ine – chlorine, а поскольку астат был получен в стране, где английский язык является государственным, исследователи дали ему название astatine; поскольку при заимствовании многие научные термины в русском языке сначала принимались переводом-калькой или аллитерацией, до 1962 года в СССР элемент №85 называли «астатином»).
Для получения астата Сегре, Корсон и Маккензи бомбардировали фольгу из висмута потоком α-частиц (ядер атомов гелия 4Не) и получили нуклид 211At, период полураспада которого составлял около 7,2 часа, но официально в Периодической системе астат появился уже в 1946 году – Сегре пригласили возглавить одну из групп, работавших над Манхэттенским проектом, и к работе над астатом Сегре с коллегами вернулся уже после окончания Второй мировой войны, тогда исследователи и предложили название «астат». В очень незначительных количествах астат встречается в природе – он образуется на нескольких побочных маршрутах распада урана. По оценкам, в поверхностном слое земной коры толщиной в километр содержится всего 50 мг астата, что с полным правом позволяет назвать астат самым редким элементом на Земле.
Астат – наименее активный из всех галогенов (тенденции изменений свойств элементов говорят о том, что сверху вниз металлические свойства элемента увеличиваются). Недавно проведённые квантово-химические исследования показали, что в твёрдом состоянии астат состоит не из молекул At2, а образует металлический кристалл (Phys. Rev. Lett. 2003, 111, 11, 116404), в отличие от остальных галогенов, образующих молекулярные кристаллы из молекул Hal2. В реакции с водородом астат дает астатоводород (HAt), водный раствор которого, как и водные растворы других галогеноводородов, представляют собой кислоту, однако поскольку электроотрицательность астата и водорода практически равны, в водных растворах астатоводорода наблюдаются не только анионы At–, но и катионы At+. Кристаллы астата (хотя их и не удаётся получить в большом количестве) похожи на кристаллы йода, но темнее. Известно около 40 изотопов астата, все они радиоактивны. Самые устойчивые изотопы (от 207At до 211At) имеют период полураспада больше часа, у самого долгоживущего (210At) из них период полураспада равен восьми часам. Можно подумать, что от столь редкого и нестабильного элемента ждать пользы бессмысленно, но это не так – нуклид 211At, может оказаться полезным для лечения некоторых типов рака.
Радиоактивный йод 131I уже применяется для лечения некоторых видов злокачественных образований щитовидной железы – данный элемент предпочтительно концентрируется в этом органе, что позволяет концентрированно воздействовать на ткани щитовидной железы, минимизируя риск воздействия на здоровые ткани. Проблема в том, что 131I и многие другие радиоизотопы, применяемые в медицине, при радиоактивном распаде испускают β-излучение – поток быстрых электронов, которые могут углубиться в ткань на несколько миллиметров. Это делает бета-эмиттеры идеальными радиопрепаратами для лечения крупных и плотных опухолей, однако их опасно использовать в лечении небольших островков опухолевых клеток, поскольку в таком случае излучение будет воздействовать и на здоровые ткани. Для островных опухолей более предпочтительными были бы радиоизотопы, испускающие α-излучение – поток ядер гелия, которые из-за своей массы могут проникнуть в ткань не глубже, чем на 50 микрометров. Радионуклид 211At не только альфа-эмиттер, он отличается небольшим периодом полураспада и распадается с образованием ядра нерадиоактивного свинца, то есть воздействие радиации на ткань непродолжительно.
Главная проблема в разработке такой терапии – разработка быстрого метода введения атома астата в органическое соединение, которое могло бы распознать определённые раковые клетки. Уже разработаны первые методы получения таких производных, и даже проходят их испытания (Curr Radiopharm. 2011, V.4, P. 283-294.), так что и самый редкий элемент может быть полезным.
86. Радон
Впервые информация о проблемах, связанных с появлением газообразного радона в жилых помещениях, появилась в 1984 году в США. Работник атомной электростанции взял с работы дозиметр и решил проверить, на каком участке его пути с работы домой уровень радиации максимальный. Оказалось, что самый неприятный сюрприз ждал его дома – радиоактивный фон в плохо проветриваемом подвале его дома был максимально и аномально высок – и всё из-за радона.
Радон улетучивается, выделяясь прямо из земли везде на нашей планете, особенно интенсивны эманации радона в областях, содержащих большое количество гранита и сланцев. Уран, который обычно содержится в почве, распадается с образованием радия, а радий, в свою очередь, распадается с образованием радона. Инертный радон легко покидает кристаллическую решётку «родительского» минерала и попадает в подземные воды, природные газы и воздух.
В некоторых странах (например, в Великобритании) излучение природного радона составляет половину или даже три четвёртых ежегодной нормы. В большинстве случаев это «естественный риск», которого нельзя избежать, однако в ряде случаев этот риск многократно возрастает. Статистика для России говорит о том, что как минимум в одной квартире из трех, расположенных на первом этаже, концентрация радона может представлять опасность для здоровья человека, и риск возрастает в тех помещениях, где вентиляция либо отсутствует, либо из-за засорения не обеспечивает нормативную скорость циркуляции воздуха (так что почаще проверяйте вытяжную вентиляцию на кухне, в ванной комнате и туалете и вообще регулярно проветривайте квартиру, в ней и без радона за день накапливается немало неполезных газообразных и летучих веществ).
Радон образуется при распаде и других радиоактивных элементов – тория и актиния. Бесцветный, не имеющий запаха газ, выделяемый этими источниками, даже можно собрать с помощью обычных методов отбора газовых проб, но он вскоре распадается. Кюри, положившие начало изучению радиоактивности, заметили, что радий делает радиоактивным окружающий воздух. Открытие радона приписывается немецкому физику Фридриху Эрнсту Дорну, который посчитал, что эта наведённая радием радиоактивность воздуха обусловливается газом, который он назвал «радиевой эманацией» (правда, много людей считают, что первооткрывателем радона следует считать Резерфорда). Сходные эманации наблюдались и для других радиоактивных элементов, эманацию тория называли тороном, эманацию радия – радоном, актиния – актиноном, однако после того как в 1908 году открывший все остальные инертные газы Уильям Рамзай измерил плотность всех эманаций, оказалось, что речь идёт об одном и том же веществе, которое было идентифицировано как самый тяжёлый инертный газ. Официальное название «радон» появилось в Периодической системе в 1923 году.
Химические свойства радона из-за его радиоактивности и короткого времени жизни (период полураспада самого устойчивого нуклида радона 222Rn – всего 3,8 суток) изучены мало. Ниже температуры кипения радон представляет собой бесцветную жидкость, в твёрдом состоянии – красно-оранжевые кристаллы, флуоресцирующие зелёным. Как и ксенон с криптоном, радон реагирует со фтором.
Почему при столь небольшом периоде полураспада радона стоит беспокоиться о его содержании в жилых помещениях? Проблема заключается в том, что при его вдыхании и последующем распаде в легких надолго могут оказаться атомы «дочернего» распада радона – радиоизотопы полония и свинца. Считается, что длительное вдыхание радона является второй причиной заболевания раком лёгких после курения, что, однако, не исключает существования такой медицинской процедуры, как «радоновые ванны», польза которых доказательной медициной так и не подтверждена.
87. Франций
В 1929 году Мария Кюри взяла в парижский Институт радия на должность личного ассистента – двадцатиоднолетнюю Маргариту Катерину Перей. Спустя десять лет Перей откроет неуловимый химический элемент №87, за это открытие она получит степень магистра химии, а затем в 1946 году защитит диссертацию, став PhD (доктор философии, ученая степень, примерно соответствующая нашей степени кандидата наук). В 1962 году Маргарита Перье стала первой женщиной, избранной членом-корреспондентом Французской академии наук, её начальница и наставница – дважды лауреат Нобелевской премии Мария Кюри.
Однако история элемента №87 началась лет за шестьдесят до его открытия. В составленной Менделеевым в 1869 году таблице клетка с элементом №87 не была пустой – в ней Дмитрий Иванович разместил предсказанный им элемент «экацезий». По положению в таблице было ясно, что №87 должен быть активным щелочным металлом, свойства которого должны были напоминать свойства всего семейства. Опираясь на предсказания, многие исследователи пытались искать №87 в рудах, содержащих щелочные элементы. Как и в случае технеция, неоднократно делались ошибочные заявления об открытии самого тяжелого щелочного металла, пока, наконец, не стало ясно, что все изотопы элемента №87 должны быть радиоактивными. После этого стратегия поиска поменялась, стали изучаться цепочки распада радиоактивных элементов.
Образование химических элементов в ходе радиоактивного распада подчиняется двум несложным правилам. При α-распаде атомный номер дочернего ядра на две единицы меньше, чем у ядра распадающегося, при β-распаде атомный номер увеличивается на одну единицу. Элемент №89, который, испуская поток α-частиц, мог дать элемент №87, был открыт ещё в 1899 году – это был актиний.
Изучение продуктов радиоактивного распада – непростое занятие, но Перей хватило экспериментального мастерства, чтобы научиться быстро очищать образец соли актиния, чтобы она могла наблюдать продукты распада только этого элемента. Эксперименты показали, что почти 99% подвергается медленному β-распаду, образуя элемент №90 – торий, который затем через α-распад превращается в радий. Однако около 1% актиния не распадалось по этому механизму и испускало α-частицы, превращаясь в предсказанный Менделеевым экацезий. Поскольку период полураспада образовавшегося таким путем изотопа франция составлял всего 21 минуту, обнаружить этот процесс и элемент №87 было вдвойне сложнее.