الأستاتين خصائص العنصر واستخداماته

مقدمة عن الأستاتين

الأستاتين هو عنصر يرمز له بالرمز At ورقمه الذري 85، وهو من بين العناصر الطبيعية والأندر على كوكب الأرض. ينتمي الأستاتين إلى عائلة العناصر الهالوجينية التي تمتلك بعض التشابه الكيميائي مع اليود والكلور ولكنه فريد من نوعه لأنه عنصر مشع للغاية ونادر للغاية. ويتراوح نصف عمر الأستاتين بين ساعات وأيام حسب النظير، وهو لا يعيش طويلاً في الطبيعة، وبالتالي يمكن أن يكون من الصعب جداً على العلماء إجراء أبحاث عليه. وتقتصر تطبيقاته الأكثر شيوعًا على الطب وحده، أي العلاج بجزيئات ألفا المستهدفة ضد السرطان.

التاريخ والتسمية

تم تخليقالأستاتين لأول مرة في عام 1940 من قبل كينيث روس ماكنزي وإيميليو سيغري وديل ر. كورسون من جامعة كاليفورنيا في بيركلي. وقد أنتجوا العنصر من خلال قصف البزموت-209 بجسيمات ألفا للحصول على الأستاتين-211، وهو النظير الأكثر استخدامًا اليوم في الأبحاث.

واسم "أستاتين" مشتق من الكلمة اليونانية أستاتوس التي تعني "غير مستقر"، تقديراً لطبيعته المشعة للغاية وقصيرة العمر. وكان اكتشافه هو استكمال مجموعة الهالوجين في الجدول الدوري، على الرغم من أن الكميات التي تحدث بشكل طبيعي ضئيلة للغاية.

الخواص الفيزيائية

بسبب ندرة الأستاتين ونشاطه الإشعاعي، يتم حساب بعض خواصه الفيزيائية بدلًا من قياسها مباشرة. من الحسابات النظرية والاستقراء من الهالوجينات الأخرى:

من المتوقع أن يكون الأستاتين من الفلزات، وله خواص فلزية ولا فلزية. ويُفترض أن يكون لونه معدنيًا وداكنًا، وربما أسود أو أرجوانيًا داكنًا في شكله السائب، على الرغم من عدم رصد أي عينات سائبة منه.

وصف الخواص الكيميائية

يشبه الأستاتين الهالوجينات الأخرى ولكن نشاطه الإشعاعي مصحوب بسلوك غير عادي. بعض أهم خواصه الكيميائية هي:

- حالات الأكسدة: الأكثر تميزًا -1 ولكن في مركبات معينة يحدث +1، +3، +5، +7.

- ثبات المركب: مركبات الأستاتين غير مستقرة بشكل عام، مع اضمحلال سريع بسبب قصر أنصاف أعمار نظائرها.

- تفاعلية: قد تشكل أملاحًا فلزية، على سبيل المثال، الأستاتيدات، ولكن نادرًا ما تبقى هذه الأملاح لأكثر من بضع دقائق.

- السالبية الكهربية: تبلغ حوالي 2.2 تقريبًا، أي أقل من نظائر اليود (حوالي 2.66 تقريبًا)، وبالتالي أقل تفاعلية في كيمياء الهالوجين.

على سبيل المثال، يمكن نظريًا أن يتفاعل الأستاتين نظريًا مع الهيدروجين وينتج أستاتيد الهيدروجين (HAt)، تمامًا مثل يوديد الهيدروجين (HI)، ولكن المركب يتحلل بسرعة من الاضمحلال الإشعاعي.

طرق تحضيره

لا يُنتَج الأستاتين من الرواسب الطبيعية لأن وفرة الأستاتين الطبيعية منخفضة للغاية وعمره النصفي قصير. يتم إنتاج الأستاتين بشكل مصطنع في المفاعلات النووية أو السيكلوترونات. الطريقة الأكثر شيوعًا هي:

1. تشعيع أهداف البزموت-209 بجسيمات ألفا.

الأستاتين-211، الذي يبلغ عمر النصف له 7.2 ساعة، مناسب للتطبيقات الطبية والتجريبية.

2. التنقية الكيميائية وفصل النظائر: يتم فصل الأستاتين بسرعة من الهدف عن طريق التقطير الجاف أو إجراءات الاستخلاص بالمذيبات لإعداده للتجارب المختبرية أو التطبيقات السريرية.

ونظراً لهذه القيود، فإن الأبحاث والتطبيقات تتطلب وقتاً طويلاً ويجب إجراؤها في مختبرات عالية التخصص وآمنة من الإشعاع.

التطبيقات

على الرغم من ندرته، فإن للأستاتين تطبيقات واعدة في الطب والفيزياء النووية:

1. العلاج المستهدف بأشعة ألفا (TAT) للسرطان

ينبعث من الأستاتين-211 جسيمات ألفا عالية الطاقة تقتل الخلايا السرطانية مع تجنيب الكثير من الأنسجة الطبيعية المحيطة بها. وقد اختبرت التجارب السريرية سرطان الغدة الدرقية وأورام الدماغ واكتشفت أن العوامل الموسومة بالأستاتين قادرة على تقديم جرعات دقيقة وموجهة.

- دراسة حالة: عولج سرطان المبيض المتكرر بالأجسام المضادة الموسومة بالأستاتين-211 في تجربة أجريت عام 2015 في جامعة واشنطن. كان العلاج سامًا للخلايا بشكل انتقائي للخلايا السرطانية وقلل من السمية الجهازية.

2. البحوث الصيدلانية الإشعاعية

تجد نظائر الأستاتين تطبيقاً في الطب النووي كمتتبعات لدراسة مسارات الأيض وتطوير نظم جديدة لتوصيل الأدوية. ويوفر نصف العمر القصير نشاطاً عالياً بكميات صغيرة، وهو مثالي للتصوير في الجسم الحي والعمل السريع في العلاج.

3. تجارب الفيزياء النووية

كما أن موقع الأستاتين في الجدول الدوري يجعله مناسبًا تمامًا لدراسة كيمياء العناصر الثقيلة وسلاسل اضمحلال النظائر وكيمياء الهالوجين في ظل الظروف القاسية.

الخاتمة

الأستاتين عنصر استثنائي يتميز بندرته ونشاطه الإشعاعي وإمكاناته العلاجية. وعلى الرغم من وجود كميات ضئيلة منه بشكل طبيعي، إلا أن إنتاجه اصطناعيًّا أسفر عن توقعات جديدة لعلاجات السرطان والأبحاث النووية المتقدمة. ويوضح سجله - من اكتشافه في عام 1940 إلى استخدامه اليوم في المستحضرات الصيدلانية الإشعاعية - التحديات والفوائد غير العادية للعمل مع أحد أكثر العناصر الطبيعية تطايراً في الطبيعة.

الأسئلة المتداولة

ما سبب ندرة الأستاتين؟

إنه عنصر غير مستقر ومشع للغاية، حيث يتحلل إلى عناصر أخرى بعد ساعات أو أيام، لذلك لا يوجد سوى كميات صغيرة جدًا بشكل طبيعي في أي وقت معين.

كيف يُجرى التخليق المختبري للأستاتين؟

من خلال تشعيع أهداف البزموت-209 بجسيمات ألفا من المفاعلات النووية أو السيكلوترونات لتوليد نظائر الأستاتين، وخاصةً At-211.

ما خواصه الكيميائية الرئيسية؟

الأستاتين عنصر شبيه بالهالوجين ولكنه ينتج أيضًا مركبات غير مستقرة إشعاعيًّا. وتولِّد نظائره ذات السالبية الكهربية المنخفضة ونظائره قصيرة العمر أنواعًا كيميائية شديدة التفاعل وعابرة.

ما أهمية الأستاتين في علاج السرطان؟

يضمن إشعاع ألفا الخاص به إمكانية استهداف الخلايا الخبيثة على وجه التحديد مع تدمير قليل للأنسجة السليمة.

هل للأستاتين أي استخدامات صناعية؟

هناك القليل جداً من التطبيقات الصناعية؛ فهو يُستخدم بشكل أساسي في الطب والعلوم النووية، على عكس العمليات التجارية الجماعية.