最新统计显示,元素周期表中已确认的元素有 118 种,然而,在如此庞大的数量中,你接触到其中 5 种元素的可能性是接触另外 113 种元素的 9 倍多。
这是因为,在地壳中发现的几十种元素中,氧、硅、铝、铁和钙这五种元素总共构成了超过 92%。事实上,我们每天遇到的原子中几乎有一半是氧,这使氧成为迄今为止地球上最丰富的元素。
然而,在天平的另一端,我们拥有砹:地球上最稀有的自然元素。据估计,地球上任何时候都存在不到 25 克(不到一盎司)的砹。事实上,砹非常稀有,以至于科学家还是不知道关于元素的基本信息,比如它的外观。
砹以希腊语“不稳定”一词命名,这个绰号非常贴切:砹具有极强的放射性,即使是最稳定的形式砹-210,其半衰期也只有八小时多一点。这意味着,即使你设法弄到一些砹,24 小时后,也只剩下八分之一——其余的已经腐烂转化为铋-206或钋-210。
这就是最多稳定同位素——大多数形式的砹的半衰期为一秒或更短。元素形式的砹的挥发性更强:砹的放射性非常强,如果你用肉眼观察,砹就会在自身热量的作用下蒸发。
虽然科学家能够直接处理砹,但他们只能通过核反应人工合成——通常是用阿尔法粒子轰击铋-209。
因此,我们对该元素的了解大部分来自理论工作,而不是实际实验。例如,我们思考砹可能看起来像黑色固体,因为它位于元素周期表中的卤素列。卤素越重,颜色越深:氟基本上是无色的,氯是黄绿色,溴是红棕色,碘是深灰紫色——因此,逻辑上,砹作为列表中的下一个卤素,颜色应该更暗。
当然,这是假设该元素实际上并不更像金属而不是卤素——这个问题让化学家们意见不一,因为砹在元素周期表中也位于对角线上,与硼和硅等准金属同位。在化学反应中,砹有时表现得像卤素,有时又像金属,即使是专家也难以轻易将其分类。
尽管砹非常稀有,几乎不存在,而且我们对它知之甚少,但砹可能有一些非常重要的实际应用。砹衰变时会发射出 α 粒子:由两个质子和两个中子结合形成的放射性粒子,由于各种原因,这些粒子真的擅长针对癌细胞。
宾夕法尼亚大学医学院放射科医生 Mehran Makvandi 表示:“砹是 α 射线发射体中的佼佼者。”化学与工程新闻2020 年,美国化学学会出版的杂志《核聚变》发表了一篇论文。马克万迪解释说,与锕-225 等其他同位素相比,它发射的 α 粒子较少,这使得它的威力较小,但发射更集中。它的半衰期极短,这意味着它不会停留很长时间。重要的是,它仅有的发射α粒子——危害最小各种类型的辐射。
如果科学家能将砹同位素附着到靶向分子,那么他们或许能够开发出一种抗癌疗法,可以切断癌细胞的 DNA,而周围组织相对不受伤害。谈到潜在的癌症治疗方法,马克万迪说:“没有什么方法能接近这种靶向效力。”
当然,所有这些都有一个相当大的警告:研究人员需要先得到这种物质。由于它非常稀有和不稳定,这并非易事——这或许就是为什么这种元素至今仍未被发现的原因。正式上市除了研究之外,没有已知的生物学作用或用途。
但也许这是最好的选择。毕竟,如果我们知道它真的很重要,我们可能需要的量可能远不止 25 克,不是吗?