida por astato de la química de marcado y las moléculas transportadoras es otra área que requiere un mayor desarrollo. Una aplicación práctica para el astato como tratamiento contra el cáncer sería potencialmente adecuada para un número "asombroso" de pacientes; la producción de astato en las cantidades que serían necesarias sigue siendo un problema.
Los estudios en animales muestran que el astato, al igual que el yodo, aunque en menor medida, quizás debido a su naturaleza ligeramente más metálica, se concentra preferentemente (y peligrosamente) en la glándula tiroides. A diferencia del yodo, el astato también muestra una tendencia a ser absorbido por los pulmones y el bazo, posiblemente debido a la oxidación interna de At a At. Si se administra en forma de radiocoloide, tiende a concentrarse en el hígado. Los experimentos en ratas y monos sugieren que el astato-211 causa un daño mucho mayor a la glándula tiroides que el yodo-131, con la inyección repetitiva del núclido que produce necrosis y displasia celular dentro de la glándula. Las primeras investigaciones sugirieron que la inyección de astato en roedores hembra provocaba cambios morfológicos en el tejido mamario;esta conclusión siguió siendo controvertida durante muchos años. Más tarde se llegó a un acuerdo general de que esto probablemente fue causado por el efecto de la irradiación del tejido mamario combinado con cambios hormonales debido a la irradiación de los ovarios. Las cantidades traza de astato se pueden manejar de manera segura en campanas extractoras si están bien aireadas; debe evitarse la absorción biológica del elemento.
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