Đặc điểm độc đáo của nguyên tố hiếm nhất trên Trái Đất là gì?

(Tổ Quốc) - Loại nguyên tố này vô cùng quý hiếm, các nhà khoa học vẫn chưa biết nhiều về nó, ví dụ như hình dáng và cấu trúc.

Hiện nay, con người đã khám phá tổng cộng 118 nguyên tố trong bảng tuần hoàn hóa học. Thú vị thay, không phải ai cũng được tiếp xúc với tất cả chúng. Thay vào đó, khả năng tiếp xúc với vỏn vẹn 5 nguyên tố chỉ nhiều hơn 113 nguyên tố còn lại gấp 9 lần.

Nguyên nhân là khá đơn giản: Trong số hàng chục nguyên tố trong lớp vỏ Trái đất, oxy, silic, nhôm, sắt và canxi chiếm tổng cộng hơn 92% . Thậm chí, gần một nửa số nguyên tử mà chúng ta tiếp xúc hàng ngày là oxy, khiến nó trở thành nguyên tố phổ biến nhất trên hành tinh.

Mặt khác, con người cũng ghi nhận sự tồn tại của astatine - nguyên tố tự nhiên hiếm nhất trên Trái Đất. Theo ước tính, trên toàn bộ bề mặt Trái Đất chỉ có khoảng 25 gram astatine tồn tại. Loại nguyên tố này quý hiếm đến mức, các nhà khoa học vẫn chưa biết nhiều về nó, chẳng hạn như hình dáng và cấu trúc.

Astatine được đặt tên theo từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là 'không ổn định'. Đây là cái tên phản ánh chính xác tính chất của nguyên tố này. Nó có tính phóng xạ cực kỳ cao, với chu kỳ bán rã chỉ hơn tám giờ ngay cả khi ở dạng ổn định nhất, gọi là astatine-210. Điều này có nghĩa là ngay cả khi bạn tìm thấy một lượng astatine nhất định, sau khoảng 24 giờ bạn chỉ còn giữ lại khoảng 1/8 của nó. Phần còn lại sẽ biến thành bismuth-206 hoặc polonium-210.

Với dạng đồng vị không ổn định, astatine có chu kỳ phân rã chỉ trong một giây hoặc ít hơn. Khi ở dạng nguyên tố, nó thậm chí còn bay hơi dễ dàng hơn: Tính phóng xạ của nó quá mạnh mẽ, đến mức nếu bạn có đủ sức mạnh để nhìn thấy bằng mắt thường, bạn có thể nhìn thấy nó tự bay hơi dưới sức nhiệt của chính nó.

Mặc dù các nhà khoa học có thể xử lý astatine trực tiếp, nhưng họ chỉ có thể làm điều này thông qua các phản ứng hạt nhân, thường là bằng cách bắn phá bismuth-209 bằng các hạt alpha.

Do đó, hầu hết kiến thức về astatine đều đến từ lý thuyết hơn là thực nghiệm. Các nhà khoa học phỏng đoán rằng astatine có thể có dạng chất rắn màu đen, vì nó nằm trong nhóm halogen của bảng tuần hoàn. Halogen trở nên sẫm màu hơn khi trọng lượng càng lớn: F luôn là màu không, Cl có màu vàng lục, Br có màu đỏ nâu và I có màu tím đậm – theo cách này, astatine, là halogen tiếp theo trong chuỗi, nên có màu sắc đậm hơn nữa.

Tuy nhiên, dự đoán này cũng gây tranh cãi về astatine, ví dụ như việc nó là kim loại hay halogen. Điều này làm cho việc phân loại astatine trở thành một vấn đề tranh cãi đối với các nhà hóa học, vì astatine nằm ở cùng một dãy chéo trên bảng tuần hoàn với các kim loại như bo và silic. Trong các phản ứng hóa học, đôi khi nó hành xử như một halogen, nhưng đôi khi lại giống như một kim loại, làm cho ngay cả các chuyên gia hóa học cũng gặp khó khăn trong việc phân loại.

Mặc dù hiếm hoi – gần như không tồn tại, và khiến cho chúng ta không biết gì về nó một cách chắc chắn – astatine lại có thể có một số ứng dụng thực tiễn đáng chú ý. Khi astatine phân rã, nó phát ra các hạt alpha, là các hạt phóng xạ được tạo ra từ sự kết hợp của hai proton và hai neutron. Vì nhiều lý do, chúng thực sự hiệu quả trong việc nhắm mục tiêu tế bào ung thư trong các liệu pháp xạ trị.

'Astatine chính là 'Goldilocks' trong các nguồn phát alpha', theo lời Mehran Makvandi, bác sĩ chuyên khoa X quang tại Đại học Pennsylvania (Mỹ).

Goldilocks trong câu chuyện có một phong cách riêng. Thích sự ấm áp nhưng không quá nóng, không quá lạnh.

Astatine tỏ ra yếu đuối hơn nhưng lại có những ưu điểm riêng. Phát ra ít hạt α, vẫn giữ lượng phát xạ cần thiết.

Chu kỳ bán rã ngắn ngủi là đặc điểm của astatine. Phát ra các hạt α - loại bức xạ an toàn nhất.

Phương pháp này vẫn cần được phát triển. Khám phá astatine là thách thức lớn với các nhà nghiên cứu.

Cần nghiên cứu kỹ lưỡng trước khi ứng dụng astatine. Đây là một nhiệm vụ không hề dễ dàng.

Việc astatine không có vai trò rõ ràng cũng có thể làm cho nó trở nên đặc biệt. Nó là một bí ẩn cần được khám phá.

Sự bí ẩn về astatine có thể là điều tốt đẹp. Chúng ta cần tiếp tục khám phá và hiểu biết về nguyên tố này.

IFL Science là một nguồn tham khảo đáng tin cậy về khoa học.