Самый редкий элемент Земли: почему его цена — миллиард долларов и где спрятан единственный грамм

Если бы вас попросили назвать самый редкий элемент на нашей планете, что бы вы ответили? Золото? Платина? Может быть, что-то экзотическое вроде осмия или иридия? На самом деле самый редкий элемент Земли — это астат. Его настолько мало, что если бы собрать всё, что существует на планете прямо сейчас, вы бы получили… всего около одного грамма. И даже это — скорее теоретическая величина. Потому что увидеть астат вживую практически невозможно.

Открытие элемента-призрака

В 1869 году Дмитрий Менделеев, заполняя периодическую таблицу, предсказал существование элемента, аналогичного йоду, но более тяжёлого, и назвал его «эка-йод». Учёные долгое время пытались обнаружить этот элемент в природе, но безуспешно, что объясняется его крайней нестабильностью и редкостью. ​

Астат был впервые синтезирован в 1940 году учёными Дейлом Корсоном, Кеннетом МакКензи и Эмилио Сегре в Калифорнийском университете в Беркли. Они получили изотоп 211At, облучая висмут-209 альфа-частицами. Его назвали «астат» — от греческого astatos, что значит «неустойчивый». Более точного имени трудно было бы придумать.

Почему астата на Земле так мало

Астат образуется естественным образом, когда тяжёлые элементы вроде урана распадаются глубоко в недрах планеты. Проблема в том, что все изотопы астата крайне нестабильны. Самый долгоживущий — астат-210 имеет период полураспада всего около восьми часов. Другие изотопы распадаются ещё быстрее. Иными словами, даже если в земной коре астат появляется, он почти мгновенно исчезает, превращаясь в более лёгкие элементы.

По самым щедрым оценкам, в любой момент времени в земной коре содержится не более 25 граммов астата. А в «свободной», доступной для исследования форме около 1 грамма. Причём этот «грамм» разбросан по всему земному шару в виде отдельных атомов. Попробуйте собрать дым из воздуха и вы поймёте, с чем сталкиваются учёные.

Попытки поймать неуловимое

Можно ли увидеть астат? Как он выглядит? Это вопросы, на которые наука до сих пор не даёт уверенного ответа. Считается, что чистый астат был бы металлом тёмного цвета — возможно, с фиолетовым или серебристым оттенком, похожим на йод, только плотнее и тяжелее. Возможно, он обладал бы свойствами полупроводника.

Но на практике никто никогда не держал в руках кусочек астата. В лабораториях получают лишь микроскопические количества — миллионные доли грамма. И даже их очень сложно удержать: астат испаряется, мигрирует, разрушается собственным радиоактивным излучением. Все эксперименты проходят в условиях гонки со временем: как только атомы астата появились, они тут же начинают исчезать. Исследования напоминают работу репортёра, которому дают всего несколько минут на интервью с исчезающим свидетелем.

Астат в медицине: борьба за жизнь

Удивительно, но несмотря на свою эфемерность, астат может принести огромную пользу. Астат-211 — один из его изотопов, испускает альфа-частицы. Эти тяжёлые частицы способны разрушать клетки, проникая в них, но не повреждая ткани дальше на своём пути. Именно поэтому астат-211 считается идеальным кандидатом для таргетной терапии рака.

В отличие от традиционной химиотерапии, альфа-терапия с астатом способна убивать отдельные раковые клетки, минимально задевая здоровые. Особенно перспективно его использование при лечении мелких, рассеянных метастазов, где хирургия и обычная радиация бессильны. Однако всё снова упирается в проблему времени: синтезировать астат нужно буквально перед применением, доставить в клинику в течение нескольких часов, а сам препарат должен быстро попасть в организм.

На сегодня такие процедуры доступны только в некоторых специализированных центрах, в основном в США и Европе. Но работа по развитию альфа-терапии ведётся, и результаты внушают осторожный оптимизм.

Тайны, которые остаются

Хотя астат известен науке уже более 80 лет, о нём до сих пор остаётся больше вопросов, чем ответов.

• Химические свойства: ожидается, что астат будет вести себя как тяжёлый йод, но точные реакции изучить почти невозможно из-за его быстрой деградации.
• Электропроводность: расчёты спорят, будет ли астат металлом или полупроводником.
• Кристаллическая решётка: никто не видел её в реальности.

Фактически, всё, что мы знаем об астате, построено на косвенных данных, математических моделях и мгновенных наблюдениях. Можно сказать, что астат — это не элемент, а гипотеза, подтверждаемая вспышками радиации и кратковременными следами в приборах.

А сколько стоит грамм астата

Официальной рыночной цены у астата нет — его настолько мало, что коммерческая торговля им невозможна. Однако по оценкам специалистов, стоимость одного грамма астата может быть от 1 миллиарда долларов. Причина не только в фантастической редкости, но и в колоссальной сложности его производства, транспортировки и хранения. Фактически, астат — самый дорогой материал на планете, хотя никто и никогда не покупал его в виде «граммовых слитков».

Итого

Учёные продолжают разрабатывать новые способы синтеза астата, строят ускорители частиц, создают технологии для его использования в медицине. Есть надежда, что однажды таргетная альфа-терапия станет столь же распространённой, как традиционная онкология. И что астат, этот элемент-призрак, спасёт жизни тысяч людей. Но останется ли он для нас «невидимкой»? Скорее всего — да. Астат, как и прежде, будет существовать на самой границе видимого и реального. И в этом — его вечная загадка.