很好奇，地球上的砹含量只有10亿亿亿分之一，它是怎么被发现的？

砹（Astatine）是一种拥有极高放射性的化学元素，符号为At，原子序为85。地球上所有的砹都是更重的元素衰变过程中产生的。其同位素寿命都很短，其中最稳定的是砹-210，半衰期为8.5小时，因此任意时刻地壳中砹的含量都少于1克。

砹的发现过程非常曲折。

1869年门捷列夫所发表的元素周期表中，碘以下的位置为空格。在尼尔斯·玻尔确立了化学元素分类的物理基础后，确定第五个卤素应该在碘以下。在正式发现之前，这一元素被称为eka-碘，就是“碘之下一格”的意思。很多人尝试在自然中寻找该元素，但由于其含量极低，很多人都找错了。

1925年7月英国化学家费里恩德选择炎热的夏天去死海寻找85号元素。但是经过复杂的化学分析和光谱分析后一无所获。

1931年美国阿拉巴马理工学院的弗雷德·艾利森等人最先宣称他们发现了85号元素，他们将该元素命名为“alabamine”，符号Ab，以纪念学院所在地阿拉巴马州。

然而1934年，伯克利加州大学的H·G·麦克弗森证实艾利森的分析方法有错。

1937年，英属印度达卡（今孟加拉达卡市）的化学家拉真达拉·德也宣称发现85号元素。他将其命名为“dakin”，但也是错误的。

1936年，罗马尼亚物理学家霍里亚·胡卢贝伊和法国物理学家伊维特·哥舒瓦宣称发现元素85号。经由X射线分析, 于1939年他们发表另一篇支持并延伸过去资料的论文。 1944年，胡卢贝伊发表了他上次获得的资料摘要， 并宣称此资料印证了其他研究员的成果。他选择了“dor”作为85号元素的名字。1947年，胡卢贝伊的主张被奥地利化学家弗里德里希·阿道夫·帕内特否认。

1940年，瑞士化学家瓦尔特·敏德宣布在镭A（即钋-218）的β衰变产物中发现85号元素，并以瑞士的拉丁文名称“Helvetia”将该元素命名为“helvetium”。不过后来推测是敏德实验所用的氡气受到了污染。

1942年，敏德与英国科学家爱丽丝·雷-史密斯合作，宣布在钍A（即钋-216）的β衰变产物中发现85号元素的另一同位素。他们将其命名为“anglo-helvetium”，其中的“anglo”是英国的意思。卡尔利克和贝尔奈同样无法重现这一结果。

1940年，戴尔·科尔森、肯尼斯·罗斯·麦肯西和埃米利奥·塞格雷终于在伯克利加州大学成功分离出该元素。他们并没有在自然界中寻找，而是在回旋加速器中对铋-209进行α粒子撞击来合成，产物迅速进行放射性衰变，因此发现团队将其取名为“Astatine”，词源为希腊文中的“不稳定”。

三年后，卡尔利克和贝尔奈在自然产生的衰变链中发现了该元素。此后科学家在一共四个自然衰变链中的三个当中发现了该元素。

很好奇，地球上的砹含量只有10亿亿亿分之一，它是怎么被发现的？

砹（At、ài、85号元素），是地壳中含量极低的化学元素之一，据估计，在任何时候，地壳中的砹元素加起来不会超过50克，含量只有十亿亿亿分之一，门捷列夫在19世纪就预言了砹的存在，但是直到半个世纪后，科学家才在实验室里制造出砹。

元素周期表中的ⅦA族元素又叫做卤族元素，包括了氟、氯、溴、碘、砹……，卤族元素可以和许多金属元素形成无机盐，我们吃的食盐主要成分就是氯化钠（NaCl）。砹作为第五个卤族元素，拥有和其他卤族元素相似的化学性质，但是金属性比碘强，活波性比碘低。

砹拥有20多种同位素，而且所有同位素都具有很强的放射性，其中砹-210的半衰期最长，为8.3小时，甚至砹本身强烈的放射性会产生大量的热，足以把自身完全蒸发掉，这就导致砹元素很难在自然界中聚集起来，也就没人见过砹是什么颜色的，但是根据卤族元素颜色逐渐加深的规律，我们可以推测砹很可能是黑色固体。

自然界中的砹，均是由天然放射性元素衰变而来，比如镭在衰变时，有概率产生砹-218，而砹-218的半衰期只有2秒钟，钍和锕在自发衰变时，也能产生砹元素。

砹元素的半衰期都很短，这使得科学家寻找砹的经历非常曲折，在1931年，美国一位科学家宣称发现了85号元素，但是后来他的检测方法被证明是错误的。直到1940年，意大利科学家埃米利奥·吉诺·塞格雷，使用回旋加速器让氦原子核撞击铋209，才首次发现了85号元素砹。

由于砹的半衰期很短，所以自然界中砹不可能聚集起来，据估计，地壳中所有的砹加起来，大约也就30克不到，其含量为十亿亿亿分之一，是一种极其稀少的化学元素。

砹虽然稀少，但是在医学领域却有着大用途，砹元素本身对人体是没有毒的，但是衰变时产生的辐射会对机体产生伤害，其中砹-211的半衰期为7.2小时，有着和碘类似的性质，能被人体甲状腺吸收，这被用于诊断甲状腺症状代替碘-131，砹-211产生的辐射比碘-131小。

由于砹-211不能长期储存，所以需要砹-211时只能临时制造，利用α粒子轰击铋-209，就能制备砹-211。

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很好奇，地球上的砹含量只有10亿亿亿分之一，它是怎么被发现的？

包括地球在内的宇宙空间，实质上是由各种物质构成的物质世界。虽然这个物质世界包含各种各样的物质形式，但是它们都是由最简单的粒子所构成，而在宇宙诞生之初，这些最简单的粒子聚合成最轻的元素－氢，然后在万有引力作用下，轻元素逐渐聚合形成恒星，在恒星内部核聚变的作用下，轻元素慢慢转化为原子序数更高的元素，一直到铁为止。

在大质量恒星生命周期结束以后，通常以超新星爆发的形式，将恒星组成物质抛洒在宇宙空间中，由于瞬间所释放的能量极大，通过“慢中子捕俘获”作用，聚合了一大批比铁更重的元素，最后分散在星云中，为此后行星的形成奠定了物质基础。

地球和太阳系其它行星一样，组成的物质都是来源于上一任大质量恒星留下的“遗产”。地球的质量约为6*10^21吨，其中绝大部分分布在半径6371公里的地表以下，以岩石或者金属的形态呈现。而大气、水和生物圈的总质量，还不到地球总质量的千分之一，但是由于这些圈层物质的平均密度较小，所以分布广泛、占据空间广大。

地球上的元素，大部分以化合物或者单质的形式存在于矿物中，也就是说存在于地下的岩石（固态或者液态）中。不过，随着地球内部的地质运动以及表面的风力、雨水、太阳辐射的侵蚀，这些矿物质无时无刻不在发生着破坏、迁移和重新聚合的过程，从而在空间和存在形式上不断进行着改变。加上本身丰度不同的原因，这些元素在地球上的总量、分布区域、呈现形式都有所不同。当一种元素的总量相对较高、分布相对集中、具备一定的利用价值且能够被开发时，就形成了矿产资源。

截至目前，地球上发现的元素种类一共有118种，其中有94种（原子序数94及以内的元素）存在于自然界中，而94号以上的元素，由于具有强烈的放射性，存在时间极短，所以只能依靠人工合成的方法获得。

但是，地球上有一种元素比较特殊，那就是85号元素砹，虽然原子序数低于94，但是在地球上的含量异常稀少，据估算，地壳中的所有砹元素的总量，不会超过50克，仅占地球总质量的十亿亿亿分之一，这么稀少的元素，是如何被人们发现的呢？

现在我们知道，砹是一种卤族元素，在元素周期表上位列卤族元素氟、氯、溴、碘之后。卤族元素原子的最外层有7个电子，非常容易从外界获得1个电子，所以卤族元素都具有较强的氧化性，在自然界中仅能以化合态的形式存在。砹作为卤族的第五个元素，拥有与其它卤族元素相似的化学性质，均能与金属以及氢、磷等非金属发生反应。

但是，随着原子序数的增加，电子层数不断增加，原子半径也随之增大，原子核对核外电子的“吸引力”逐渐减弱，因此获得额外电子的能力也在减弱，所以氧化性依次降低。因此，砹的金属性比碘强，而活泼性要比碘低。

科学家们发现砹元素的过程，可谓一波三折。1869年，俄罗斯化学家门捷列夫创造元素周期表之后，就预言了在碘之下应该还存在一个元素与其化学性质相似，并为之留下了一个“空栏”。此后，有科学家将这个空栏命名为eka-碘，为了找到这个元素，科学界为之奋斗了半个多世纪。

有代表性的几次“寻找”尝试主要有：1925年英国化学家费里恩德到死海寻找未果，1931年美国阿科学家弗雷德·艾利森、1936年罗马尼亚物理学家霍里亚·胡卢贝伊和法国物理学家伊维特·哥舒瓦、1937年印度化学家拉真达拉·德均宣称发现了85号元素，后来没过多久都被其他科学家否认，主要是“寻找”分析的方法出现了错误。

1940年，瑞士化学家瓦尔特·敏德，宣布在观测钋-218的β衰变产物时，发现了85号元素，并将其命名为“helvetium”，可惜的是，这个实验后来被其他科学家判断为实验中的氡气出现了污染，并非出现了85号元素。科学家敏德没有放弃，2年后，与英国科学家爱丽丝·雷·史密斯合作，在观测钋-216的β衰变时，宣布寻找到了85号元素的另外一种同位素，但也没有得到科学界的认可，因为其他科学家在做同一实验时，无法重现这一结果。

在20世纪40年代，意大利化学家西格雷，在美国加利福尼亚大学，与和美国科学家科里森、麦肯齐合作，利用回旋加速器来加速氦原子核，用加速后的氦原子核轰击铋－209，最终观测到了85号元素的存在，不过这个最终的产物极不稳定，迅速发生衰变，于是研究团队将其命名为“Astatine”，意思就是“不稳定物质”。从1869年门捷列夫预言85号元素的存在，到最终用实验的方法证实它的存在，前后共花了近80年的时间。

随后，有科学家在自然界中也发现了天然砹，主要是存在于一些放射性物质的衰变链中，由此表明自然界中是可以存在砹元素的，只不过它的存在周期非常短，致使地壳中的含量非常少，在地壳中的占比仅有10亿亿亿分之一，是地壳中含量最少的元素之一。

在砹所有的同位素中，砹211的半衰期最长，能够达到7.2小时，由于它在衰变中产生的放射性粒子对身体的影响较小，因此在医疗领域有着重要应用。只不过砹也不能长期存在，所以只能随用随制，成本相对较高。

很好奇，地球上的砹含量只有10亿亿亿分之一，它是怎么被发现的？

门捷列夫发现了元素周期表，为砹元素的存在提供理论基础。然后，在美国的大型离子加速器中，用加过速的氦原子，轰击铋209，就得到了砹。

自从卢瑟福提出了正确的原子结构模型，人们制造新元素的方法就是拿加过速的质子，中子，α离子轰击各种原子核。这种方法简单粗暴，高速运动的各种小离子，克服巨大的电磁力，来到原子核内部。当它们与原子核的距离小到强作用力起主导地位时，它们就会被原子核俘获，使得原子序数发生改变，生成新的元素。元素周期表最后几个元素就是人造元素，自然界不存在。

当然，有时也有例外，比如用中子轰击铀235，结果发生了核裂变。

很好奇，地球上的砹含量只有10亿亿亿分之一，它是怎么被发现的？

1869年，俄罗斯化学家门捷列夫创造元素周期表，并理论预言了砹的存在。

20世纪40年代，意大利化学家西格雷和美国加利福尼亚大学教授科里森、麦肯齐合作，利用回旋加速器赋能氦原子核，并轰击铋-209，最终实验观察到了85号元素砹的存在。

从理论预研砹的存在到实验发现，总共历时80年的时间。这个主要是因为砹的半衰期非常短，砹211半衰期较长，也只有7个小时左右。一方面，砹及其共生的物质丰度非常低，大概率只能通过人工干预获得。另一方面，高能物理在20世纪才有了实质的发展和广泛的应用。

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砹元素

砹是一种非常罕见的天然放射性元素，原子序数为85。1940年加利福尼亚大学伯克利分校的科学家获得了他的汀类药物[1-2]，发现者包括伯克利大学教授Emilio Gino Segre [2-3]。 已发现质量数为196-219的a素的所有同位素，其中只有a素215、216、218和219是天然存在的放射性同位素，其余的则是通过人造核反应合成的。 所有同位素中最稳定的是砹-210，半衰期为8.1小时。

迄今为止，地球上总共发现了118种元素，其中自然界中存在94种（原子序数为94及以下的元素），而94以上的元素由于其高放射性而具有很短的时间。 它只能通过人工合成获得。

现在我们知道，砹素是一种卤素元素，其在元素周期表中仅次于卤素元素 氟，氯，溴和碘。 卤素原子的最外层外壳中有7个电子，很容易从外部获得1个电子，因此，卤素元素具有很强的氧化性，只能在自然界中以结合状态存在。 作为卤素家族的第五个成员，a他汀具有与其他卤素元素相似的化学性质，并且可以与金属和非金属（例如氢和磷）反应。

随着原子序数的增加，电子层数的数量也会增加，原子半径也会随之增加。 原子核对核外电子的“吸引力”逐渐减弱，因此获得更多电子的能力也减弱，从而使氧化能力反过来降低。 因此，他汀的金属性强于碘，其活性低于碘。

科学家发现砹素元素的过程可谓是一波三折。 1869年，俄罗斯化学家门捷列夫（Mendeleev）创建了元素周期表后，他预测在碘下应该有与其化学性质相似的元素，并为此留了一个“空列”。 从那时起，一些科学家将这种“空列”称为eka-碘，为了找到这种元素，科学界已经奋斗了半个多世纪。

有代表性的“搜索”尝试包括：1925年，英国化学家费里恩德（Ferriende）去死海，没有发现任何结果； 1931年，美国科学家弗雷德·艾里森（Fred Allison） 1936年，罗马尼亚物理学家Horia Hu Lubei，法国物理学家Yvette Goshowa和印度化学家Rajendara De都声称发现了元素85，后来被其他科学家否认，主要是“寻找”分析的方法出现了错误。

1940年，瑞士化学家Walter Mind宣布，他通过观察钋218的β衰变产物发现了元素85，并将其称为“ helvetium”。 不幸的是，这个实验后来被其他科学家判断。 由于实验中的t氡气被污染，元素85并未出现。 科学家闵德没有放弃。 两年后，在与英国科学家爱丽丝·雷·史密斯（Alice Ray Smith）合作观察--216的β衰变时，他宣布发现了另一种元素85的同位素，但未获得科学共同体的认可，因为其他科学家 无法在同一实验中复制此结果。

后来，一些科学家还发现了自然界中的天然砹，主要是在某些放射性物质的衰变链中，这表明砹元素可能存在于自然界中，但其存在时间很短，导致地球上存在砹素。含量非常低，仅占地壳10亿亿分之一，而是地壳中含量最少的元素之一。

在砹素的所有同位素中，砹素211的半衰期最长，可以达到7.2小时，因为其衰变过程中产生的放射性粒子对人体的影响很小，因此在医学领域具有重要的应用。 只是他汀不能长期存在，所以只能按原样使用，而且成本较高。

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