Astatin

Astatin adalah sebuah unsur kimia dengan lambang At dan nomor atom 85. Ia adalah unsur alami yang paling langka di kerak Bumi, hanya terjadi sebagai produk peluruhan dari berbagai unsur yang lebih berat. Semua isotop astatin berumur pendek; yang paling stabil adalah astatin-210, dengan waktu paruh 8,1 jam. Sebuah sampel astatin murni tidak pernah dibuat, karena setiap spesimen makroskopisnya akan segera diuapkan oleh panas radioaktivitasnya sendiri.

Sifat sebagian besar astatin tidak diketahui dengan pasti. Banyak dari sifat tersebut berasal dari perkiraan dari posisi astatin pada tabel periodik sebagai analog iodin yang lebih berat, dan anggota halogen (kelompok unsur yang berisikan fluorin, klorin, bromin, dan iodin). Namun, astatin juga berada di sepanjang garis pemisah antara logam dan nonlogam, sehingga beberapa perilaku logam juga telah diamati dan diprediksi untuknya. Astatin cenderung memiliki penampilan gelap atau berkilau dan mungkin sebuah semikonduktor atau mungkin sebuah logam. Secara kimia, beberapa spesies anionik astatin telah diketahui dan sebagian besar senyawanya mirip dengan iodin, tetapi terkadang juga menunjukkan karakteristik logam dan menunjukkan beberapa kesamaan dengan perak.

Penyintesisan pertama unsur ini dilakukan pada tahun 1940 oleh Dale R. Corson, Kenneth R. MacKenzie, dan Emilio G. Segrè di Universitas California, Berkeley, yang menamakannya dari bahasa Yunani Kuno  () 'tidak stabil'. Empat isotop astatin kemudian ditemukan terjadi secara alami, meskipun jauh lebih sedikit dari satu gram hadir pada waktu tertentu di kerak Bumi. Baik isotop astatin-210 yang paling stabil, maupun astatin-211 yang berguna secara medis, tidak terjadi secara alami; mereka hanya dapat diproduksi secara sintetis, biasanya dengan membombardir bismut-209 dengan partikel alfa.

Karakteristik
Astatin adalah sebuah unsur yang sangat radioaktif; semua isotopnya memiliki waktu paruh 8,1 jam atau kurang, meluruh menjadi isotop astatin lainnya, bismut, polonium, atau radon. Sebagian besar isotopnya sangat tidak stabil, dengan waktu paruh satu detik atau kurang. Dari 101 unsur pertama dalam tabel periodik, hanya fransium yang kurang stabil, dan semua isotop astatin yang lebih stabil daripada fransium, bagaimanapun, adalah hasil sintesis dan tidak terjadi di alam.

Sifat sebagian besar astatin tidak diketahui dengan pasti. Penelitian dibatasi oleh waktu paruhnya yang pendek, yang mencegah terciptanya kuantitas yang dapat ditimbang. Sepotong astatin yang terlihat akan segera menguap sendiri karena panas yang dihasilkan oleh radioaktivitasnya yang intens. Masih harus dilihat apakah, dengan pendinginan yang cukup, jumlah makroskopis astatin dapat disimpan sebagai film tipis. Astatin biasanya diklasifikasikan sebagai nonlogam atau metaloid; pembentukan logam juga telah diprediksi.

Fisik
Sebagian besar sifat fisik astatin telah diperkirakan (dengan interpolasi atau ekstrapolasi), menggunakan metode yang diturunkan secara teoretis atau empiris. Misalnya, halogen menjadi lebih gelap dengan bertambahnya berat atom – fluorin hampir tidak berwarna, klorin berwarna kuning hijau, bromin berwarna merah coklat, dan iodin berwarna abu-abu tua/ungu. Astatin kadang-kadang digambarkan sebagai mungkin padatan hitam (dengan asumsi mengikuti tren ini), atau memiliki penampilan logam (jika ia adalah metaloid atau logam).

Astatin lebih mudah menyublim dibandingkan iodin, karena memiliki tekanan uap yang lebih rendah. Meskipun demikian, setengah dari jumlah astatin yang diberikan akan menguap dalam waktu sekitar satu jam jika diletakkan di atas permukaan kaca yang bersih pada suhu kamar. Spektrum penyerapan astatin pada daerah ultraungu tengah memiliki garis pada 224,401 dan 216,225 nm, menunjukkan transisi 6p ke 7s.

Struktur astatin padat masih tidak diketahui. Sebagai analog iodin, ia mungkin memiliki struktur kristal ortorombik yang terdiri dari molekul astatin diatomik, dan menjadi semikonduktor (dengan sela pita 0,7 eV). Sebagai alternatif, jika astatin terkondensasi membentuk fase logam, seperti yang telah diprediksi, ia mungkin memiliki struktur kubik berpusat muka monoatomik; dalam struktur ini, ia mungkin merupakan superkonduktor, seperti fase tekanan tinggi yang sama dari iodin. Astatin logam diperkirakan memiliki massa jenis 8,91–8,95 g/cm3.

Bukti untuk (atau menentang) keberadaan astatin diatomik (At2) jarang ditemukan dan tidak meyakinkan. Beberapa sumber menyatakan bahwa ia tidak ada, atau setidaknya tidak pernah teramati, sementara sumber lain menegaskan atau menyiratkan keberadaannya. Terlepas dari kontroversi ini, banyak sifat astatin diatomik telah diprediksi; misalnya, panjang ikatannya adalah , energi disosiasi , dan panas penguapan (∆Hvap) 54,39 kJ/mol. Banyak nilai telah diprediksi untuk titik lebur dan didih astatin, tetapi hanya untuk At2.

Kimia
Kimia astatin "dikaburkan oleh konsentrasi yang sangat rendah di mana eksperimen astatin telah dilakukan, dan kemungkinan reaksi dengan pengotor, dinding dan filter, atau produk sampingan radioaktivitas, dan interaksi skala nano yang tidak diinginkan lainnya". Banyak dari sifat kimianya yang jelas telah diamati menggunakan studi pelacak pada larutan astatin yang sangat encer, biasanya kurang dari 10−10 mol·L−1. Beberapa sifat, seperti pembentukan anion, sejajar dengan halogen lain. Astatin juga memiliki beberapa karakteristik logam, seperti penyepuhan pada katode, dan pengkopresipitasian bersama dengan logam sulfida dalam asam klorida. Ia membentuk kompleks dengan EDTA, agen pengelatan logam, dan mampu bertindak sebagai logam dalam pelabelan radio antibodi; dalam beberapa hal astatin dalam keadaan +1 mirip dengan perak dalam keadaan yang sama. Sebagian besar kimia organik astatin, bagaimanapun, analog dengan iodin. Telah dikemukakan bahwa astatin dapat membentuk kation monoatomik yang stabil dalam larutan berair, tetapi bukti elektromigrasi menunjukkan bahwa spesies kationik At(I) adalah asam hipoastatit terprotonasi (H2OAt+), menunjukkan analogi dengan iodin.

Astatin memiliki elektronegativitas 2,2 pada skala Pauling yang direvisi – lebih rendah dari yodium (2,66) dan sama dengan hidrogen. Dalam hidrogen astatida (HAt), muatan negatif diperkirakan berada pada atom hidrogen, menyiratkan bahwa senyawa ini dapat disebut sebagai astatin hidrida menurut tata nama tertentu. Itu akan konsisten dengan elektronegativitas astatin pada skala Allred–Rochow (1,9) lebih kecil dari hidrogen (2,2). Namun, tata nama stoikiometris resmi IUPAC didasarkan pada konvensi ideal untuk menentukan elektronegativitas relatif unsur hanya berdasarkan posisinya dalam tabel periodik. Menurut konvensi ini, astatin diperlakukan seolah-olah lebih elektronegatif daripada hidrogen, terlepas dari elektronegativitasnya yang sebenarnya. Afinitas elektron astatin, pada 233 kJ mol−1, adalah 21% lebih kecil dari iodin. Sebagai perbandingan, nilai Cl (349) adalah 6,4% lebih tinggi dari F (328); Br (325) adalah 6,9% lebih kecil dari Cl; dan I (295) lebih kecil 9,2% dari Br. Pengurangan yang ditandai untuk At diprediksi sebagai akibat interaksi spin–orbit. Energi ionisasi pertama astatin adalah sekitar 899 kJ mol−1, yang melanjutkan tren penurunan energi ionisasi pertama ke bawah golongan halogen (fluorin, 1681; klorin, 1251; bromin, 1140; iodin, 1008).

Senyawa
Kurang reaktif dibandingkan iodin, astatin adalah halogen yang paling tidak reaktif. Senyawanya telah disintesis dalam jumlah skala nano dan dipelajari seintensif mungkin sebelum disintegrasi radioaktifnya. Reaksi yang terlibat biasanya telah diuji dengan larutan encer astatin yang dicampur dengan iodin dalam jumlah yang lebih besar. Bertindak sebagai pembawa, iodin memastikan ada bahan yang cukup untuk teknik laboratorium (seperti filtrasi dan pengendapan) untuk bekerja. Seperti iodin, astatin telah terbukti mengadopsi bilangan oksidasi ganjil mulai dari −1 hingga +7.

Hanya beberapa senyawa dengan logam yang telah dilaporkan, dalam bentuk astatida natrium, paladium, perak, talium, dan timbal. Beberapa sifat karakteristik perak dan natrium astatida, dan astatida alkali dan alkali tanah hipotesis lainnya, telah diperkirakan dengan ekstrapolasi dari halida logam lainnya.

Pembentukan senyawa astatin dengan hidrogen – biasanya disebut sebagai hidrogen astatida – dicatat oleh para pionir kimia astatin. Seperti disebutkan, ada alasan untuk menyebut senyawa ini sebagai astatin hidrida. Ia mudah teroksidasi; pengasaman dengan asam nitrat encer menghasilkan bentuk At0 atau At+, dan penambahan perak(I) selanjutnya hanya dapat mengendapkan sebagian, astatin sebagai perak(I) astatida (AgAt). Iodin, sebaliknya, tidak teroksidasi, dan mudah mengendap sebagai perak(I) iodida.

Astatin diketahui mengikat boron, karbon, dan nitrogen. Berbagai senyawa sangkar boron telah dibuat dengan ikatan At–B, mereka lebih stabil daripada ikatan At–C. Astatin dapat menggantikan atom hidrogen dalam benzena untuk membentuk astatobenzena C6H5At; ini dapat dioksidasi menjadi C6H5AtCl2 oleh klorin. Dengan memperlakukan senyawa ini dengan larutan basa hipoklorit, C6H5AtO2 dapat diproduksi. Kation dipiridin-astatin(I), [At(C5H5N)2]+, membentuk senyawa ionik dengan perklorat (sebuah anion nonkoordinasi) dan dengan nitrat, [At(C5H5N)2]NO3. Kation ini eksis sebagai kompleks koordinasi di mana dua ikatan kovalen datif secara terpisah menghubungkan pusat astatin(I) dengan masing-masing cincin piridina melalui atom nitrogennya.

Dengan oksigen, terdapat bukti spesies AtO− dan AtO+ dalam larutan berair, yang dibentuk oleh reaksi astatin dengan oksidan seperti bromin elemental atau (dalam kasus terakhir) oleh natrium persulfat dalam larutan asam perklorat: spesies yang terakhir mungkin juga terprotonasi asam astatit, . Spesies yang sebelumnya dianggap sebagai  telah ditentukan sebagai , sebuah produk hidrolisis AtO+ (produk hidrolisis lainnya adalah AtOOH). Anion  yang dikarakterisasi dengan baik dapat diperoleh dengan, misalnya, oksidasi astatin dengan kalium hipoklorit dalam larutan kalium hidroksida. Pembuatan lantanum triastatat La(AtO3)3, setelah oksidasi astatin oleh larutan Na2S2O8 panas, telah dilaporkan. Oksidasi lebih lanjut dari , seperti oleh xenon difluorida (dalam larutan basa panas) atau periodat (dalam larutan netral atau basa), menghasilkan ion perastatat ; ini hanya stabil dalam larutan netral atau basa. Astatin juga dianggap mampu membentuk kation dalam garam dengan oksianion seperti iodat atau dikromat; ini didasarkan pada pengamatan bahwa, dalam larutan asam, keadaan positif monovalen atau menengah dari astatin berkopresipitasi dengan garam kation logam yang tidak larut seperti perak(I) iodat atau talium(I) dikromat.

Astatin dapat membentuk ikatan dengan kalkogen lain; mereka termasuk S7At+ dan  dengan belerang, senyawa selenourea koordinasi dengan selenium, dan koloid astatin–telurium dengan telurium.

Astatin diketahui bereaksi dengan homolognya yang lebih ringan, iodin, bromin, dan klorin dalam wujud uap; reaksi ini menghasilkan senyawa antarhalogen dengan rumus AtI, AtBr, dan AtCl. Dua senyawa pertama juga dapat diproduksi dalam air – astatin bereaksi dengan larutan iodin/iodida membentuk AtI, sedangkan AtBr membutuhkan (selain astatin) larutan iodin/iodin monobromida/bromida. Kelebihan iodida atau bromida dapat menyebabkan ion  dan , atau dalam larutan klorida, mereka dapat menghasilkan spesies seperti  atau  melalui reaksi kesetimbangan dengan klorida. Oksidasi astatin dengan dikromat (dalam larutan asam nitrat) menunjukkan bahwa penambahan klorida mengubah astatin menjadi molekul yang kemungkinan berupa AtCl atau AtOCl. Demikian pula,  atau  mungkin dapat diproduksi. Polihalida PdAtI2, CsAtI2, TlAtI2, dan PbAtI telah diketahui atau diduga telah diendapkan. Dalam spektrometer massa sumber ion plasma, ion [AtI]+, [AtBr]+, dan [AtCl]+ telah dibentuk dengan memasukkan uap halogen yang lebih ringan ke dalam sel berisi helium yang mengandung astatin, mendukung keberadaan molekul netral yang stabil dalam wujud ion plasma. Tidak ada astatin fluorida yang ditemukan. Ketidakhadiran mereka secara spekulatif dikaitkan dengan reaktivitas ekstrim dari senyawa tersebut, termasuk reaksi fluorida yang awalnya terbentuk dengan dinding wadah kaca untuk membentuk produk yang tidak mudah menguap. Jadi, meskipun penyintesisan astatin fluorida dianggap mungkin, ia mungkin memerlukan pelarut halogen fluorida cair, seperti yang telah digunakan untuk karakterisasi radon fluorida.

Sejarah

Pada tahun 1869, ketika Dmitri Mendeleev menerbitkan tabel periodiknya, ruang di bawah iodin kosong; setelah Niels Bohr menetapkan dasar fisika dari klasifikasi unsur kimia, halogen kelima dianggap ada di sana. Sebelum penemuannya yang diakui secara resmi, ia disebut "eka-iodin" (dari bahasa Sanskerta eka – "satu") untuk menyiratkan bahwa ia berada satu ruang di bawah iodin (dengan cara yang sama seperti eka-silikon, eka-boron, dan lainnya). Para ilmuwan mencoba menemukannya di alam; mengingat kelangkaannya yang ekstrem, upaya ini menghasilkan beberapa penemuan palsu.

Penemuan eka-iodin pertama yang diklaim dibuat oleh Fred Allison dan rekan-rekannya di Institut Politeknik Alabama (sekarang Universitas Auburn) pada tahun 1931. Penemunya menamai unsur 85 sebagai "alabamin", dan memberinya simbol Ab, sebutan yang digunakan untuk beberapa tahun. Pada tahun 1934, H. G. MacPherson dari Universitas California, Berkeley membantah metode Allison dan validitas penemuannya. Ada klaim lain pada tahun 1937, oleh ahli kimia Rajendralal De. Bekerja di Dacca di India Britania (sekarang Dhaka di Bangladesh), ia memilih nama "dakin" untuk unsur 85, yang ia klaim telah diisolasi sebagai deret torium yang setara dengan radium F (polonium-210) dalam deret radium. Sifat-sifat yang dia laporkan untuk dakin tidak sesuai dengan sifat astatin; selain itu, astatin tidak ditemukan dalam deret torium, dan identitas sebenarnya dari dakin tidak diketahui.

Pada tahun 1936, tim fisikawan Rumania Horia Hulubei dan fisikawan Prancis Yvette Cauchois mengklaim telah menemukan unsur 85 melalui analisis sinar-X. Pada tahun 1939, mereka menerbitkan makalah lain yang mendukung dan memperluas data sebelumnya. Pada tahun 1944, Hulubei menerbitkan ringkasan data yang diperolehnya hingga saat itu, mengklaim bahwa itu didukung oleh karya peneliti lain. Dia memilih nama "dor", mungkin dari bahasa Rumania untuk "kerinduan" [akan perdamaian], karena Perang Dunia II telah dimulai lima tahun sebelumnya. Karena Hulubei menulis dalam bahasa Prancis, sebuah bahasa yang tidak mengakomodasi akhiran "-in", dor kemungkinan besar akan diterjemahkan dalam bahasa Indonesia sebagai "dorin", jika nama ini diadopsi. Pada tahun 1947, klaim Hulubei secara efektif ditolak oleh ahli kimia Austria Friedrich Paneth, yang kemudian akan memimpin komite IUPAC yang bertanggung jawab untuk pengenalan unsur-unsur baru. Meskipun sampel Hulubei memang mengandung astatin, alatnya untuk mendeteksinya terlalu lemah, menurut standar saat ini, untuk memungkinkan identifikasi yang benar. Dia juga telah terlibat dalam klaim palsu sebelumnya mengenai penemuan unsur 87 (fransium) dan ini dianggap telah menyebabkan peneliti lain meremehkan karyanya.

Pada tahun 1940, ahli kimia Swiss Walter Minder mengumumkan penemuan unsur 85 sebagai produk peluruhan beta radium A (polonium-218), memilih nama "helvetium" (dari , nama Latin untuk Swiss). Berta Karlik dan Traude Bernert tidak berhasil mereproduksi eksperimennya, dan kemudian menghubungkan hasil Minder dengan kontaminasi aliran radonnya (radon-222 adalah isotop induk polonium-218). Pada tahun 1942, Minder, bekerja sama dengan ilmuwan Inggris Alice Leigh-Smith, mengumumkan penemuan isotop lain dari unsur 85, yang dianggap sebagai produk peluruhan beta torium A (polonium-216). Mereka menamakan zat ini sebagai "anglo-helvetium", tetapi Karlik dan Bernert lagi-lagi tidak dapat mereproduksi hasil ini.

Kemudian pada tahun 1940, Dale R. Corson, Kenneth R. MacKenzie, dan Emilio G. Segrè mengisolasi unsur ini di Universitas California, Berkeley. Alih-alih mencari unsur di alam, para ilmuwan menciptakannya dengan membombardir bismut-209 dengan partikel alfa dalam siklotron (pemercepat partikel) untuk menghasilkan, setelah emisi dua neutron, astatin-211. Namun, para penemunya tidak segera menyarankan nama untuk unsur tersebut. Alasan untuk ini adalah bahwa pada saat itu, suatu unsur yang diciptakan secara sintetis dalam "jumlah tak terlihat" yang belum ditemukan di alam tidak dilihat sebagai unsur yang sepenuhnya valid; selain itu, ahli kimia enggan untuk mengakui isotop radioaktif sebagai sah seperti isotop stabil. Pada tahun 1943, astatin ditemukan sebagai produk dari dua rantai peluruhan yang terjadi secara alami oleh Berta Karlik dan Traude Bernert, pertama dalam apa yang disebut deret uranium, dan kemudian dalam deret aktinium. (Sejak itu, astatin juga ditemukan dalam rantai peluruhan ketiga, deret neptunium.) Friedrich Paneth pada tahun 1946 menyerukan untuk akhirnya mengenali unsur-unsur sintetis, dengan mengutip, antara lain, konfirmasi baru-baru ini tentang kemunculan alaminya, dan mengusulkan bahwa penemu unsur tak bernama yang baru ditemukan memberi nama unsur-unsur ini. Pada awal 1947, Nature menerbitkan saran para penemunya; sebuah surat dari Corson, MacKenzie, dan Segrè menyarankan nama "astatin" yang berasal dari bahasa Yunani astatos (αστατος) yang berarti "tidak stabil", karena kecenderungannya untuk peluruhan radioaktif, dengan akhiran "-in", ditemukan di nama dari empat halogen yang ditemukan sebelumnya. Nama ini juga dipilih untuk melanjutkan tradisi empat halogen stabil, di mana nama tersebut mengacu pada sifat astatin.

Corson dan rekan-rekannya mengklasifikasikan astatin sebagai logam berdasarkan kimia analisisnya. Peneliti selanjutnya melaporkan perilaku seperti iodin, kationik, atau amfoter. Dalam retrospektif tahun 2003, Corson menulis bahwa "beberapa sifat [astatin] mirip dengan iodin … ia juga menunjukkan sifat logam, lebih seperti tetangga logamnya Po dan Bi."

Isotop

Ada 39 isotop astatin yang diketahui, dengan massa atom (nomor massa) 191–229. Pemodelan teoretis menunjukkan bahwa ada 37 isotop lagi. Tidak ada isotop astatin yang stabil atau berumur panjang yang telah teramati, juga tidak ada yang diperkirakan eksis.

Energi peluruhan alfa astatin mengikuti tren yang sama seperti unsur berat lainnya. Isotop astatin yang lebih ringan memiliki energi peluruhan alfa yang cukup tinggi, yang menjadi lebih rendah saat inti menjadi lebih berat. Astatin-211 memiliki energi yang jauh lebih tinggi daripada isotop sebelumnya, karena memiliki inti dengan 126 neutron, dan 126 adalah sebuah bilangan ajaib yang sesuai dengan kulit neutron yang terisi. Meskipun memiliki waktu paruh yang mirip dengan isotop sebelumnya (8,1 jam untuk astatin-210 dan 7,2 jam untuk astatin-211), probabilitas peluruhan alfa jauh lebih tinggi untuk yang terakhir: 41,81% dibandingkan hanya 0,18%. Dua isotop berikut melepaskan lebih banyak energi, dengan astatin-213 melepaskan energi paling banyak. Untuk alasan ini, ia adalah isotop astatin yang berumur paling pendek. Meskipun isotop astatin yang lebih berat melepaskan lebih sedikit energi, tidak ada isotop astatin yang berumur panjang, karena meningkatnya peran peluruhan beta (emisi elektron). Mode peluruhan ini sangat penting untuk astatin; sedini tahun 1950, dipostulatkan bahwa semua isotop astatin mengalami peluruhan beta, meskipun pengukuran massa nuklir menunjukkan bahwa 215At sebenarnya beta-stabil, karena ia memiliki massa terendah dari semua isobar dengan A = 215. Sebuah mode peluruhan beta telah ditemukan untuk semua isotop astatin lainnya kecuali untuk astatin-213, astatin-214, dan astatin-216m. Astatin-210 dan isotop yang lebih ringan menunjukkan peluruhan beta plus (emisi positron), astatin-216 dan isotop yang lebih berat menunjukkan peluruhan beta minus, dan astatin-212 meluruh melalui kedua mode, sementara astatin-211 mengalami penangkapan elektron.

Isotop yang paling stabil adalah astatin-210, yang memiliki waktu paruh 8,1 jam. Mode peluruhan utamanya adalah beta plus, menjadi pemancar alfa polonium-210 yang berumur relatif panjang (dibandingkan dengan isotop astatin). Secara total, hanya lima isotop yang memiliki waktu paruh lebih dari satu jam (astatin-207 hingga -211). Isotop keadaan dasar yang paling tidak stabil adalah astatin-213, dengan waktu paruh 125 nanodetik. Ia mengalami peluruhan alfa menjadi bismut-209 yang berumur sangat panjang.

Astatin memiliki 24 isomer nuklir yang diketahui, yang merupakan inti dengan satu atau lebih nukleon (proton atau neutron) dalam keadaan tereksitasi. Isomer nuklir juga dapat disebut "keadaan meta", yang berarti sistem itu memiliki lebih banyak energi dalam daripada "keadaan dasar" (keadaan dengan energi dalam serendah mungkin), membuat yang pertama cenderung meluruh menjadi yang terakhir. Mungkin ada lebih dari satu isomer untuk setiap isotop. Yang paling stabil dari isomer nuklir ini adalah astatin-202m1, yang memiliki waktu paruh sekitar 3 menit, lebih lama dari semua keadaan dasar kecuali isotop 203–211 dan 220. Yang paling tidak stabil adalah astatin-214m1; waktu paruhnya, selama 265 nanodetik, lebih pendek daripada semua keadaan dasar kecuali astatin-213.

Keterjadian alami

Astatin adalah unsur alami yang paling langka. Jumlah total astatin dalam kerak Bumi (massa dikutip 2,36 × 1025 gram) diperkirakan oleh beberapa pihak kurang dari satu gram pada waktu tertentu. Sumber lain memperkirakan jumlah astatine fana, hadir di Bumi pada saat tertentu, hingga satu ons (sekitar 28 gram).

Setiap astatin yang ada pada pembentukan Bumi telah lama menghilang; empat isotop alami astatin (astatin-215, -217, -218 dan -219) malah terus diproduksi sebagai akibat peluruhan torium dan bijih uranium yang radioaktif, serta sejumlah kecil neptunium-237. Massa daratan Amerika Utara dan Selatan digabungkan, hingga kedalaman 16 kilometer (10 mil), hanya mengandung sekitar satu triliun atom astatin-215 pada waktu tertentu (sekitar 3,5 × 10−10 gram). Astatin-217 diproduksi melalui peluruhan radioaktif neptunium-237. Sisa-sisa primordial dari isotop neptunium-237—karena waktu paruhnya yang relatif pendek, yaitu 2,14 juta tahun—tidak lagi ada di Bumi. Namun, jumlah renik terjadi secara alami sebagai produk reaksi transmutasi dalam bijih uranium. Astatin-218 adalah isotop astatin pertama yang ditemukan di alam. Astatin-219, dengan waktu paruh 56 detik, adalah isotop alami astatin yang berumur paling panjang.

Isotop astatin terkadang tidak terdaftar sebagai yang terjadi secara alami karena kesalahpahaman bahwa tidak ada isotop seperti itu, atau perbedaan dalam literatur. Astatin-216 telah dihitung sebagai isotop alami tetapi laporan pengamatannya (yang digambarkan sebagai meragukan) belum dikonfirmasi.

Sintesis

Pembentukan

Astatin pertama kali diproduksi dengan membombardir bismut-209 dengan partikel alfa energik, dan ini masih merupakan rute utama yang digunakan untuk membuat isotop astatin-209 yang relatif berumur panjang melalui astatin-211. Astatin hanya diproduksi dalam jumlah yang sangat kecil, dengan teknik modern yang memungkinkan produksi berjalan hingga 6,6 gigabecquerel (sekitar 86 nanogram atau 2,47 × 1014 atom). Sintesis astatin dalam jumlah yang lebih besar dengan menggunakan metode ini dibatasi oleh terbatasnya ketersediaan siklotron yang sesuai dan prospek pencairan target. Radiolisis pelarut karena efek kumulatif peluruhan astatin adalah masalah terkait. Dengan teknologi kriogenik, jumlah mikrogram astatin mungkin dapat dihasilkan melalui iradiasi proton torium atau uranium untuk menghasilkan radon-211, yang pada gilirannya meluruh menjadi astatin-211. Kontaminasi dengan astatin-210 diperkirakan menjadi kelemahan metode ini.

Isotop yang paling penting adalah astatin-211, satu-satunya yang digunakan secara komersial. Untuk menghasilkan target bismut, bismut disemprotkan ke permukaan emas, tembaga, atau aluminium pada 50 hingga 100 miligram per sentimeter persegi. Bismut oksida dapat digunakan sebagai gantinya; ini secara paksa menyatu dengan pelat tembaga. Target disimpan di bawah atmosfer nitrogen yang netral secara kimia, dan didinginkan dengan air untuk mencegah penguapan astatin prematur. Dalam pemercepat partikel, seperti siklotron, partikel alfa bertabrakan dengan bismut. Meskipun hanya satu isotop bismut yang digunakan (bismut-209), reaksi ini dapat terjadi dalam tiga cara yang mungkin, menghasilkan astatin-209, astatin-210, atau astatin-211. Untuk menghilangkan nuklida yang tidak diinginkan, energi maksimum akselerator partikel diatur ke nilai (optimal 29,17 MeV) di atas untuk reaksi yang menghasilkan astatin-211 (untuk menghasilkan isotop yang diinginkan) dan di bawah yang menghasilkan astatin-210 (untuk menghindari produksi isotop astatin lainnya).

Metode pemisahan
Karena astatin adalah produk utama dari penyintesisan, setelah pembentukannya ia hanya boleh dipisahkan dari target dan kontaminan yang signifikan. Beberapa metode tersedia, "tetapi mereka umumnya mengikuti salah satu dari dua pendekatan—destilasi kering atau perlakuan asam [basah] dari target diikuti dengan ekstraksi pelarut." Metode yang diringkas di bawah ini adalah adaptasi modern dari prosedur yang lebih tua, seperti yang ditinjau oleh Kugler dan Keller. Teknik pra-1985 lebih sering membahas penghapusan polonium beracun yang diproduksi bersama; persyaratan ini sekarang dikurangi dengan membatasi energi dari sinar iradiasi siklotron.

Kering
Target siklotron yang mengandung astatin dipanaskan hingga suhu sekitar 650 °C. Astatin menguap dan terkondensasi (biasanya) dalam perangkap dingin. Suhu yang lebih tinggi hingga sekitar 850 °C dapat meningkatkan hasil, dengan risiko kontaminasi bismut dari volatilisasi bersamaan. Penyulingan ulang kondensat mungkin diperlukan untuk meminimalkan keberadaan bismut (karena bismut dapat mengganggu reaksi pelabelan astatin). Astatin diperoleh kembali dari perangkap menggunakan satu atau lebih pelarut konsentrasi rendah seperti natrium hidroksida, metanol, atau kloroform. Hasil astatin hingga sekitar 80% dapat dicapai. Pemisahan kering adalah metode yang paling umum digunakan untuk menghasilkan bentuk astatin yang berguna secara kimia.

Basah
Target bismut yang diiradiasi (atau kadang-kadang bismut trioksida) pertama-tama dilarutkan dalam, misalnya, asam nitrat atau asam perklorat pekat. Setelah langkah pertama ini, asam tersebut dapat disuling untuk meninggalkan residu putih yang mengandung bismut dan produk astatin yang diinginkan. Residu ini kemudian dilarutkan dalam asam pekat, seperti asam klorida. Astatin diekstraksi dari asam ini menggunakan pelarut organik seperti butil atau isopropil eter, diisopropileter (DIPE), atau tiosemikarbazida. Menggunakan ekstraksi cair–cair, produk astatin dapat dicuci berulang kali dengan asam, seperti HCl, dan diekstraksi ke dalam lapisan pelarut organik. Hasil pemisahan 93% menggunakan asam nitrat telah dilaporkan, turun menjadi 72% pada saat prosedur pemurnian selesai (distilasi asam nitrat, membersihkan sisa nitrogen oksida, dan melarutkan kembali bismut nitrat untuk memungkinkan ekstraksi cair–cair). Metode basah melibatkan "beberapa langkah penanganan radioaktivitas" dan belum dianggap cocok untuk mengisolasi sejumlah besar astatin. Namun, metode ekstraksi basah sedang diperiksa untuk digunakan dalam produksi sejumlah besar astatin-211, karena diperkirakan metode ekstraksi basah dapat memberikan konsistensi lebih. Mereka dapat memungkinkan produksi astatin dalam bilangan oksidasi tertentu dan mungkin memiliki penerapan yang lebih besar dalam radiokimia eksperimental.

Penggunaan dan tindakan pencegahan
{| class="wikitable"
|+ Beberapa molekul yang mengandung 211At dan kegunaan eksperimentalnya
! Agen
! Aplikasi
|-
| Koloid [211At]astatin-telurium
| Tumor kompartemen
|-
| 6-[211At]astato-2-metil-1,4-naftaquinol difosfat
| Adenokarsinoma
|-
| Metilena biru berlabel 211At
| Melanoma
|-
| Meta-[211At]astatobenzil guanidina
| Tumor neuroendokrin
|-
| 5-[211At]astato-2'-deoksiuridina
| Beberapa
|-
| Konjugat biotin berlabel 211At
| Beberapa pra-penargetan
|-
| Oktreotida berlabel 211At 
| Reseptor somatostatin
|-
| Antibodi dan fragmen monoklonal berlabel 211At
| Beberapa
|-
| Bisfosfonat berlabel 211At
| Metastasis tulang
|}
Astatin-211 yang baru terbentuk adalah subjek penelitian yang sedang berlangsung dalam kedokteran nuklir. Ia harus digunakan dengan cepat karena ia meluruh dengan waktu paruh 7,2 jam; ini cukup lama untuk memungkinkan strategi pelabelan multilangkah. Astatin-211 memiliki potensi untuk terapi partikel alfa bertarget, karena ia meluruh baik melalui emisi partikel alfa (menjadi bismut-207), atau melalui penangkapan elektron (menjadi nuklida berumur sangat pendek, polonium-211, yang mengalami peluruhan alfa lebih lanjut), dengan sangat cepat mencapai timbal-207 yang stabil. Sinar-X polonium yang dipancarkan sebagai hasil dari cabang penangkapan elektron, dalam kisaran 77–92 keV, memungkinkan pelacakan astatin pada hewan dan pasien. Meskipun astatin-210 memiliki waktu paruh yang sedikit lebih lama, ia sama sekali tidak cocok karena biasanya mengalami peluruhan beta plus menjadi polonium-210 yang sangat beracun.

Perbedaan obat utama antara astatin-211 dan iodin-131 (sebuah isotop radioaktif iodin yang juga digunakan dalam pengobatan) adalah bahwa iodin-131 memancarkan partikel beta berenergi tinggi, dan astatin tidak. Partikel beta memiliki daya tembus yang jauh lebih besar melalui jaringan daripada partikel alfa yang jauh lebih berat. Partikel alfa rata-rata yang dilepaskan oleh astatin-211 dapat melakukan perjalanan hingga 70 µm melalui jaringan di sekitarnya; partikel beta berenergi rata-rata yang dipancarkan oleh iodin-131 dapat melakukan perjalanan hampir 30 kali lebih jauh, hingga sekitar 2 mm. Waktu paruh yang pendek dan daya tembus radiasi alfa yang terbatas melalui jaringan menawarkan keuntungan dalam situasi di mana "beban tumor rendah dan/atau populasi sel ganas terletak dekat dengan jaringan normal esensial." Morbiditas signifikan dalam kultur sel model kanker manusia telah dicapai dengan dari satu sampai sepuluh atom astatin-211 terikat per sel.

Beberapa kendala telah ditemui dalam pengembangan radiofarmasi berbasis astatin untuk pengobatan kanker. Perang Dunia II menunda penelitian selama hampir satu dekade. Hasil percobaan awal menunjukkan bahwa pembawa kanker selektif perlu dikembangkan dan baru pada tahun 1970-an antibodi monoklonal tersedia untuk tujuan ini. Tidak seperti iodin, astatin menunjukkan kecenderungan untuk terdehalogenasi dari pembawa molekuler seperti ini, terutama pada sisi karbon sp3 (lebih sedikit dari sisi sp2). Mengingat toksisitas astatin yang terakumulasi dan tertahan di dalam tubuh, hal ini menekankan perlunya memastikan astatin tetap melekat pada molekul inangnya. Walaupun pembawa astatin yang dimetabolisme perlahan dapat dinilai kemanjurannya, pembawa yang dimetabolisme lebih cepat tetap menjadi kendala signifikan untuk evaluasi astatin dalam kedokteran nuklir. Mengurangi efek radiolisis yang diinduksi astatin dari kimia pelabelan dan molekul pembawa adalah area lain yang membutuhkan pengembangan lebih lanjut. Aplikasi praktis untuk astatin sebagai pengobatan kanker berpotensi cocok untuk sejumlah pasien yang "mengejutkan"; produksi astatin dalam jumlah yang akan dibutuhkan tetap menjadi masalah.

Penelitian pada hewan menunjukkan bahwa astatin, mirip dengan iodin – meskipun pada tingkat yang lebih rendah, mungkin karena sifatnya yang sedikit lebih logam  – terkonsentrasi terutama (dan secara berbahaya) di kelenjar tiroid. Tidak seperti iodin, astatin juga menunjukkan kecenderungan untuk diserap oleh paru-paru dan limpa, kemungkinan karena oksidasi At– menjadi At+ di dalam tubuh. Jika diberikan dalam bentuk radiokoloid cenderung, ia terkonsentrasi di hati. Percobaan pada tikus dan monyet menunjukkan bahwa astatin-211 menyebabkan kerusakan yang jauh lebih besar pada kelenjar tiroid daripada iodin-131, dengan injeksi berulang nuklida yang mengakibatkan nekrosis dan displasia sel di dalam kelenjar tiroid. Penelitian awal menunjukkan bahwa injeksi astatin ke hewan pengerat betina menyebabkan perubahan morfologis pada jaringan payudara; kesimpulan ini tetap menjadi kontroversi selama bertahun-tahun. Kesepakatan umum kemudian dicapai bahwa ini kemungkinan disebabkan oleh efek iradiasi jaringan payudara yang dikombinasikan dengan perubahan hormonal akibat iradiasi ovarium. Sejumlah kecil astatin dapat ditangani dengan aman di lemari asam jika diangin-anginkan dengan baik; penyerapan biologis unsur ini harus dihindari.

Lihat pula

 Perlindungan radiasi

Catatan

Referensi

Bibliografi

Pranala luar

  Astatin di The Periodic Table of Videos (Universitas Nottingham)
  Astatin: Halogen atau Logam?

 
Unsur kimia
Halogen
Metaloid
Unsur kimia dengan struktur kubus berpusat-muka