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Version du 28 décembre 2015 à 12:11
L'astate, connu un temps sous les noms d'ékaiode ou d'alabame[6], est l'élément chimique de numéro atomique 85, de symbole At. C'est un membre du groupe des halogènes. Il est radioactif.
Il est le plus lourd des halogènes connus à ce jour. C'est un élément instable et radioactif qui est produit spontanément par désintégration de l'uranium, du thorium ou du francium. Certains isotopes de l'astate sont utilisés en tant qu'émetteur de particule α pour des applications scientifiques, et des applications médicales ont été testées, en ce qui concerne l'astate 211 notamment dans la lutte contre le cancer[7]. C'est le plus rare des éléments naturels sur Terre, avec une estimation de moins de 30 grammes dans la croûte terrestre[8].
Caractéristiques notables
L'astate est un élément radioactif. La spectrométrie de masse a confirmé qu'il se comporte chimiquement comme les autres halogènes, particulièrement l'iode (il peut probablement s'accumuler dans la thyroïde comme ce dernier) bien que l'astate soit supposé être plus métallique. Il est habituellement classé comme un métalloïde ou un non-métal[9],[10] ; des propriétés métalliques sont également envisagées[11],[12]. Des chercheurs du laboratoire national de Brookhaven ont pratiqué des expériences qui ont permis d'identifier et de quantifier les réactions élémentaires qui impliquent l'astate[13]. Cependant, ces recherches sont limitées par l'extrême rareté de cet élément qui est une conséquence de sa très courte demi-vie. En effet, l'isotope le plus stable de l'astate possède une demi-vie de 8,1 heures ; sa désintégration conduit à des isotopes du plomb. Partant du constat que la couleur des halogènes devient de plus en plus sombre quand leur masse moléculaire augmente, on peut s'attendre à ce que l'astate soit un solide noir qui se sublime en une vapeur violette ou noire (plus foncée que celle de l'iode). On suppose que l'astate peut former des liaisons ioniques avec les métaux comme le sodium, à l'instar des autres halogènes. Cet élément peut également réagir avec l'hydrogène pour former, quand il est dissous dans l'eau, le composé de formule HAt qui est un acide extrêmement fort. Malgré tout, l'astate reste le moins réactif des halogènes, encore moins réactif que l'iode[14].
Histoire
Modèle:SuperimposeTableau périodique de Mendeleïev (1871), avec l'astate manquant en dessous du chlore ("Cl"), du brome ("Br") et de l'iode ("J").
L'astate (du grec astatos signifiant « instable »).
En 1869, lorsque Dimitri Mendeleïev publie son tableau périodique des éléments, l'espace situé sous l'iode est vide. Après que Niels Bohr ait établi les bases physiques de la classification des éléments, il a été suggéré que le cinquième halogène s'y trouve. Avant la reconnaissance officielle de sa découverte, il est appelé éka-iode (eka-iodine en anglais), signifiant qu'il est situé juste en dessous de l'iode[15]. Des scientifiques tentent de le trouver dans la nature mais, étant donné sa rareté, de nombreuses fausses découvertes ont été annoncées[16].
La première découverte revendiquée de l'éka-iode a été faite par Fred Allison et ses associés de l'Institut polytechnique d'Alabama (aujourd'hui Université d'Auburn). Ils lui donnent le nom d'alabame (alabamine en anglais) et le symbole Ab, qui seront utilisés pendant quelques années[17],[18],[19]. En 1934, Herbert G. MacPherson, de l'Université de Californie à Berkeley désapprouve la validité de cette découverte[20].
En 1937, le chimiste Rajendralal De annonce la découverte de l'élément 85 qu'il nomme dakin. Il déclare l'avoir isolé de la chaîne de désintégration du thorium. Cependant, les propriétés du dakin ne correspondent pas à celles de l'astate et l'astate n'est pas trouvé dans la chaîne de désintégration du thorium. La véritable identité du dakin n'est donc pas connue[21].
En 1936, Horia Hulubei et Yvette Cauchois revendiquent la découverte de l'élément 85 par spectroscopie des rayons X. Ils publient un article en 1939 qui soutient et complète les données de 1936. Hulubei publie un résumé de ces données en 1944 et déclare qu'il est soutenu par le travail d'autres chercheurs. Il nomme cet élément dor. Sa découverte est rejettée en 1947 par l'autrichien Friedrich Paneth. En effet, même si les échantillons d'Hulubei contenaient de l'astate, ses moyens pour le détecter étaient trop faibles, selon les normes actuelles, pour le détecter[22]. Hulubei est également à l'origine d'une annonce de découverte erronée du francium, ce qui a pu minimiser son travail de recherche[23].
En 1940, Walter Minder annonce la découverte de l'élément 85 dans les produits de désintégration bêta du radium A (polonium 218 et le nomme helvetium. Karlic et Bernert ne réussissant pas à reproduire son expérience, ils attribuèrent les résultats de Minder à une contamination de son flux de radon (le radon 222 est l'isotope parent du polonium 218)[24]. Minder annonça avoir découvert un autre isotope de l'élément 85 en 1942, présumé être un produit de désintégration bêta du thorium A (polonium 216), qu'il nomme anglo-helvetium[25]. Mais Karlic et Bernert sont encore une fois incapable de reproduire ces résultats[26].
L'isotope 211At fut le premier isotope isolé, en 1940 par Dale R. Corson, K. R. MacKenzie et Emilio Segrè de l'université de Californie à Berkeley. Au lieu de le chercher dans la nature, il le synthétise en bombardant du bismuth 209 avec des particules alpha dans un cyclotron[27],[6] selon la réaction :
L'astate est trouvé trois ans plus tard par Berta Karlic et Traude Bernert comme un composant de deux chaînes de désintégration occurant naturellement : celle de uranium d'abord puis celle de l'actinium[28],[29]. L'astate est ensuite identifié comme un composant de la chaîne de désintégration du neptunium[30].
Production
L'astate peut être produit en bombardant du bismuth par des particules alpha pour obtenir les isotopes 209At et 211At qui ont une demi-vie relativement longue. Ils peuvent ensuite être séparés de la cible par chauffage dans l'air.
Il est également produit lors de réactions de spallation de l'uranium par des protons de haute énergie. Ainsi, le CERN indique dans un communiqué de presse le 14 mai 2013[31], avoir profité du faisceau issu du Booster du Synchrotron à protons du CERN : « Les collisions produisent une gerbe d’éléments chimiques, qui se diffusent dans une cavité métallique à 2 000°C. Si l’on envoie des faisceaux laser de longueurs d’onde déterminées dans cette cavité, on obtient une ionisation sélective de certains des atomes. Un champ électrique extrait les ions chargés positivement, qui sont envoyés dans des aimants réglés de façon à permettre uniquement la transmission d’une masse choisie. Le résultat est un faisceau d’ions ne contenant qu’un seul isotope, qui est envoyé sur un détecteur. » De cette étude est obtenue une valeur du potentiel d'ionisation à 9,31751 électronvolts.
Isotopes
L'astate possède 32 isotopes connus, tous radioactifs ayant un nombre de masse s'étendant de 191 à 223. L'isotope possédant la plus longue demi-vie est 210At, avec une demi-vie de seulement 8,1 h tandis que l'isotope 213At possède une demi-vie de 125 nanosecondes[32].
Notes et références
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Astatine » (voir la liste des auteurs).
- (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions, , p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j).
- (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0).
- (en) K. Otozai et N. Takashi, « Estimation of the Chemical Form and the Boiling point of Elementary Astatine by Radiogaschromatography », Radiochimica Acta, vol. 31, nos 3-4, , p. 201-204 (DOI 10.1524/ract.1982.31.34.201, lire en ligne)
- (en) Andreas Hermann, Roald Hoffmann et Neil W. Ashcroft, « Condensed Astatine: Monatomic and Metallic », Physical Review Letters, vol. 111, no 11, , article no 116404 (PMID 24074111, DOI 10.1103/PhysRevLett.111.116404, Bibcode 2013PhRvL.111k6404H, lire en ligne)
- (en) Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009.
- « Astate », Encyclopædia Universalis (consulté le )
- J.-B. G., « Nantes : le cyclotron le plus puissant au monde » (consulté le )
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- (en) A. Hermann, R. Hoffmann et N. W. Ashcroft, « Condensed Astatine: Monatomic and Metallic », Physical Review Letters, vol. 111, no 11, , p. 116404-1—116404-5 (DOI 10.1103/PhysRevLett.111.116404)
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| 3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||
| 4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |||||||||||||||
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| 6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | |
| 7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | |
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| Métaux Alcalins |
Alcalino- terreux |
Lanthanides | Métaux de transition |
Métaux pauvres |
Métal- loïdes |
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Halo- gènes |
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