Es el elemento químico con número atómico 85 (número de protones). Tiene la configuración electrónica [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p5, pertenece a la familia de los halógenos (grupo VII A) y al bloque p, en el 6o periodo. Se encuentra abajo del yodo, a la derecha del polonio y a la izquierda del radón. El nombre del astato fue propuesto por sus descubridores (Corson et al.), y proviene del griego ἄστατος, que significa “inestable”, ya que no se le conocen isótopos estables. Mendeleiev predijo su existencia nombrándolo eka-yodo.

Monacita. De Rob Lavinsky, iRocks.com

En el inicio del siglo XX seguían sin conocerse siete elementos químicos, con los números atómicos: 43, 61, 72, 75, 85, 87 y 91. En la búsqueda del elemento 85, algunos equipos de investigación, carentes de puntería, no lograron desentrañar el misterio. Entre los primeros en la materia estuvo el grupo de Fred Allison, del Instituto Politécnico de Alabama en 1931. Allison examinó agua de mar, apatita y monacita de Brazil (un tipo de arena), que son fuentes de tierras raras. Estudió las muestras con un método de análisis creado por los mismos investigadores, llamado método opto-eléctrico y creyeron encontrar al elemento número 85, al cual denominaron alabamio. Posteriormente, en 1935, MacPherson demostró que el equipo usado para el análisis presentaba desperfectos, y el alabamio casi se quedó en el olvido.

Posteriormente, Rajendralal De, encontró el trabajo de Allison y sometió monacita de Brazil a una serie de tratamientos químicos, hasta encontrar una sustancia sublimable que llamó Dakin, el cual creyó que era el misterioso elemento 85. Su trabajo no trascendió y el Dakin no llegó a la Tabla Periódica. Estos son sólo dos caminos de varios que se transitaron para llegar al elemento 85.

En 1940, Corson, MacKenzie y Segrè, bombardearon bismuto con partículas α (4He, dos protones y dos neutrones) aceleradas en un ciclotrón (un tipo de acelerador de partículas) de 60 pulgadas de diámetro, hasta alcanzar 32 MeV de energía (1 eV=1.6×10-19 J). Después de irradiar el bismuto, se descubrió que éste presentó las siguientes características: (1) El objetivo de bismuto irradiaba partículas α con un alcance de 6.55 cm (7.46 MeV de energía), (2) Partículas α de menor alcance con 4.52 cm (5.94 MeV de energía), (3) Rayos gama (radiación electromagnética muy penetrante) con energía de 0.5 MeV, (4) Rayos X de baja energía de 80 keV, (5) Rayos X de baja energía y (6) electrones de baja energía. Todas estas características fueron observadas en un lapso de 7.5 horas de tiempo de vida media (tiempo en el cual, la mitad de la población que se ha transformado, se simboliza con “t1/2”). Se encontró que el 60% de las partículas α fueron de largo alcance (6.55 cm), y el 40% de corto alcance (4.52 cm) y se encontró que los Rayos X correspondían probablemente a la emisión característica del polonio.

Con las evidencias obtenidas, se concluyó que el material obtenido por irradiación de 20983Bi (Esta nomenclatura se puede interpretar como sigue: A(Número de masa: suma de protones más neutrones) Z(Número de protones)X[Elemento]) con partículas α fue el elemento 85 y dicho material, una vez sintetizado, transmutó en polonio, mediante la captura de un electrón de la capa K (la más cercana al núcleo atómico), el cual a su vez decae a 207Pb por la emisión de las partículas  α con alcance de 6.55 cm. Los descubridores propusieron el nombre y la siguiente reacción de síntesis nuclear 20983Bi(á,2n)21185At (que, por analogía con una reacción química convencional, su puede escribir como: 20983Bi + á → 21185At + 2n, donde “n” significa neutrón).

El astato no tiene isótopos estables, ni de larga vida media. En la naturaleza, se conocen la serie de isótopos del 214At al 219At, que se generan como producto de la desintegración de los elementos transuránicos en pequeñas cantidades, en depósitos de uranio y torio. Se estima que el astato es el elemento menos abundante de los elementos químicos, con tan solo 28 g en todo el planeta.

Actualmente se conocen unos 20 isótopos del astato, y se descubrió que el isótopo con 126 neutrones, el 211At (lo cual corresponde a la capa nuclear completa), es el segundo isótopo con mayor tiempo de vida media, y con mayor potencial de aplicación. Los isótopos con tiempo de decaimiento más largo son: 209At con 5.5 horas de t1/2, 210At con 8.3 horas de t1/2, 211At con 7.3 horas de t1/2, los cuales se pueden comparar con el isótopo 217At que tiene tan solo 32 ms de t1/2. Se ha encontrado que el número de neutrones del núcleo de cada isótopo es función de la energía de las partículas α con que sea irradiado el blanco de Bi, por ejemplo, el umbral para la función de excitación (energía requerida para formar el núcleo) del 211At es con partículas á de 21 MeV a 30 MeV, con un máximo de 26 MeV. El espectro de radiación  á de emisión característico del isótopo 211At es a 5.86 MeV.

Aleksandr Litvinenko

Para la síntesis del isótopo 211At, es necesario que la energía de las partículas α de incidencia sea menor a 28.4 MeV, ya que ésta es la energía de producción del 210At, el cual en su decaimiento forma 99% de 210Po que es extremadamente tóxico, por su afinidad con la médula ósea y huesos (El agente del servicio de seguridad de la federación Rusa, Alexander Litvinenko, fue envenenado intencionalmente con el radioisótopo 210Po).

El decaimiento del 211At se lleva a cabo de acuerdo con el mecanismo propuesto por Corson et al., con la captura por parte del núcleo de un electrón de la capa electrónica K para formar  211Po. El decaimiento de isótopo 209At, viene acompañado de radiación α, generada con la captura por parte del núcleo de electrones internos.

El astato tiene características tanto metálicas como no metálicas, aunque las metálicas son más marcadas. Las primeras investigaciones de las propiedades químicas las realizó Appelman en 1956; investigó métodos de aislamiento, estados de oxidación y comparó sus propiedades con halógenos más ligeros. Bajo condiciones reductoras, sulfitos o hidrazinas, el astato puede coprecipitar con AgI, lo que permitó suponer que se forma el ión At. Se hipotetiza la existencia de la base AtOH, y el ácido HAtO2. Aunque su naturaleza definitiva permanece sin resolver debido a las pequeñas cantidades de que se dispone (nanogramos). Investigaciones llevadas a cabo en Holanda y en Rusia, demuestran que el astato tiene la propiedad de adherirse a proteínas, aunque la estabilidad de estos compuestos es baja. Se han sintetizado además alkil-astatos y astato-bencenos, mediante el decaimiento de 211Rn en alcanos y benceno. La primera preparación concreta de compuestos del astato fue el ácido astatoacético y n-alkil-astatos (carbonos del C1 al C6); la identificación de los compuestos se ha realizado por cromatografía de gases. Bloomer et al. aprovecharon la tendencia del astato de adherirse a metales, para generar radio coloides con telurio, para tratar ascitus maligno, en experimentos con ratones.

Existen principalmente dos métodos de purificación del astato. La primera aprovecha su alta volatilidad y se calienta al alto vacío entre 300°C y 400°C; el blanco de bismuto ya irradiado por partículas α y el astato libre es adsorbido en un superficie de plata o platino. Posteriormente se desadsorbe y se vuelve a destilar entre 400°C y 500°C. En estas condiciones, se supone que el astato existe como At0 y se puede extraer con éter o cloroformo. Un segundo método, es por vía húmeda, en la cual el blanco de Bi ya irradiado, se disuelve en algún ácido fuerte, y posteriormente el astato se extrae mediante algún hidrocarburo (butil, isopropil éter o isopropil éter).

En la década de los 50 del siglo XX, el astato empezó a generar interés en los grupos de investigación para estudiar los efectos de la radiación alfa sobre elementos biológicos. Poco antes se había descubierto que el 133I podía usarse para diagnosticar y tratar enfermedades de la tiroides; en pruebas con animales, se demostró que el astato puede tener mayor efectividad que el yodo. Pruebas hechas con ratas y monos, compararon el yodo con el 211At; el astato produjo en algunos casos carcinoma en la glándula pituitaria y de mama. Además Hamilton y Soley, demostraron que al inyectar compuestos orgánicos con astato, se acumuló en el cuello y en el estómago, propiedad que confirmó su analogía con el yodo.

El 211At ha presentado un gran potencial para radioterapias contra el cáncer, siendo los isótopos de mayor interés, el 211At y el 67Cu. En particular, en la síntesis del astato para fines médicos se usan rangos de energía de partículas α, en el rango de 20 MeV a 28 MeV. Esto para evitar la formación de 210At y con ello, la formación del tóxico 210Po.   

Una de las principales limitantes en el estudio del tratamiento del cáncer con 211At como radioisótopo es la disponibilidad de ciclotrones capaces de generar el haz de partículas α para irradiar bismuto. Sin embargo, el astato es relativamente barato y fácil de purificar, en comparación con otros radioisótopos, por ejemplo, en 2010, para el usuario final, el costo era de 30 dólares por cada milicurio de 211At, en comparación a 70 por cada milicurio de 123I (1 Curio=3.7×1010 desintegraciones nucleares).

Cracovia, Polonia, mayo de 2016. Cyclotron Proteus C-235. Acelera las partículas utilizadas para la investigación nuclear y la radioterapia de protones.

 

Existen 262 ciclotrones en 39 países, entre los cuales los que tienen capacidad para producir 211At, son: China, República Checa, Rusia, Francia, Alemania, Italia, Noruega, Dinamarca y Estados Unidos de América. Una posible solución sería la consolidación de Institutos especializados que cuenten con los ciclotrones disponibles en el mundo, y así avanzar en la investigación básica de este elemento y en terapias anticancerígenas. C2

Sobre el autor

Actualmente realiza el doctorado en ciencias químicas en la Facultad de Química de la UNAM, estudiando la formación de nanoemulsiones en dispositivos de microfluídica. Es profesor en la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas (ESIQIE) del IPN, donde imparte las materias de termodinámica de equilibrio de fases y equilibrio químico.

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Actualmente realiza el doctorado en ciencias químicas en la Facultad de Química de la UNAM, estudiando la formación de nanoemulsiones en dispositivos de microfluídica. Es profesor en la...

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