Astat

Eigenschaften
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl	Astat, At, 85
Elementkategorie	Halogene
Gruppe, Periode, Block	17, 6, p
Aussehen	metallisch<ref>Hermann Sicius: Einzeldarstellungen. In: Halogene: Elemente der siebten Hauptgruppe: Eine Reise durch das Periodensystem. Springer Fachmedien, Wiesbaden 2016, ISBN 978-3-658-10190-9, S. 9–35, doi:10.1007/978-3-658-10190-9_5.</ref>
CAS-Nummer	Vorlage:CASRN
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Massenanteil an der Erdhülle	3 · 10−21 ppm<ref name="Harry H. Binder">Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.</ref>
Atomar<ref>Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind (soweit nicht anders angegeben) aus www.webelements.com (Astat) entnommen.</ref>
Atommasse	209,9871 u
Kovalenter Radius	150 pm
Van-der-Waals-Radius	202<ref>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.</ref> pm
Elektronenkonfiguration	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p5
1. Ionisierungsenergie	Vorlage:ZahlExp ≈ Vorlage:ZahlExp
2. Ionisierungsenergie	Vorlage:ZahlExp ≈ Vorlage:ZahlExp
3. Ionisierungsenergie	Vorlage:ZahlExp ≈ Vorlage:ZahlExp
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Physikalisch<ref>Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind (soweit nicht anders angegeben) aus www.webelements.com (Astat) entnommen.</ref>
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<ref>Die Werte der atomaren und physikalischen Eigenschaften (Infobox) sind (soweit nicht anders angegeben) aus www.webelements.com (Astat) entnommen.</ref>
Oxidationszustände	−1, +1, +3, +5, +7
Elektronegativität	2,2 (Pauling-Skala)
Isotope
Weitere Isotope siehe Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotope
Gefahren- und Sicherheitshinweise
	Radioaktiv; Radioaktiv
	GHS-Gefahrstoffkennzeichnung; keine Einstufung verfügbar<ref name="NV">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. </ref>
	GHS-Gefahrstoffkennzeichnung; keine Einstufung verfügbar<ref name="NV">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. </ref>
	Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Astat [<templatestyles src="IPA/styles.css" />asˈtaːt] (von {{Modul:Vorlage:lang}} Modul:Vorlage:lang:103: attempt to index field 'wikibase' (a nil value): „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.<ref>Wolfgang W. Merkel: Astat ist das seltenste Element auf der Erde. In: Welt.de, 3. September 2011, abgerufen am 4. September 2011.</ref>

Geschichte

Datei:Segre.jpg

Emilio Gino Segrè, einer der Entdecker des Astats

Als Dmitri Mendelejew sein Periodensystem entwickelte, waren nur die vier Halogene 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.<ref>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.</ref> 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.<ref name="Gmelin">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.</ref><ref>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.</ref>

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.<ref>Irving Langmuir, Robert N. Hall: Pathological Science. In: Physics Today. 1989, Band 42, Nummer 10, S. 36–48 doi:10.1063/1.881205.</ref> 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.<ref name="Thornton">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.</ref>

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.<ref>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.</ref> 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.<ref>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.</ref> Beide Ergebnisse Minders konnten von Berta Karlik und Traude Bernert, die die Versuche Minders wiederholten, nicht bestätigt werden.<ref name="Thornton"/><ref>Marco Fontani, Mariagrazia Costa, Mary Virginia Orna: The Lost Elements. Oxford University Press, 2015, ISBN 978-0-19-938334-4, S. 331–334.</ref>

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.<ref>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.</ref> 1947 schlugen sie nach altgriechisch ἀστατέω, astatos, „instabil“ den Namen Astat für das Element vor.<ref>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.</ref><ref name="Gmelin"/>

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.<ref>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.</ref><ref name="Gmelin"/>

Endgültig bestätigt wurde die Entdeckung des Astats und sein Name 1949 von der IUPAC.<ref>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.</ref>

Gewinnung und Darstellung

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

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.<ref>Welt der Physik: <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />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.</ref>

Die Existenz von At₂-Molekülen konnte noch nicht nachgewiesen werden.<ref>Eintrag zu Astat. In: Römpp Online. Georg Thieme VerlagVorlage:Abrufdatum</ref>

Isotope

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

Verwendung

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.<ref>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. </ref>

Verbindungen

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

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

A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 443.
Eric Scerri: A tale of seven elements. Oxford University Press, Oxford 2013, ISBN 978-0-19-539131-2.