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85At 아스타틴 Astatine |
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| 분류 | 준금속 | 상태 | 고체 |
| 원자량 | 210.00001 | 밀도 | 6.35±0.15 g/cm3 |
| 녹는점 | 302 °C | 끓는점 | 337 °C |
| 용융열 | 6 kJ/mol | 증발열 | 54.39 kJ/mol |
| 원자가 | 7 | 이온화에너지 | 899.003 kJ/mol |
| 전기음성도 | 2.2 | 전자친화도 | 270.1 kJ/mol |
| 발견 | D. R. Corson, K. R. MacKenzie, E. Segrè (1940) | ||
| CAS 등록번호 | 7440-68-8 | ||
| 이전 원소 | 폴로늄(Po) | 다음 원소 | 라돈(Rn) |
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1. 개요
아스타틴을 합성하는데에 사용하는 사이클로트론. 순수한 원소 상태 아스타틴을 본 사람은 존재하지 않는다.
주기율표 17족 할로젠 원소에 속하는 방사성 준금속 또는 금속 원소로, 테크네튬, 넵투늄에 이어 3번째로 발견된 합성원소이다.
2. 특징
화학적 성질은 아이오딘과 비슷하지만, 아이오딘보다 금속성이 강하다. 또한 아이오딘과 달리 이원자 분자를 만들지 않는다. 겉모습은 확인되지 못하였으나, 검은색(같은 족의 추세를 따를 경우) 내지는 은백색(다른 족들과 동일한 추세[1]를 따를 경우)의 금속성 광택을 가질 것으로 예상된다. 분자 모형에서는 보통 암갈색으로 표시한다. 주기율표에서는 보통 할로젠 원소나 준금속 중 하나로 분류되며, 간혹 금속 또는 비금속으로 취급하기도 한다. 드물게 할로젠인 동시에 준금속으로 표기하는 경우도 있다.3. 역사
멘델레예프가 예견한 85번 원소 에카요오드는 많은 연구가 행해져 발견보고도 있었지만 승인에는 이르지 못했다가, 1940년에 캘리포니아 대학의 연구팀이 사이클로트론을 이용해 비스무트에 알파 입자(헬륨 원자핵)를 충돌시켜 인공적으로 아스타틴을 만드는 데 성공했다.그 후, 아스타틴은 자연에도 존재한다는 것이 확인되었으나 반감기가 기껏해야 8시간인 것들 뿐이었다[2](그래도 프랑슘보다는 길다. 이쪽은 겨우 22분). 과학자들 표현으로 존재하길 원치 않는 원소. 8시간은 연구를 하기에는 충분한 시간이기 때문에 원자 단위 혹은 극히 묽은 수용액 상태에서 화합물[3]을 합성시키는 실험에는 성공하였지만, 실험이 제한적이므로 자세한 화학적 성질은 아직 밝혀내지 못하고 있다.
4. 기타
아스타틴의 생산량은 전세계에서 1 마이크로그램(0.000001g) 이하로 아주 적고 가장 희귀한 원소이다.[4] 현재 지구상에 존재하는 아스타틴의 추정량은 기껏해야 약 28g으로, 전 지구의 크기를 생각하면 사실상 없다고 해도 무방한 물질이다.구체적으로는 자연계에 존재하는 4가지 붕괴계열(핵자수 4n, 4n+1, 4n+2, 4n+3) 중 이미 붕괴가 끝났다 봐도 되는[5] 4n+1 넵투늄 계열을 제외하고 우라늄-238 붕괴계열에 속한 아스타틴-218, 우라늄-235 붕괴계열에 속한 아스타틴-219 및 아스타틴-215 등이 그나마 자연계에 존재하기는 하는 아스타틴 동위원소들이다. 그런데 아스타틴은 워낙 불안정하다 보니 우라늄이나 토륨 붕괴과정에서도 아스타틴을 거치지 않고 다른 원소를 거치는 붕괴계열이 훨씬 발생 비율이 높기 때문에 존재 추정량이 낮게 나타난다.[6] 한편, 우라늄-238이 우라늄-235보다 훨씬 많기 때문에 우라늄-238 붕괴계열에 속한 아스타틴-218(반감기 1.27초)이 우라늄-235 붕괴계열에 속한 아스타틴-219(반감기 56초)에 비해 반감기가 훨씬 짧음에도 불구하고 지각에 존재하는 추정량은 더 높게 나타나게 된다.
한편, 그나마 반감기가 긴 편인 아스타틴-210(반감기 8시간)이나 아스타틴-209(반감기 5시간) 등 가벼운 아스타틴 동위원소들은 주요 붕괴사슬에 속해 있지 않기 때문에 자연에서 나타나지 않는다.
당연히 현재로써도 육안으로 아스타틴을 확인할 수도 없다. 비록 육안으로 볼 수 있을 만큼의 아스타틴을 조제했다 하더라도 강렬한 방사능에 의해 생기는 열 때문에 바로 증발 내지는 승화해버리리라 여겨진다. 다만, 극저온 냉각으로 증발을 방지한다면 아스타틴을 육안으로 관측 가능한 얇은 막 형태로 만들 수 있을 것으로 예상된다. 그래서 아스타틴은 연구목적 외에는 이용되지 않는다. 최근에는 이 고에너지의 알파선이 암세포의 파괴에 도움이 된다고 여겨진다. 아스타틴의 알파선은 암세포에 도달하지 않기 때문에 암세포와 결합하기 쉬운 단백질과 결합한 아스타틴 화합물이 새로운 항암제로서 유력시되고 있다. 체내로 들어올 경우 아이오딘과 마찬가지로 갑상선에 주로 축적되며, 방사성 아이오딘 동위원소(아이오딘-131)보다 해롭다고 한다. 또한 아이오딘과 달리 폐에도 일부 축적된다.
반감기가 워낙 짧은 탓에 프랑슘과 함께 원소 수집 덕후들을 골때리게 만드는 원소인데, 우라늄 광석을 보여주며 "이 안에서는 아마 아스타틴 원자 몇 개가 하루에도 수십 개씩 생성되었다가 사라질 겁니다"라고 퉁치는 수밖에 없다.
반감기가 매우 짧지만 방사선 암 치료용으로 연구되고 있다.
아스타틴의 금속성이 예상보다 강할 것이라는 연구 결과도 있다. 극저온에서도 연성과 전성을 지니며, 심지어 초전도체일 가능성도 있다고 한다. 또한 용액 상태에서 전류를 흘릴 시 극판에 일반 금속 원소들처럼 전기 도금되는 성질도 가진다.
장강명의 소설 중 아스타틴이 있는데 이 원소의 이름을 따서 만들어졌다. 등장인물들의 이름을 주기율표의 란타넘족에서 따왔다는 것을 생각하면 확정.
[1]
다른 족에서 준금속 라인에 걸치거나 밑에 위치한 원소들은 대부분 은백색이다. 예를 들어 탄소족 원소에서 탄소는 검은색(다이아몬드의 경우 투명) 비금속이지만 그 아래의 준금속인 규소를 시작으로 납까지는 모두 회색 또는 은백색이다.
[2]
이름의 유래도 '불안정하다'는 뜻의 그리스어 astatos.
[3]
아스타틴화 수소(HAt), 아스타틴화 소듐(NaAt), 아이오딘화 아스타틴(AtI) 등이 있다.
[4]
또한
해당 영상에 따르면, 아스타틴을 무작위로 찾을 확률이 33,000,000,000,000,000,000,000,000(33
자) 분의 1 밖에 되지 않는다.
[5]
넵투늄-237은 최종적으로 탈륨-205로 붕괴하는데(원래는 비스무트-209로 알려져 있었다.) 바로 전인 비스무트-209의 반감기가 얼마나 긴지 생각하면 왜 이렇게 적어놓았는지 알 것이다.
[6]
폴로늄-218의 0.02%만이 아스타틴-218로, 프랑슘-223의 0.006%만이 아스타틴-219로 붕괴한다. 아스타틴-216은 아예 토륨 붕괴과정에서 무시되는 일이 많다.