85号元素砹，地壳中的含量只有10亿亿亿分之一，是怎么被发现的？

地球物质的由来

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名大质量恒星留下的“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。

砹元素的性质

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分以内的元素）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。

砹元素的发现过程

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。