卤族元素中的砹,含量十亿亿亿分之一,科学家是如何发现它的?

砹(At、ài、85号元素),是地壳中含量极低的化学元素之一,据估计,在任何时候,地壳中的砹元素加起来不会超过50克,含量只有十亿亿亿分之一,门捷列夫在19世纪就预言了砹的存在,但是直到半个世纪后,科学家才在实验室里制造出砹。

元素周期表中的ⅦA族元素又叫做卤族元素,包括了氟、氯、溴、碘、砹……,卤族元素可以和许多金属元素形成无机盐,我们吃的食盐主要成分就是氯化钠(NaCl)。砹作为第五个卤族元素,拥有和其他卤族元素相似的化学性质,但是金属性比碘强,活波性比碘低。

砹拥有20多种同位素,而且所有同位素都具有很强的放射性,其中砹-210的半衰期最长,为8.3小时,甚至砹本身强烈的放射性会产生大量的热,足以把自身完全蒸发掉,这就导致砹元素很难在自然界中聚集起来,也就没人见过砹是什么颜色的,但是根据卤族元素颜色逐渐加深的规律,我们可以推测砹很可能是黑色固体。

自然界中的砹,均是由天然放射性元素衰变而来,比如镭在衰变时,有概率产生砹-218,而砹-218的半衰期只有2秒钟,钍和锕在自发衰变时,也能产生砹元素。

砹元素的半衰期都很短,这使得科学家寻找砹的经历非常曲折,在1931年,美国一位科学家宣称发现了85号元素,但是后来他的检测方法被证明是错误的。直到1940年,意大利科学家埃米利奥·吉诺·塞格雷,使用回旋加速器让氦原子核撞击铋209,才首次发现了85号元素砹。

由于砹的半衰期很短,所以自然界中砹不可能聚集起来,据估计,地壳中所有的砹加起来,大约也就30克不到,其含量为十亿亿亿分之一,是一种极其稀少的化学元素。

砹虽然稀少,但是在医学领域却有着大用途,砹元素本身对人体是没有毒的,但是衰变时产生的辐射会对机体产生伤害,其中砹-211的半衰期为7.2小时,有着和碘类似的性质,能被人体甲状腺吸收,这被用于诊断甲状腺症状代替碘-131,砹-211产生的辐射比碘-131小。

由于砹-211不能长期储存,所以需要砹-211时只能临时制造,利用α粒子轰击铋-209,就能制备砹-211。