La configurazione utilizzata per misurare l'affinità elettronica dell'astato. Un fascio di ioni astato negativo viene inviato a un dispositivo comprendente diversi componenti. La luce laser (rossa) viene irradiata sugli ioni per misurare l'energia necessaria per estrarre l'elettrone in più dallo ione (riquadro 1) e trasformare lo ione in un atomo neutro (riquadro 2). Credito:D. Leimbach et al
Un team di ricercatori che utilizzano la struttura di fisica nucleare ISOLDE al CERN ha misurato per la prima volta la cosiddetta affinità elettronica dell'elemento chimico astato, l'elemento naturale più raro sulla Terra. Il risultato, descritto in un articolo appena pubblicato su Comunicazioni sulla natura , è importante sia per la ricerca fondamentale che per quella applicata. Oltre a dare accesso a proprietà finora sconosciute di questo elemento e a consentire la verifica di modelli teorici, la scoperta è di interesse pratico perché l'astato è un candidato promettente per la creazione di composti chimici per il trattamento del cancro mediante terapia alfa mirata.
L'affinità elettronica è l'energia rilasciata quando un elettrone viene aggiunto a un atomo neutro in fase gassosa per formare uno ione negativo. È una delle proprietà più fondamentali di un elemento chimico. Insieme all'energia di ionizzazione, l'energia necessaria per rimuovere un elettrone dall'atomo, definisce molti altri tratti di un elemento, come la sua elettronegatività, la capacità dell'elemento di attrarre elettroni condivisi nei legami chimici tra atomi.
Sebbene l'astato sia stato scoperto negli anni '40, la conoscenza delle sue proprietà si è basata per lo più su calcoli teorici o su estrapolazioni dalle proprietà dei suoi parenti nella tavola periodica; l'astato è un membro della famiglia degli alogeni, che include cloro e iodio. Questo perché l'astato è scarso sulla Terra, e le piccole quantità dell'elemento che possono essere prodotte in laboratorio impediscono l'uso di tecniche tradizionali per misurarne le proprietà. Un'eccezione degna di nota è stata una precedente misurazione a ISOLDE dell'energia di ionizzazione dell'elemento.
Nel nuovo studio ISOLDE, Gli atomi di astato sono stati prodotti per la prima volta insieme ad altri atomi sparando un raggio di protoni ad alta energia dal Proton Synchrotron Booster su un bersaglio di torio. Gli atomi di astato sono stati quindi ionizzati negativamente, e ioni dell'isotopo 211 A sono stati estratti e inviati a uno speciale dispositivo di misurazione in cui la luce laser di energia sintonizzabile è stata proiettata sugli ioni per misurare l'energia necessaria per estrarre l'elettrone in più del 211 Allo ione e trasforma lo ione in un atomo neutro.
Da questa misura, i ricercatori ISOLDE hanno ottenuto un valore di 2,415 78 eV per l'affinità elettronica dell'astato. Questo valore, che concorda con il valore che gli autori hanno ricavato utilizzando calcoli teorici all'avanguardia, indica che l'affinità elettronica dell'astato è la più bassa di tutti gli alogeni, ma è comunque maggiore di quella di qualsiasi altro elemento al di fuori della famiglia degli alogeni che è stato misurato finora.
Se ciò non bastasse, i ricercatori hanno continuato a utilizzare l'affinità elettronica derivata e la precedente misurazione dell'energia di ionizzazione per determinare diverse altre proprietà dell'astato, come la sua elettronegatività.
Queste proprietà sono rilevanti per gli studi che indagano sul possibile uso di 211 Ai composti nella terapia alfa mirata, un trattamento che fornisce radiazioni alfa alle cellule tumorali. astato 211 At è una fonte ideale di radiazioni alfa, ma la maggior parte delle 211 I composti in esame soffrono del rapido rilascio di 211 A ioni negativi, che potrebbe danneggiare le cellule sane prima che i composti raggiungano le cellule cancerose.
"I nostri risultati potrebbero essere utilizzati per migliorare la nostra conoscenza di questa reazione di rilascio e la stabilità del 211 Ai composti presi in considerazione per la terapia alfa mirata, ", afferma l'autore principale dello studio David Leimbach. "Inoltre, i nostri risultati aprono la strada alle misurazioni dell'affinità elettronica di elementi più pesanti dell'astato, potenzialmente degli elementi superpesanti, che vengono prodotti un atomo alla volta."
"Con il presente risultato, concludiamo uno sforzo di ricerca di 10 anni presso ISOLDE per determinare le proprietà fondamentali dell'astato, l'energia di ionizzazione e l'affinità elettronica, che insieme ci hanno finalmente permesso di ricavare l'elettronegatività dell'astato, " aggiunge Sebastian Rothe, autore principale del precedente studio ISOLDE.
