La configuración utilizada para medir la afinidad electrónica de astato. Se envía un haz de iones de astato negativos a un dispositivo que comprende varios componentes. Se ilumina con luz láser (roja) los iones para medir la energía necesaria para extraer el electrón extra del ion (recuadro 1) y convertir el ion en un átomo neutro (recuadro 2). Crédito:D. Leimbach et al.
Un equipo de investigadores que utiliza la instalación de física nuclear ISOLDE en el CERN ha medido por primera vez la llamada afinidad electrónica del elemento químico astato, el elemento natural más raro de la Tierra. El resultado, descrito en un artículo recién publicado en Comunicaciones de la naturaleza , es importante tanto para la investigación fundamental como para la aplicada. Además de dar acceso a propiedades hasta ahora desconocidas de este elemento y permitir probar modelos teóricos, el hallazgo es de interés práctico porque el astato es un candidato prometedor para la creación de compuestos químicos para el tratamiento del cáncer mediante la terapia alfa dirigida.
La afinidad electrónica es la energía liberada cuando se agrega un electrón a un átomo neutro en la fase gaseosa para formar un ion negativo. Es una de las propiedades más fundamentales de un elemento químico. Junto con la energía de ionización, la energía que se necesita para eliminar un electrón del átomo, define varios otros rasgos de un elemento, como su electronegatividad, la capacidad del elemento para atraer electrones compartidos en enlaces químicos entre átomos.
Aunque el astato se descubrió en la década de 1940, el conocimiento de sus propiedades se ha basado principalmente en cálculos teóricos o en la extrapolación de las propiedades de sus parientes en la tabla periódica; astatine es un miembro de la familia de los halógenos, que incluye cloro y yodo. Esto se debe a que el astato es escaso en la Tierra, y las pequeñas cantidades del elemento que se pueden producir en el laboratorio impiden el uso de técnicas tradicionales para medir sus propiedades. Una excepción notable fue una medición previa en ISOLDE de la energía de ionización del elemento.
En el nuevo estudio de ISOLDE, Los átomos de astato se produjeron por primera vez junto con otros átomos disparando un haz de protones de alta energía desde el Proton Synchrotron Booster a un objetivo de torio. A continuación, los átomos de astato se ionizaron negativamente, e iones del isótopo 211 Se extrajeron y se enviaron a un dispositivo de medición especial en el que se iluminó con luz láser de energía sintonizable los iones para medir la energía necesaria para extraer el electrón extra de la 211 En ion y convierta el ion en un átomo neutro.
De esta medida, los investigadores de ISOLDE obtuvieron un valor de 2,415 78 eV para la afinidad electrónica de astato. Este valor, lo cual concuerda con el valor que los autores derivaron utilizando cálculos teóricos de última generación, indica que la afinidad electrónica del astato es la más baja de todos los halógenos, pero, no obstante, es mayor que la de cualquier otro elemento fuera de la familia de los halógenos que se hayan medido hasta ahora.
Si eso no fuera suficiente, los investigadores continuaron usando la afinidad electrónica derivada y la medición previa de la energía de ionización para determinar varias otras propiedades del astato, como su electronegatividad.
Estas propiedades son relevantes para los estudios que investigan el posible uso de 211 En compuestos en terapia alfa dirigida, un tratamiento que administra radiación alfa a las células cancerosas. Astatine 211 At es una fuente ideal de radiación alfa, pero la mayoría de los 211 En los compuestos bajo investigación sufren la rápida liberación de 211 En iones negativos, que podría dañar las células sanas antes de que los compuestos lleguen a las células cancerosas.
"Nuestros resultados podrían utilizarse para mejorar nuestro conocimiento de esta reacción de liberación y la estabilidad de la 211 En los compuestos que se están considerando para la terapia alfa dirigida, "dice el autor principal del estudio, David Leimbach". Además, Nuestros hallazgos allanan el camino para las mediciones de la afinidad electrónica de elementos más pesados que el astato, potencialmente de los elementos superpesados, que se producen un átomo a la vez ".
"Con el resultado actual, concluimos un esfuerzo de investigación de 10 años en ISOLDE para determinar las propiedades fundamentales del astato, la energía de ionización y la afinidad electrónica, que juntos finalmente nos permitieron derivar la electronegatividad de astato, "añade Sebastian Rothe, autor principal del estudio ISOLDE anterior.
