（Astatine），是一種放射性的化學元素，化學符號為At，在元素周期表中的原子序號為85，屬于鹵族元素，原子量為210。砹是一種固體化學物質，熔點為302 °C，沸點為337 °C。砹所有的同位素半衰期都很短，已發現質量數196～219的全部砹同位素，其中只有砹-215、216、218、219是天然放射性同位素，其余都通過人工核反應合成的。壽命最長的砹同位素是砹-210，半衰期為8.1小時。砹是一種非金屬元素，其化學性質和碘相似，比碘更像金屬，又和相鄰的釙相似，因此砹具有類似金屬的性質。砹在溶液中的化學性質與碘相似，當砹以游離元素的狀態存在于溶液中時可以被二氧化硫（SO?）還原，還可以被溴氧化，強氧化劑可以使砹產生砹酸離子。砹一般由α粒子轟擊鉍-209合成，并且存在于鈾、鐳等放射性核素的衰變產物中。砹本身無毒，但是放出的射線對人體有害。砹與碘相似，容易被人體的甲狀腺吸收，因此，砹放射出的??射線會破環人體的甲狀腺組織。砹-211會釋放??粒子，可以用于??粒子靶向治療。
發現歷史
85號元素的探索
砹是俄羅斯科學家德米特里·伊萬諾維奇·門捷列夫（Дми?трий Ива?нович Менделе?ев）曾經預言的類碘，在1871年門捷列夫所發表的元素周期表中，碘以下的位置是空格。在被正式發現之前，砹元素被稱為eka-碘，即“碘之下一格”的意思。
類碘屬于鹵族元素，可以成鹽，在尋找類碘的最初階段，化學家們遵循門捷列夫的指引從各種鹽類中去尋找它。化學家們檢驗了含有溴、碘等鹵族元素的礦石，試圖從中尋找類碘的痕跡，但是都一無所獲。1925年7月，英國化學家弗蘭德（W.Friend）特地選定炎熱的夏天去巴勒斯坦的死海去尋找類碘元素，但經過化學分析和光譜分析等方法都沒有收獲。
1931年，美國亞拉巴馬州（Alabama）工業學院的物理學教授弗雷德?艾利森（Fred Allison）宣稱，他們通過將王水作用于獨居石的萃取液中用磁光分析法發現了85號元素，為了紀念學院所在的阿拉巴馬州，他們將元素命名為“alabamine”，元素的符號定為Ab。Ab曾經被一些化學家填充在元素周期表上，但是不久之后，磁光分析法被否定，通過該方法發現的元素也不被承認。
1936年，羅馬尼亞物理學家霍里亞?胡盧貝伊（Horia Hulubei）和法國物理學家伊維特?哥舒瓦（yvette cauchois）宣稱他們發現了85號元素，1944年，胡盧貝伊發表了一篇報道，他在文章中提供了他在X射線方面的研究以及其他工作人員的研究成果，胡盧貝伊將新元素命名為“dor”（羅馬尼亞語中有和平長久的意思）。1947年，由于胡盧貝伊對85號元素的檢測手段缺乏力度，因此他的主張被奧地利化學家弗里德里希?阿道夫?帕內特（Friedrich Adolph Paneth）否認。
1940年，瑞士化學家瓦爾特?敏德（Walter Minder）宣稱他從釙-218的??衰變產物中發現了85號元素，他以瑞士的拉丁名稱“Helvetia”將該元素命名為“helvetium”。但是該試驗結果被證實無法重現，因此推斷敏德實驗所用的釙-218受到了污染。
砹的發現
1940年，美國科學家戴爾?科爾森（Dale R.Corson）、肯尼斯?羅斯?麥克肯齊（Kenneth Ross MacKenzie）和意大利-美國物理學家埃米利奧?吉諾?塞格雷（Emilio Gino Segre）在美國伯克利加州大學成功分離出了85號元素。他們在回旋加速器中使用加速的??粒子對鉍-209進行撞擊，釋放了兩個中子后得到了砹元素（砹-211）。1940年7月，他們在權威的物理雜志《物理評論》上發表了“85號人工放射元素”宣布了他們的發現，在文章中他們描述這一產物為類碘，具有放射性，半衰期為7.5小時，質量數為211。由于二戰的原因，他們沒有對類碘進行進一步的研究，二戰結束后，他們重新投入類碘的研究之中并宣布合成了質量數為200和210的砹同位素。科爾森等人將新元素命名為“astatine”，來自于希臘文“astatos”（意為不穩定），符號為At（譯為砹）。
同一時期，奧地利維也納鐳研究所的科研人員卡爾利克（B.Karlik）和貝納特（T.Bernat）發現放射性元素釙-215、釙-216和釙-218經過??放射衰變后生成壽命很短的砹-215、砹-216和砹-216。
分布情況
砹雖然是短壽命的人工放射性同位素，但是在自然界中確實有砹的存在，已發現質量數196～219的全部砹同位素，其中自然界中存在的砹都是天然放射性衰變系的衰變產物，砹的天然放射性同位素有砹-215、砹-216、砹-218和砹-219等四種，其余都通過人工核反應合成。砹-219（半衰期為54秒）存在于鈾[yóu]-235系列的一個較小分支（約占1.2%）中的一個稀少的子分支（見下圖）。
釙-215在發生??放射衰變之前會有一部分（5×10??）經??放射衰變為砹-215。砹-218（半衰期約為2秒）是鈾-238的一種衰變產物；砹-219（半衰期約為0.9秒）是錒鈾系中微小分支衰減的產物。在鐳放射性同位素鐳A進行微小的分支衰減時，會產生砹-218同位素。砹在地殼中的存量極少，所占的比重只有4×10?23，總量少于28.4 g。
理化性質
物理性質
由于砹的同位素半衰期短且數量少，因此砹的一些性質都是用外推法通過它的同族元素得到的估計值。砹原子的外層電子結構為[Xe]6s?4f1?5d1?6p?，原子半徑為57 pm（At?）、202 pm（At）和227 pm（At?）。砹的電負性為2.2，熔點為302 °C，沸點為337 °C，電子親和勢為（At→At?）270 kJ/摩爾。砹容易揮發，在室溫下也會升華，但揮發速度比碘慢一些，利用這個性質可以將砹與鉍、釙等分離。砹在金、銀和鉑的表面不易揮發，在真空中325 °C的條件下，砹蒸汽仍然可以凝結到鉑和銀表面，室溫時，砹可以沉積在金表面。
化學性質
由于砹的所有同位素都是半衰期短、放射性強的核素，因此砹的許多化學性質都是通過示蹤技術在極稀釋的砹溶液中進行研究得到的。砹的氧化數有-1、0、+1、+3、+5、+7等幾種，砹在溶液中的化學性質與碘相似，當砹以游離態的形式存在于溶液中時，可以被苯萃取。但實際上砹與碘不同，碘可由I?變為I?，而At?只能變為At?（砹單質）。
砹離子在溶液中容易被還原或氧化，使用中等強度的還原劑如鋅的酸溶液（Zn/H?）、二氧化硫（SO?）、亞硫酸根離子的堿溶液（SO?2?/OH?）和六氰[qíng]酸鐵離子（[Fe(CN)?]??）等能將At(0)或AtI還原得到砹離子（At?），砹離子可以與碘化銀（AgI）或二碘化鈀（PdI?）共沉淀。用弱的氧化劑可以如六氰酸鐵離子（[Fe(CN)?]3?）或硝酸（HNO?）可以將砹離子（At?）再次氧化為At(0)。當使用中強氧化劑如氯氣（Cl?）、溴氣（Br?）、三價鐵離子（Fe3?）、重鉻酸根離子（Cr?O?2?）等可以將砹離子轉化為中間氧化數如氧化砹（AtO）、二氧化砹（AtO?）等。當使用強氧化劑如鉍酸鈉（NaBiO?）、高碘酸根離子（IO??）、過二硫酸根離子（S?O?2?）等，可以將At(0)直接氧化為三氧化砹（AtO?），三氧化砹可以被高碘酸銀（AgIO?）或高碘酸鋇[bèi]（Ba(IO?)?）帶出。
和其它的鹵族化合物一樣，砹容易發生親核取代反應。由于砹-211具有放射性，通過親核取代芳基化過程對螺環芳基碘葉立德化合物進行砹化反應，可以制得芳香族的At放射性標記化合物。
砹的化合物
砹的氫化物
氫砹酸（AtH），又被稱為氫砹酸，是由氫原子和砹原子組成的共價鹵化氫化合物。砹化氫可以由氫氣還原砹化（MoAt?）得到，砹化氫可以與砹和氫平衡，相關的反應方程式和平衡方程式如下：
砹的鹵素互化物
砹與鹵素（X?）反應可以生成鹵素互化物AtX，這類化合物可以被四氯化碳（CCl?）萃取，砹還可以與鹵素生成不能被四氯化碳萃取的多鹵素離子AtX?。
鹵素互化物在固體狀態下生成，因此碘化銫（CsI）和砹化（CsAt）溶液中加入過量的碘固體很容易得到三碘化銫（CsI?）和砹代二碘化銫（CsAtI?）。當加熱該體系并再次冷卻后，可以得到含有砹的三碘化銫。CsAtI?的熱分解遵循多鹵素化合物分解的一般規律，在這種情況下，CsAtI?會形成金屬鹵化物碘化銫（CsI）和碘化砹，砹會以碘化砹的形式揮發。
砹的有機化合物
由于砹同位素的壽命短、放射性強，因此直接合成砹的有機化合物有一定的困難。用砹示蹤的碘試劑可以合成一系列砹的有機化合物，包括RAt、RAtCl?、R?AtCl和RAtO?等（R=苯基或對甲基苯基）類型的化合物。相關的表達式如下：
芳香族的砹化合物還可以通過砹與芳香汞化合物反應得到，這種合成砹有機物的方法簡單，得到的砹化合物較為干凈。反應先是將芳基化合物與汞離子（Hg2?）反應得到芳基汞離子中間體，之后與氯離子反應得到芳基氯化汞，芳基氯化汞與碘單質以及碘示蹤的砹離子反應分別得到芳基碘化物和芳基砹化物。
砹的絡合物
砹的絡合物有多種，砹離子在酸性、中性和堿性的條件下，經過配體交換之后，都可以得到砹的絡合物。在酸性條件下，砹離子會與酸（HX）反應得到AtX（X=HSO??、NO??、ClO??、CH?COO?等），在中性和堿性條件下，砹離子會與氫氧根離子反應得到砹的氫氧化物，包括At(OH)??、AtOH等。AtX、At(OH)??和AtOH可以分別與磷酸三丁酯（（C?H?)?PO?，TBP）、丁醚（C?H??O，Bu?O）、噻吩（C?H?S，thiophene）等配體反應得到一系列砹的配位化合物。
同位素
砹已知的同位素共有39種，分子量從191到229不等。砹的同位素半衰期都很短，壽命最長的為砹-210，半衰期為8.1小時。砹-210主要通過???（電子俘獲）的方式衰變形成壽命較長的釙-210或通過α衰變的方式衰變為鉍-206。砹壽命最短的同位素為砹-213，半衰期只有125奈秒（ns），砹-213經過??衰變可以得到較穩定的鉍-209。砹-211也是一類重要的砹同位素，常被用于腫瘤的靶向放射性治療，半衰期為7.2小時。砹-211一般有兩種衰變方式，第一種是經過α衰變的方式衰變為鉍-207，之后通過電子捕獲衰變為穩定的鉛-207；第二種衰變方式是通過電子捕獲的方式衰變為釙-211，之后通過α衰變的方式得到穩定的鉛-207。
砹的同位素信息如下：
制備和分離方法
砹的制備
鉍-209生產法
砹-211是最適用于研究的砹同位素，主要制備方法是用加速能量范圍在26-29MeV的??質子轟擊鉍-209。當轟擊鉍-209的能量較高時會同時得到砹-210同位素，通過控制能量，可以選擇性的生成砹-211，反應的表達式如下：
2??Bi(??,2n)211At
2??Bi(??,3n)21?At
鉍可以以金屬態或其氧化物的形態接受??質子的轟擊，此時靶必須冷卻以避免所生成的砹揮發掉。所制得的砹可以通過下面的方法提取：在氮氣流下把靶加熱至300~600 °C（高于鉍的熔點，217 °C），之后將升華的元素沉積在一個玻璃冷凍管或冷卻的鉑盤上。用硝酸（HNO?）或鹽酸（HCl）洗滌冷凍管或鉑盤，將制得的砹轉入水溶液中。還有一種方法是將輻射過的含有砹的靶溶于含有少量碘的高氯酸中，此處的碘是作為砹的載體，將鉍以磷酸鉍的形式沉淀下來。剩下的AtI水溶液可以直接使用或將其萃取到四氯化碳（CCl?）或三氯甲烷（CHCl?）中去。
鉛生產法
用鋰離子束（?Li）對天然鉛（2??Pb、2??Pb、2??Pb、2??Pb）進行誘導輻射可以生產放射性核素砹，通過控制輻射能量，可以得到砹-211、砹-210、砹-209、砹-208、砹-207等一系列砹的同位素。相關的反應式如下：
砹的分離
通過回旋加速器輻射等方式制得的砹由于與其它元素混雜在一起，因此需要經過一步分離的過程。
濕法分離
通過濕法從鉍靶中分離砹元素可以分為以下幾個步驟：第一步是將鉍靶溶解于濃硝酸中；第二步是通過蒸餾的方式去除硝酸；第三步是將殘留物重新溶解于鹽酸中去；第四步是將制得的砹-211從鹽酸中提取到有機溶劑二異丙基醚（DIPE）中去；第五步是再次用氫氧化鈉溶液將砹從有機溶劑中提取出來，這一步要檢查；最后一步是經過蒸餾得到干凈不含鉍等雜質的砹-211。
在第二步在去除硝酸的過程中，雖然硝酸的殘留不會對后續的DIPE提取步驟造成問題，但是被提取到DIPE中的少量硝酸會導致砹的損失，因此為了獲得更高的收益，在硝酸蒸餾步驟要盡量去除所有的殘留硝酸。在第四步將砹-211從鹽酸提取到DIPE的過程中，鉍靶中的鉍會留在鹽酸中，為了盡可能的除去樣品中的鉍，要盡量用鹽酸進行多次清洗。
干法分離
??質子轟擊鉍制得砹后兩者混在一起，在氮氣流下將鉍靶加熱至高于鉍熔點（217 °C）的溫度300~600 °C后，把砹和鉍升華沉積在一個玻璃凍管或冷卻的鉑盤上，之后用酸（硝酸或鹽酸）洗滌冷凍管或鉑盤，將制得的砹轉移到水溶液中分離出來。
應用
砹-211的半衰期為7.2小時，可以通過雙支鏈途徑衰變為穩定的鉛-207，產生高能的??粒子（能量分別為5.9 MeV和7.5 MeV），對癌癥的靶向放射性治療非常有意義。砹-211釋放的??粒子對人體的惡性細胞具有較高的細胞毒性并且對健康細胞的損傷較小，適用于??粒子的靶向治療。相比之下，放出β射線的含磷-32的磷酸鉻膠體則沒有抗腫瘤活性。這一驚人的不同之處最令人信服的解釋是致密電離和極小范圍的α粒子排放。
由于砹-211會在人體的甲狀腺中積聚，因此可以用于治療甲亢和甲狀腺癌。
砹-211標記的亞甲藍可以用于治療惡性黑素瘤。
使用砹標記的前列腺特異性膜抗原進行靶向??療法（TAT）可以用于治療轉移性去勢抵抗性前列腺癌。砹-211標記的前列腺特異性膜抗原在正常器官中能夠很好的抑制腫瘤的生長，并且副作用小
砹-211通過使用N-琥珀酰[xiān]亞胺-5-(三丁基甲錫烷基)-3-吡啶羧酸酯（SPC）作為雙功能接頭，可以標記對腫瘤具有顯著親和力的小蛋白質胰島素。砹-211-胰島素進入人體后在肝臟中迅速積累，經腎臟排泄，容易被甲狀腺、胃、脾臟等器官或組織攝取，在人體內有較好的穩定性，可以用于腫瘤的治療。
安全事宜
與碘一樣，砹也會在人體的甲狀腺和胃中積累，并且砹在巨噬細胞攜帶器官例如脾臟、肺中的攝取量比碘高。砹本身是沒有毒性的，但是其釋放的射線對人體有害。動物實驗表明，砹對甲狀腺的破壞能力比碘大得多，重復注射會造成腺體壞死和異型增生，這些結果也表明，砹對機體的甲狀腺會造成損壞。
參考資料 >
PubChem COMPOUND SUMMARY: Astatane.pubchem.2023-04-01