지난 시간에는 요정의 가루라 불리는 원소 ‘루테늄(Ru, 원자번호 44번)을 소개해 드렸습니다. 오늘은 지구의 지각에서 가장 희귀한 자연 원소인 아스타틴 (At, 원자번호 85번)에 대한 이야기를 준비했습니다.
원소기호 At, 원자번호 85번인 아스타틴(astatine)은 자연에 존재합니다. 아스타틴은 방사성 원소임에도 불구하고 천연 원소 중 존재량이 가장 적은 원소입니다. 우라늄과 토륨의 동위원소가 붕괴되는 과정에 아스타틴이 극소량 생산되는데 지구 전체에 존재하는 아스타틴의 양은 28g에서 30g 정도일 것으로 추정되고 있습니다. 아스타틴은 상온에서 검은색을 가진 고체로 존재하지만, 반감기(방사선 물질의 양이 처음의 반으로 줄어드는데 걸리는 시간)가 고작 8시간 정도에 불과해 추출하거나 생성해도 자발적으로 분해됩니다. 아스타틴은 자연 상태로는 우라늄 광석에 적은 양이 포함되어 있고, 대부분은 인공적으로 합성합니다.
많은 화학자들은 멘델레예프가 85번 원소라고 예언했던 아스타틴을 오랫동안 탐색했지만 모두 실패로 돌아갔습니다. 결국 85번 원소는 1940년 제2차 세계대전 당시 캘리포니아 대학 버클리 캠퍼스에서 인공적으로 만들어졌습니다. 미국 물리학자 데일 레이먼드 코슨(Dale R. Corson,1914-2012),케네스 로스 매켄지(Kenneth Ross Mackenzie, 1912-2002),에밀리오 지노 세그레(Emilio G. Segre 1905-1989)는 입자가속기를 써서 에너지가 높은 알파 입자 ‘헬륨’을 ‘비스무트’에 충돌시켜 아스타틴을 만들어냈습니다. 화학자들은 아스타틴의 매우 불안정한 물질이라는 것에 주목해, ‘불안정한’이라는 뜻의 그리스어 아스타토스(astatos)를 따서 명명했습니다.
아스타틴의 동위원소에는 알파선을 방출하는 핵종이 많습니다. 아스타틴은 알파입자를 방출하는 방사성동위원소로서 베타선에 비해 수십에서 수백 배 높은 에너지를 전달하는 특성이 있습니다. 아스타틴211은 높은 고에너지의 알파선을 방출하고 공격하는 역할을 합니다. 이를 잘 활용해 암세포 표적 시 체내에서 방사선을 방출해 의료 분야 등에 쓸 가능성이 있습니다. 이처럼 암세포와 결합하기 쉬운 아스타틴 화합물을 개발하는 연구를 진행하고 있습니다.
앞서 설명한 것처럼 ‘아스타틴 (At, 원자번호 85번)’은 방사선 치료 목적으로 연구 개발 중이나, 양이 너무 적고 원소의 특성이 불안정해 실제로 치료에 적용하기까지는 아주 오랜 시간이 필요할 것으로 보입니다. 다음 이 시간에는 이탈리아 출신 핵물리학자 페르미의 이름을 따서 지은 원소 ‘페르뮴(Fm, 원자번호 100번)’에 대한 이야기를 들고 돌아오겠습니다.
<내용 출처> 누구나 쉽게 배우는 원소 (그림으로 배우는 118종 원소 이야기) /원소가 뭐길래 (일상 속 흥미진진한 화학 이야기) / Big Questions 118 원소 (사진으로 공감하는 원소의 모든 것)
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