Astate

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Astate
PoloniumAstateRadon
I
   
 
85
At
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
At
Uus
Tableau completTableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro Astate, At, 85
Série chimique Halogène/métalloïde
Groupe, période, bloc 17 (VIIA), 6, p
Couleur métallique (?)
No CAS 142364-73-6 [1]
Propriétés atomiques
Masse atomique 210 u
Rayon de covalence 150 pm [2]
Rayon de van der Waals 202 pm
Configuration électronique [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p5
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 32, 18, 7
État(s) d’oxydation ±1,3,5,7
Oxyde inconnu
Propriétés physiques
État ordinaire Solide
Point de fusion 302 °C [3]
Point d’ébullition 610 K
Énergie de fusion 114 kJ·mol-1
Divers
Électronégativité (Pauling) 2,2
Conductivité thermique 1,7 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation
1re : ~920 kJ·mol-1
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
210At 100 % 8,1 h ε
α
3,981
5,631
210Po
206Bi
Précautions
Élément radioactif
Élément radioactif
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'astate, connu un temps sous les noms d'éka-iode ou d'alabame[4], est l'élément chimique de numéro atomique 85, de symbole At. Il est très rare et radioactif à l'état naturel.

Il est le plus lourd des halogènes connus à ce jour. Les isotopes connus sont instables c'est à dire qu'ils se décomposent en bismuth ou polonium. Les différents isotopes de l'At sont produits spontanément par désintégration de l'uranium, du thorium ou du francium. Certains de ces isotopes sont utilisés en tant qu'émetteur de particule α pour des applications scientifiques et des applications médicales. Par exemple, l'astate 211 est utilisé dans la lutte contre le cancer[5]. C'est le plus rare des éléments naturels sur Terre, avec une estimation de moins de 30 grammes dans la croûte terrestre[6].

Caractéristiques notables[modifier | modifier le code]

Les isotopes connus sont radioactifs. La spectrométrie de masse a confirmé que l'atome 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[7],[8] ; des propriétés métalliques sont également envisagées[9],[10]. 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[11]. 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 atomes plus légers. 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[12].

Histoire[modifier | modifier le code]

6989
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Tableau 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[13]. Des scientifiques tentent de le trouver dans la nature mais, étant donné sa rareté, de nombreuses fausses découvertes ont été annoncées[14].

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[15],[16],[17]. En 1934, Herbert G. MacPherson, de l'Université de Californie à Berkeley désapprouve la validité de cette découverte[18].

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[19].

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[20]. Hulubei est également à l'origine d'une annonce de découverte erronée du francium, ce qui a pu minimiser son travail de recherche[21].

Une photographie en noir et blanc d'Emilio Segrè.
Emilio Segrè, un des découvreurs de l'astate.

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)[22]. 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[23]. Mais Karlic et Bernert sont encore une fois incapable de reproduire ces résultats[24].

Chaînes de désintégration du thorium, du radium, de l'actinium et du neptunium. Celle de l'actinium passe par l'astate (85At), ainsi que celles de l'uranium (chaîne du radium) et du neptunium.

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[25],[4] selon la réaction :

209Bi + 4He211At + 2 neutrons.

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[26],[27]. L'astate est ensuite identifié comme un composant de la chaîne de désintégration du neptunium[28].

Production[modifier | modifier le code]

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[29], 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[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Isotopes de l'astate.

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[30].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009
  2. (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)
  3. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc,‎ , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
  4. a et b « Astate », Encyclopædia Universalis (consulté le 18 avril 2010)
  5. J.-B. G., « Nantes : le cyclotron le plus puissant au monde » (consulté le 10 avril 2010)
  6. (en) Frank Close, Particle Physics: A Very Short Introduction, Oxford University Press, New York, 2004. Page 2.
  7. (en) J. C. Kotz, P. M. Treichel et J. Townsend, Chemistry & Chemical Reactivity, 8th,‎ (ISBN 978-0-8400-4828-8), p. 65
  8. (en) T. P. Jahn, MIPS and Their Role in the Exchange of Metalloids, vol. 679,‎ (ISBN 978-1-4419-6314-7, lire en ligne), p. 41
  9. (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)
  10. S. Siekierski et J. Burgess, Concise Chemistry of the Elements,‎ , 65, 122 p. (ISBN 978-1-898563-71-6, lire en ligne)
  11. (en) C. R. Hammond, The Elements, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, Boca Raton, CRC Press,‎ , 85e éd. (ISBN 978-0-8493-0485-9)
  12. (en) E. Anders, « Technetium and Astatine Chemistry », Annual Review of Nuclear Science, vol. 9,‎ , p. 203–220 (DOI 10.1146/annurev.ns.09.120159.001223)
  13. P. Ball, The Ingredients: A Guided Tour of the Elements,‎ , 100–102 p. (ISBN 978-0-19-284100-1)
  14. A. K. Lavrukhina et A. A. Pozdnyakov, Analytical Chemistry of Technetium, Promethium, Astatine, and Francium,‎ [détail de l’édition] (ISBN 0-250-39923-7)
  15. (en) F. Allison, E. J Murphy, E. R. Bishop et A. L. Sommer, « Evidence of the Detection of Element 85 in Certain Substances », Physical Review, vol. 37, no 9,‎ , p. 1178–1180 (DOI 10.1103/PhysRev.37.1178, Bibcode 1931PhRv...37.1178A) (inscription nécessaire)
  16. (en) « Alabamine & Virginium », Time Magazine,‎ (lire en ligne)
  17. (en) R. F. Trimble, « What Happened to Alabamine, Virginium, and Illinium? », Journal of Chemical Education, vol. 52, no 9,‎ , p. 585 (DOI 10.1021/ed052p585, Bibcode 1975JChEd..52..585T) (inscription nécessaire)
  18. (en) H. G. MacPherson, « An Investigation of the Magneto-optic Method of Chemical Analysis », Physical Review, vol. 47, no 4,‎ , p. 310–315 (DOI 10.1103/PhysRev.47.310, Bibcode 1935PhRv...47..310M)
  19. (en) J. W. Mellor, A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry,‎ (OCLC 13842122, lire en ligne), p. 1066
  20. [PDF] (en) S. C. Burdette et B. F. Thornton, « Finding Eka-Iodine: Discovery Priority in Modern Times », Bulletin for the History of Chemistry, vol. 35,‎ , p. 86–96 (lire en ligne)
  21. E. Scerri, A Tale of 7 Elements, Googe Play,‎ , 188–190, 206 p. (ISBN 978-0-19-539131-2)
  22. (de) B. Karlik et T. Bernert, « Über Eine Vermutete β-Strahlung des Radium A und die Natürliche Existenz des Elementes 85 », Naturwissenschaften, vol. 30, no 44–45,‎ , p. 685–686 (DOI 10.1007/BF01487965, Bibcode 1942NW.....30..685K) (inscription nécessaire)
  23. (en) A. Leigh-Smith et W. Minder, « Experimental Evidence of the Existence of Element 85 in the Thorium Family », Nature, vol. 150, no 3817,‎ , p. 767–768 (DOI 10.1038/150767a0, Bibcode 1942Natur.150..767L) (inscription nécessaire)
  24. (en) V. D. Nefedov, Yu. V. Norseev, M. A. Toropova et Vladimir A. Khalkin, « Astatine », Russian Chemical Reviews, vol. 37, no 2,‎ , p. 87–98 (DOI 10.1070/RC1968v037n02ABEH001603, Bibcode 1968RuCRv..37...87N) (inscription nécessaire)
  25. D. R. Corson, K. R. MacKenzie et E. Segrè, « Artificially Radioactive Element 85 », Physical Review, vol. 58, no 8,‎ , p. 672–678 (DOI 10.1103/PhysRev.58.672, Bibcode 1940PhRv...58..672C) (inscription nécessaire)
  26. (de) B. Karlik et T. Bernert, « Eine Neue Natürliche α-Strahlung », Naturwissenschaften, vol. 31, no 25–26,‎ , p. 298–299 (DOI 10.1007/BF01475613, Bibcode 1943NW.....31..298K) (inscription nécessaire)
  27. (de) B. Karlik et T. Bernert, « Das Element 85 in den Natürlichen Zerfallsreihen », Zeitschrift für Physik, vol. 123, no 1–2,‎ , p. 51–72 (DOI 10.1007/BF01375144, Bibcode 1944ZPhy..123...51K) (inscription nécessaire)
  28. (en) C. M. Lederer, J. M. Hollander et I. Perlman, Table of Isotopes, 6th,‎ , 1–657 p.
  29. Bureau de presse du CERN, « Des physiciens mesurent au CERN une propriété fondamentale de l'élément le plus rare sur la Terre »,‎ (consulté le 15 mai 2013)
  30. (en) Georges Audi, « The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties », Nuclear Physics A, Atomic Mass Data Center, vol. 729,‎ , p. 3–128 (DOI 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001)

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