Astato, o elemento mais raro do mundo

O astato é um elemento químico radioativo, tem número atômico 85, massa atômica 210u e é classificado como ametal. Ele está no grupo 17 da tabela periódica, dos halogênios, formado também por flúor, cloro, bromo e iodo. É sólido à temperatura ambiente, com propriedades teóricas que sugerem uma aparência metálica escura.

Devido à sua radioatividade e difícil obtenção, sua química é teórica e baseada principalmente em modelagens, já que a quantidade disponível para experimentos é muito pequena e a maioria dos seus isótopos tem uma vida útil muito curta.

Na natureza, existem quatro isótopos de astato: ²¹⁸At (série do ²³⁸U), ²¹⁶At (série do ²³²Th), ²¹⁹At e ²¹⁵At (série do ²³⁵U). Dentre eles, o de meia vida mais longa é o ²¹⁹At (56 s). Além disso, eles são produzidos em pequenas quantidades (< 0,02%) a partir da desintegração dos radioisótopos que lhes precedem nas séries de decaimento radioativo. Assim, é considerado (inclusive no Livro dos Recordes – Guinness World Records) o elemento mais raro da natureza. É impossível isolá-lo de fontes naturais, pois se estima que haja menos de 28g em toda a crosta terrestre. Por isso, embora seja um elemento existente na natureza, só se consegue obtê-lo de forma artificial.

O astato é produzido em aceleradores de partículas da mesma forma como foi descoberto: pelo bombardeamento de bismuto (²⁰⁹Bi) com partículas alfa de alta energia. Os isótopos produzidos, ²¹⁰At (8,1 h) e ²¹¹At (7,2 h), são os de meia vida mais longa do elemento. O astato é separado mediante destilação em presença de ar, já que ele é bem mais volátil que o bismuto.

Presume-se que o astato elementar seja um sólido negro, tendo em vista o escurecimento progressivo das substâncias simples dos halogênios (F₂ a I₂) com o aumento do número atômico. A proximidade de seus pontos de fusão e de ebulição sugere que o astato deve sublimar como o iodo a temperaturas mais elevadas. O astato elementar é solúvel em solventes orgânicos (CCl₄, CHCl₃, benzeno), que permite a sua extração de soluções aquosas como o iodo e o bromo. O trabalho com o astato envolve condições de elevada diluição (concentrações da ordem de 10^-11 a 10^-13 mol.L^-1), mediante o uso da técnica de arraste com outros elementos, particularmente o iodo, ou a espectrometria de massas (análise dos compostos de astato em fase gasosa).

Os dados conhecidos sobre a química do astato confirmam as expectativas com base na extrapolação das propriedades dos compostos dos demais halogênios. Não é ainda certo se ele forma moléculas diatômicas (At₂), mas combina-se com hidrogênio, formando HAt, um hidrácido (ácido astatídrico) extremamente forte. Forma compostos aparentemente iônicos com metais alcalinos e alcalino- terrosos (NaAt, CaAt₂ e MgAt₂) e é precipitado junto com o iodo ao reagir com sais solúveis de prata (AgAt), chumbo (PbAt₂) e tálio (TlAt). Em solução de hidróxido de sódio, parece se desproporcionar da mesma forma que cloro, bromo e iodo. Com o carbono, formam os compostos CAt₄ e CH₃At. São conhecidos ainda os compostos inter-halogênicos AtCl, AtBr e AtI. O íon At- (astateto) é obtido mediante redução do astato com zinco, magnésio, SO₂ ou Na₂SO₃ em meio de NaOH.

Dados sobre pontos de fusão (estimada em 300°C) e ebulição (estimada em 340°C), calor específico, condutividade elétrica e térmica, dentre outros, são bastante imprecisos ou mesmo indeterminados.

Os possíveis estados de oxidação são -1, +1, +3, +5, +7. Ele é deslocado pelos demais halogênios, correspondendo à regra de que um halogênio mais leve desloca o mais pesado de suas combinações no número de oxidação -1. Ele também é oxidado pelos íons Cu²⁺ e Fe³⁺, tal como o íon I ^–. A oxidação do astato ao número de oxidação +5 (íon astatato, AtO₃^–) é conhecida, sendo um agente oxidante mais fraco que o íon iodato (IO₃ ^–). Não há ainda evidências do número de oxidação +7, mas a julgar o comportamento do iodo e do polônio, a oxidação do astato a esse nível deve ser um processo difícil. Por outro lado, sabe-se que o elemento forma uma espécie catiônica quando é tratado com HNO₃ (ácido nítrico) concentrado em presença de K₂Cr₂O₇ (dicromato de potássio). O astato em solução aquosa tende a aderir às paredes de recipientes de vidro, assemelhando-se ao bismuto e ao polônio.

O astato tem 33 isótopos conhecidos, sendo todos eles radioativos. Seus números de massa vão de 191 a 223. O isótopo de vida mais longa é o ²¹⁰At, que tem meia-vida de  8,1 horas, utilizado em pesquisas científicas; o isótopo com meia-vida mais curta é o ²¹³At, cuja meia-vida é de 125 nanossegundos, sendo de interesse principalmente para estudos teóricos e em física nuclear. O isótopo ²¹¹At é o mais utilizado na medicina nuclear, especialmente em tratamentos de terapia alfa, devido à meia-vida de aproximadamente 7,2 horas e à emissão de partículas alfa.

A radioatividade intensa do astato e a rápida desintegração de seus isótopos tornaram a sua obtenção e estudo bastante desafiadores. Ao longo dos anos, poucas amostras foram produzidas e manipuladas, tornando esse elemento um dos mais raros e menos compreendidos. A contribuição dele para a ciência, embora limitada em termos práticos, é significativa no contexto da química nuclear e da física dos elementos. Isto é, a compreensão de suas propriedades, mesmo que incompleta, ajuda a esclarecer comportamentos gerais dos halogênios e fornece dados importantes sobre a interação entre radioatividade e estrutura atômica.

Embora seja um halogênio, ele possui algumas características que o aproximam dos metais, como a capacidade de formar cátions, que é incomum para ametais. Entretanto, o seu comportamento em reações químicas sugere que ele atua como um halogênio menos reativo do que o flúor e o cloro, porém mais reativo que o iodo e o bromo, e tende a formar ligações covalentes.

A exposição direta deve ser evitada, e os procedimentos de segurança incluem o uso de blindagem adequada como barreiras de chumbo para proteger contra radiação alfa emitida, equipamentos especializados, tais como, luvas, aventais de chumbo e óculos de segurança para evitar a contaminação direta da pele e dos olhos, e a exposição à radiação, por meio de sistemas de monitoramento contínuo para detectar níveis de radiação no ambiente de trabalho.

Raro, instável, tóxico, radioativo

Em 1940, os químicos Fredrick Oskar Giesel e Dale R. Corson, trabalhando na Universidade da Califórnia, Berkeley, conseguiram sintetizar o astato pela primeira vez. Eles bombardearam átomos de bismuto com partículas alfa em um ciclotron, um tipo de acelerador de partículas, produzindo o novo elemento. A descoberta foi um marco na Química, pois o astato preencheu uma lacuna na tabela periódica e completou o grupo dos halogênios.

O bismuto, que pertence ao grupo 15, está na mesma posição que o astato na tabela periódica, dois grupos antes. Após o bombardeamento do isótopo de bismuto com partículas alfa, os pesquisadores conseguiram produzir ²¹¹At, que tem meia vida de 7,2 horas e encaixou perfeitamente no lugar vazio, então existente abaixo do iodo. O nome do elemento vem da palavra grega astatos, que significa instável, devido à sua alta radioatividade e tendência a decair rapidamente.

Os três descobridores do astato chegaram a anunciar sua descoberta, mas não puderam avançar nas pesquisas devido à Segunda Guerra Mundial e à convocação dos cientistas envolvidos com radioatividade para participarem do Projeto Manhattan, com o objetivo de desenvolver armas nucleares. Por este motivo, só em 1940 a descoberta do astato foi anunciada.

Usos

O astato não tem papel biológico e é tóxico devido à sua radioatividade. O elemento pode ser obtido de várias formas, mas não em quantidades que possam ser mensuradas.

O astato pode ser usado em tratamentos de câncer. O ²¹¹At emite partículas alfa, que pode destruir células cancerígenas com alta precisão, minimizando danos aos tecidos saudáveis. Em radiofármacos experimentais, astato é usado no desenvolvimento de novos compostos radioativos para diagnóstico e tratamento de distúrbios, podendo ajudar na detecção e tratamento precoce de diversas doenças.

Para pesquisas científicas nos estudos sobre propriedades químicas e físicas de elementos superpesados, o astato é utilizado para entender melhor o comportamento dos elementos químicos da tabela periódica e suas reações.

Estudos com animais e até seres humanos revelaram que o astato se acumula na tireoide como o iodo, mas uma quantidade significativa distribui-se pelo corpo com tendência a se concentrar no fígado.

Referências

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Texto produzido pela jornalista Mari Elizabeth Menda da Gerência de Relações Institucionais do CRQ-SP e
revisado pela Profa. Márcia Guekezian, Coordenadora do curso de Engenharia Química
da Faculdade de São Bernardo do Campo – FASB