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Astat

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Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Astat, At, 85
Elementkategorie Halogene
Gruppe, Periode, Block 17, 6, p
Aussehen unbekannt
CAS-Nummer

7440-68-8

Massenanteil an der Erdhülle 3 · 10−21 ppm[1]
Atomar[2]
Atommasse 209,9871 u
Kovalenter Radius 150 pm
Van-der-Waals-Radius 202[3] pm
Elektronenkonfiguration [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p5
1. Ionisierungsenergie 9.31751(8) eV[4] ≈ 899.00 kJ/mol[5]
2. Ionisierungsenergie 17.880(20) eV[4] ≈ 1725 kJ/mol[5]
3. Ionisierungsenergie 26.58(5) eV[4] ≈ 2565 kJ/mol[5]
4. Ionisierungsenergie 39.65 eV[4] ≈ 3826 kJ/mol[5]
5. Ionisierungsenergie 50.39 eV[4] ≈ 4862 kJ/mol[5]
6. Ionisierungsenergie 72.0(2,0) eV[4] ≈ 6950 kJ/mol[5]
7. Ionisierungsenergie 85.1(2,0) eV[4] ≈ 8210 kJ/mol[5]
Physikalisch[2]
Aggregatzustand fest
Schmelzpunkt 575 K (302 °C)
Siedepunkt 610 K (337 °C)
Verdampfungsenthalpie ca. 40 kJ/mol
Schmelzenthalpie ca. 6 kJ·mol−1
Wärmeleitfähigkeit 2 W·m−1·K−1
Chemisch[2]
Oxidationszustände −1, +1, +3, +5, +7
Elektronegativität 2,2 (Pauling-Skala)
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
209At {syn.} 5,41 h ε 3,486 209Po
α 5,757 205Bi
210At {syn.} 8,3 h ε 3,981 210Po
α 5,631 206Bi
211At {syn.} 7,214 h ε 0,786 211Po
α 5,982 207Bi
212At {syn.} 0,314 s ε 1,754 212Po
α 7,829 208Bi
β− 0,043 212Rn
213At {syn.} 125 ns α 9.254 209Bi
214At {syn.} 558 ns α 8.987 210Bi
215At in Spuren 0,10 ms α 8,178 211Bi
… … … … … …
218At in Spuren 1,5 s α (99,90 %) 6,874 214Bi
β− (0,10 %) 2,883 218Rn
219At in Spuren 56 s α (97 %) 6,390 215Bi
β− (3 %) 1,700 219Rn
220At {syn.} 3,71 min β− 9,900 220Rn
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
Gefahren- und Sicherheitshinweise
Radioaktiv
Radioaktiv
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung
keine Einstufung verfügbar[6]
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Astat [asˈtaːt] (von altgriechisch ἄστατος: „unbeständig, unstet“) ist ein radioaktives chemisches Element mit dem Elementsymbol At und der Ordnungszahl 85. Im Periodensystem steht es in der 7. Hauptgruppe bzw. der 17. IUPAC-Gruppe und zählt damit zu den Halogenen. Astat entsteht beim natürlichen Zerfall von Uran. Astat ist das seltenste natürlich vorkommende Element der Erde und muss bei Bedarf künstlich erzeugt werden.[7]

Geschichte

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Emilio Gino Segrè, einer der Entdecker des Astats

Als Dmitri Mendelejew sein Periodensystem entwickelte, waren nur die vier Halogenide Fluor, Chlor, Brom und Iod bekannt, der Bereich unterhalb des Iods blieb zunächst frei. Er sagte ein Eka-Iod voraus, das eine Atommasse von etwa 170 haben sollte. Durch die noch unklare Lage der Lanthanoide war diese Vorhersage jedoch weit entfernt von den tatsächlichen Gegebenheiten im Periodensystem, Atommassen von etwa 170 haben die Elemente Thulium und Ytterbium.[8] Erst mit der Einführung der Ordnungszahl als Ordnungsprinzip durch Henry Moseley 1913 und der Zuordnung der bekannten Elemente bis Uran zu einer Ordnungszahl gemäß dem Moseleyschen Gesetz stand fest, dass es ein Eka-Iod mit der Ordnungszahl 85 geben muss.[9][10]

In der Folgezeit wurde von einer Reihe von Forschern behauptet, Eka-Iod auf verschiedene Weise gefunden zu haben. So behauptete Fred Allison 1931, das Element durch eine selbst erfundene magneto-optische Methode in Seewasser und brasilianischem Monazit gefunden zu haben und nannte es nach Alabama Alabamium. Seine Ergebnisse konnten aber nicht bestätigt werden, seine Untersuchungsmethoden bezeichnete Irving Langmuir als Pathologische Wissenschaft.[11] Auch der indische Chemiker Rajendralal De behauptete 1937, Eka-Iod aus Monazit, der aus Travancore stammte, extrahiert zu haben und nannte das Element Dakin, wahrscheinlich nach Dhaka. 1947 aktualisierte er seine Beschreibungen und nannte das Element jetzt Dekhin. Da die beschriebenen Eigenschaften nicht zum Astat passten, wurde die behauptete Entdeckung nicht weiter beachtet.[12]

1939 beobachteten Horia Hulubei und Yvette Cauchois den radioaktiven Zerfall des Radonisotops 222Rn und maßen die charakteristische Röntgenstrahlung der entstehenden Elemente. Dabei entdeckten sie einige Spektrallinien, die sie Element 85 zuordneten. Nachdem sie auf Grund des 2. Weltkrieges die Arbeit unterbrechen mussten, verkündete Hulubei 1944 die vollständigen Ergebnisse und nannte das neue Element Dor nach dem rumänischen Wort für Sehnsucht (nach Frieden). Es ist unklar, ob sie tatsächlich Astat gefunden haben. Beim Zerfall von 222Rn entsteht über 218Po 218At, jedoch ist die messbare Strahlung sehr schwach. Auch Walter Minder behauptete 1940 und 1942, Eka-Iod gefunden zu haben. Er stützte seine Entdeckungen auf die Beobachtung radioaktiver Strahlung. 1940 berichtete Minder beim Zerfall von 222Rn von einer stärker werdenden Betastrahlung, die er auf den Zerfall von Radium A (218Po) zu 218At zurückführte und nannte das neue Element nach der Schweiz Helvetium.[13] Zwei Jahre später behauptete Minder, beim Beobachten der Thorium-Zerfallsreihe einen Zerfall gemessen zu haben, der zu Element 85 führen sollte und nannte das Element nun Anglo-Helveticum.[14] Beide Ergebnisse Minders konnten von Berta Karlik und Traude Bernert, die die Versuche Minders wiederholten, nicht bestätigt werden.[12][15]

Die erste eindeutige Entdeckung von Element 85 gelang 1940 den Wissenschaftlern Dale R. Corson, Kenneth Ross MacKenzie und Emilio Gino Segrè an der University of California. Sie beschossen Bismut mit Alphateilchen, die in einem Zyklotron erzeugt wurden und erhielten dabei ein radioaktives, Alphastrahlung absonderndes Produkt. Anschließend untersuchten sie dieses Produkt chemisch und schlossen nacheinander die bekannten Elemente wie Thallium, Polonium oder Blei aus, bis nur noch die Möglichkeit des neu entdeckten Elementes 85 übrigblieb.[16] 1947 schlugen sie nach altgriechisch ἀστατέω, astatos, „instabil“ den Namen Astat für das Element vor.[17][9]

Natürlich vorkommendes Astat wurde 1943 von Berta Karlik und Traude Bernert gefunden, die in den Zerfallsreihen von Radium, Thorium und Actinium die drei Isotope 215At, 216At und 218At nachweisen konnten.[18][9]

Endgültig bestätigt wurde die Entdeckung des Astats und sein Name 1949 von der IUPAC.[19]

Gewinnung und Darstellung

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Astat wird durch Beschuss von Bismut mit Alphateilchen im Energiebereich von 26 bis 29 MeV hergestellt. Man erhält dabei die relativ langlebigen Isotope 209At bis 211At, die dann im Stickstoffstrom bei 450 bis 600 °C sublimiert und an einer gekühlten Platinscheibe abgetrennt werden.

Eigenschaften

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Bei diesem radioaktiven Element wurde mit Hilfe von Massenspektrometrie nachgewiesen, dass es sich chemisch wie die anderen Halogene, besonders wie Iod verhält (es sammelt sich wie dieses in der Schilddrüse an). Astat ist stärker metallisch als Iod. Forscher am Brookhaven National Laboratory haben Experimente zur Identifikation und Messung von elementaren chemischen Reaktionen durchgeführt, die Astat beinhalten.

Mit dem On-Line-Isotopen-Massenseparator (ISOLDE) am CERN wurde 2013 das Ionisationspotenzial von Astat mit 9,31751(8) Elektronenvolt bestimmt.[20]

Die Existenz von At2-Molekülen konnte noch nicht nachgewiesen werden.[21]

Isotope

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Astat hat etwa 20 bekannte Isotope, die alle radioaktiv sind; das langlebigste ist 210At mit einer Halbwertszeit von 8,3 Stunden.

Verwendung

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Organische Astatverbindungen dienen in der Nuklearmedizin zur Bestrahlung bösartiger Tumoren. Astat-Isotope eignen sich aufgrund der kurzen Halbwertszeiten innerlich eingenommen als radioaktive Präparate zum Markieren der Schilddrüse. Das Element wird in der Schilddrüse angereichert und in der Leber gespeichert.[22]

Verbindungen

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Die chemischen Eigenschaften von Astat konnten aufgrund der geringen Mengen bisher nur mit Tracerexperimenten festgestellt werden. Sie ähneln stark denjenigen des Iods, wobei es aber ein schwächeres Oxidationsmittel ist. Bisher konnten diverse Astatide, Interhalogenverbindungen und organische Verbindungen nachgewiesen werden. Auch die Anionen der entsprechenden Sauerstoffsäuren sind bekannt. Wegen des im Vergleich zu anderen Halogenen elektropositiveren Charakters wird es von Silber nur unvollständig ausgefällt. Dafür existiert das komplexstabilisierte Kation At(Py)2 (Py=Pyridin), wodurch Astat auch kathodisch abgeschieden werden kann. Nachgewiesen wurde auch das Hydrid, Astatwasserstoff HAt.

Sicherheitshinweise

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Einstufungen nach der CLP-Verordnung liegen nicht vor, weil diese nur die chemische Gefährlichkeit umfassen und eine völlig untergeordnete Rolle gegenüber den auf der Radioaktivität beruhenden Gefahren spielen. Auch Letzteres gilt nur, wenn es sich um eine dafür relevante Stoffmenge handelt.

Literatur

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Einzelnachweise

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  1. ↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. ↑ Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind (soweit nicht anders angegeben) aus www.webelements.com (Astat) entnommen.
  3. ↑ Manjeera Mantina, Adam C. Chamberlin, Rosendo Valero, Christopher J. Cramer, Donald G. Truhlar: Consistent van der Waals Radii for the Whole Main Group. In: J. Phys. Chem. A. Band 113, 2009, S. 5806–5812, doi:10.1021/jp8111556.
  4. ↑ a b c d e f g Eintrag zu astatine in Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1). Hrsg.: National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. doi:10.18434/T4W30F (physics.nist.gov/asd). Abgerufen am 13. Juni 2020.
  5. ↑ a b c d e f g Eintrag zu astatine bei WebElements, www.webelements.com, abgerufen am 13. Juni 2020.
  6. ↑ Die von der Radioaktivität ausgehenden Gefahren gehören nicht zu den einzustufenden Eigenschaften nach der GHS-Kennzeichnung. In Bezug auf weitere Gefahren wurde dieses Element entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
  7. ↑ Wolfgang W. Merkel: Astat ist das seltenste Element auf der Erde. In: Welt.de, 3. September 2011, abgerufen am 4. September 2011.
  8. ↑ Philip Stewart: Mendeleev’s predictions: success and failure. In: Foundations of Chemistry. 2018, Band 21, Nummer 1, S. 5–6, doi:10.1007/s10698-018-9312-0.
  9. ↑ a b c Klara Berei, Siegfried H. Eberle, H. W. Kirby, Helmut Münzel, Kurt Rössler, Arnulf Seidel, László Vasáros: Astatine. In: Gmelin Handbook of Inorganic and Organometallic Chemistry. 8. Auflage, Springer, 1985, ISBN 978-3-662-05868-8, S. 1–9.
  10. ↑ Ernst Wagner: Atombau und Röntgenspektra. In: Zeitschrift für Elektrochemie und angewandte physikalische Chemie. 1920, Band 26, Nummer 13–14, S. 260–262 doi:10.1002/bbpc.19200261304.
  11. ↑ Irving Langmuir, Robert N. Hall: Pathological Science. In: Physics Today. 1989, Band 42, Nummer 10, S. 36–48 doi:10.1063/1.881205.
  12. ↑ a b Brett F. Thornton, Shawn C. Burdette: Finding eka-iodine: Discovery priority in modern times. In: Bulletin for the history of chemistry. 2010, Band 35, Nummer 2, S. 86–96 doi:10.70359/bhc2010v035p086.
  13. ↑ W. Minder: Über die β-Strahlung des Ra A und die Bildung des Elementes mit der Kernladungszahl 85. In: Helvetica Physica Acta. Band 13, Heft 2, 1940, S. 144–152, doi:10.5169/seals-111054.
  14. ↑ Alice Leigh-Smith, W Minder: Experimental Evidence of the Existence of Element 85 in the Thorium Family. In: Nature. 1942, Band 150, Nummer 3817, S. 767–768 doi:10.1038/150767a0.
  15. ↑ Marco Fontani, Mariagrazia Costa, Mary Virginia Orna: The Lost Elements. Oxford University Press, 2015, ISBN 978-0-19-938334-4, S. 331–334.
  16. ↑ Dale R. Corson, K. R. MacKenzie, E. Segrè: Artificially Radioactive Element 85. In: Physical Review. 1940, Band 58, Nummer 8, S. 672–678 doi:10.1103/PhysRev.58.672.
  17. ↑ Dale R. Corson, K. R. MacKenzie, E. Segrè: Astatine : The Element of Atomic Number 85. In: Nature. 1947, Band 159, Nummer 4027, S. 24 doi:10.1038/159024b0.
  18. ↑ Berta Karlik, Trande Bernert: Das Element 85 in den natürlichen Zerfallsreihen. In: Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei. 1944, Band 123, Nummer 1–2, S. 51–72, doi:10.1007/BF01375144.
  19. ↑ Names of New Elements Confirmed by International Union of Chemistry. In: Chemical & Engineering News. 1949, Band 27, Nummer 42, S. 2996–3091 doi:10.1021/cen-v027n042.p2996.
  20. ↑ Welt der Physik: Fundamentale Eigenschaften des seltensten natürlichen Elements vermessen (Memento vom 18. Juni 2013 im Internet Archive) (Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. über das Ionisationspotential von Astat) 2013.
  21. ↑ Eintrag zu Astat. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 25. Juli 2025.
  22. ↑ M. J. Willhauck, B. R. Samani, I. Wolf u. a.: The potential of 211Astatine for NIS-mediated radionuclide therapy in prostate cancer. In: Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. Band 35, Nr. 7, Juli 2008, S. 1272–1281, doi:10.1007/s00259-008-0775-4, PMID 18404268.
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Wiktionary: Astat – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons: Astat – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
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