砹元素:地球上最稀有的天然元素

砹元素(At)是地球上最稀有的天然元素,在任何特定时间,地壳中的含量都不到1克。这主要是砹元素是一种放射性极强的元素,其最长半衰期的砹同位素只有8.1小时,然后就会衰变成其他砹同位素、铋、钋或氡。砹元素的大多数同位素非常不稳定,半衰期只有1秒或更短。在元素周期表的前101种元素中,只有钫元素不太稳定,所有比钫元素更稳定的砹同位素在任何情况下都是合成的,在自然界中不存在。

砹元素
砹元素

砹元素的原子序数为85,熔点为301°C,沸点为336.8°C,金属砹的密度预计为8.91–8.95克/立方厘米。因为砹元素的数量太少了,所以对于砹的物理特性,大部分都是科学家推导出来的。

砹可能是一种黑色固体,或者是具有金属外观。砹比碘不易升华,具有较低的蒸气压,但是如果是将砹放在干净的玻璃表面上,在室温条件下,半数的砹将会在一小时蒸发掉。固体砹的结构目前未知,作为碘的类似物,砹可能是由双原子砹分子组成的正交晶体结构,并且是半导体(带隙为0.7eV)。

砹有39种已知同位素,原子质量(质量数)为191-229。理论模型表明可能存在37种以上的同位素。没有观察到稳定或长寿命的砹同位素,预计也不存在。最稳定的同位素是砹210,其半衰期为8.1小时。最不稳定的基态同位素是砹213,半衰期为125纳秒。它经历阿尔法衰变,变成寿命极长的铋209

质量数过剩质量半衰期α衰变的概率α衰变的半衰期
207−13.243MeV1.80小时0.08620.9小时
208−12.491MeV1.63小时0.005512.3天
209−12.880MeV5.41小时0.0415.5天
210−11.972MeV8.1小时0.00175193天
211−11.647MeV7.21小时0.41817.2小时
212−8.621MeV0.31秒≈100%0.31秒
213−6.579MeV125纳秒1125纳秒
214−3.380MeV558纳秒1558纳秒
21910.397MeV56秒0.9758秒
22014.350MeV3.71分钟0.0846.4分钟
22116.810MeV2.3分钟实验α稳定
砹元素同位素的α衰变特征

砹元素的用途比较有限,一般用于核医学研究中,特别是砹211这个同位素,它的半衰期为7.2小时,这足以允许多步标记策略。砹211具有靶向α粒子治疗的潜力,因为它通过发射α粒子(至铋207)或通过电子捕获(至极短寿命的核素钋211,其衰变)经历进一步的阿尔法衰变),很快达到其稳定的铅207。由于电子捕获分支而发射的钋X射线在77-92k​​eV范围内,可以追踪动物和患者体内的砹。虽然砹210的半衰期稍长,但它完全不适合,因为它通常会经历β加衰变,变成剧毒的钋210。

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