Các nguyên tố tự nhiên hiếm nhất trên Trái đất có gì đặc biệt

Con người hiện có tổng cộng 118 nguyên tố trong bảng tuần hoàn hóa học. Thật thú vị khi lưu ý rằng không phải ai trong số chúng ta cũng có cơ hội tiếp xúc với tất cả các nguyên tố nói trên. Thay vào đó, khả năng để một ai đó tiếp xúc với vỏn vẹn 5 nguyên tố sẽ cao hơn 9 lần so với 113 nguyên tố còn lại.

Năm nguyên tố, bao gồm ôxy, silic, nhôm, sắt và canxi, chiếm tổng cộng hơn 92% trong số hàng chục nguyên tố có trong vỏ Trái đất. Trên thực tế, gần một nửa số nguyên tử chúng ta tiếp xúc hàng ngày là oxy, khiến nó trở thành nguyên tố phổ biến nhất trên hành tinh.

Ngược lại, con người cũng phát hiện ra sự tồn tại của astatine, nguyên tố tự nhiên được coi là hiếm nhất trên Trái đất vào thời điểm hiện tại. Theo ước tính, chỉ có khoảng 25 gam astatine trên bề mặt hành tinh. Các nhà khoa học vẫn chưa biết thông tin cơ bản về nguyên tố này, chẳng hạn như nó trông như thế nào, mặc dù thực tế là nó quý hiếm đến mức.

Từ "không ổn định" được sử dụng để đặt tên cho nguyên tố này trong tiếng Hy Lạp. Đây được coi là tên mô tả chính xác nhất đặc tính của nguyên tố. Ngay cả ở dạng ổn định nhất, được gọi là astatine-210, nó có tính phóng xạ cực cao và chu kỳ bán rã chỉ hơn tám giờ. Điều đó có nghĩa là ngay cả khi bạn may mắn tìm thấy một lượng cụ thể của astatine, bạn sẽ chỉ còn khoảng 1/8 số đó sau khoảng 24 giờ. Nó sẽ được chuyển đổi thành bismuth-206 hoặc polonium-210 với phần còn lại.

Astatine có chu kỳ bán rã một giây hoặc ít hơn ở dạng đồng vị không ổn định. Ở dạng nguyên tố, mọi thứ thậm chí còn dễ bay hơi hơn: Tính phóng xạ của nó cao đến mức, nếu bạn có đủ khả năng nhìn bằng mắt thường, nó sẽ tự bốc hơi theo đúng nghĩa đen dưới sức nóng của chính nó.

Mặc dù các nhà khoa học có thể trực tiếp xử lý nguyên tố này, nhưng họ chỉ có thể làm điều này bằng cách nhân tạo, tức là thông qua các phản ứng hạt nhân, thường bằng cách bắn phá bismuth-209 bằng các hạt alpha.

Do đó, lý thuyết chiếm phần lớn những gì chúng ta biết về nguyên tố này hơn là thử nghiệm thực tế. Ví dụ, các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng vì nó thuộc nhóm halogen của bảng tuần hoàn nên actin có thể trông giống như một chất rắn màu đen. Khi các halogen trở nên nặng hơn, chúng trở nên sẫm màu hơn: flo về cơ bản là không màu, clo có màu vàng lục, brom có màu đỏ nâu và iốt có màu tím xám đậm. Do đó, theo logic, nguyên tố này là halogen tiếp theo trong danh sách, nên nó phải có màu tối hơn nữa.

Tuy nhiên, giả thuyết này cũng dẫn đến nhiều cuộc tranh luận hơn về việc đó là kim loại hay halogen, chẳng hạn như về việc đó là gì. Bởi vì astatine cũng nằm dọc theo một đường chéo trong bảng tuần hoàn chứa các á kim như bo và silicon, nên đây được coi là một câu hỏi gây chia rẽ cho các nhà hóa học. Ngay cả các chuyên gia hóa học cũng khó phân loại nó vì nó đôi khi hoạt động giống như một halogen trong các phản ứng hóa học, trong khi những lần khác nó hoạt động giống như một kim loại.

Mặc dù hiếm đến mức gần như không tồn tại và gây bối rối đến mức về cơ bản chúng ta không biết gì về nó một cách chắc chắn, nhưng astatine hóa ra có thể có một số ứng dụng thực tế khá quan trọng. Các hạt phóng xạ được tạo ra khi nguyên tố này phân rã, tức là sự kết hợp của hai proton và hai neutron tạo thành các hạt phóng xạ. Chúng thực sự hiệu quả trong việc nhắm mục tiêu là các tế bào ung thư trong liệu trình xạ trị vì nhiều lý do.

Theo bác sĩ chuyên khoa X quang tại trường Y khoa thuộc Đại học Pennsylvania (Mỹ) Mehran Makvandi, "Astatine là Goldilocks của các nguồn phát."

Goldilocks ở đây là một ý tưởng được đặt theo tên của một cô bé trong câu chuyện thiếu nhi "Ba chú gấu". Cô bé Goldilocks thích các món ăn không quá nóng cũng không quá lạnh mà có nhiệt độ vừa phải khi nếm thử ba bát cháo khác nhau.

Nói một cách đơn giản, "sức mạnh" của astatine trong trường hợp này là không đủ. So với các đồng vị khác, chẳng hạn như actinium-225, nó tạo ra ít hạt hơn. Kết quả là, mặc dù kém mạnh hơn nhưng bù lại, nó có ưu thế về lượng phát xạ.

Astatine có chu kỳ bán rã cực kỳ ngắn, có nghĩa là nó sẽ không tồn tại trong một thời gian rất dài. Điều quan trọng là nó chỉ phát ra các hạt, loại ít gây hại nhất trong tất cả các loại bức xạ khác nhau.

Một phương pháp điều trị chống ung thư có thể được tạo ra bằng cách cắt xuyên qua DNA của tế bào ung thư và để lại các mô xung quanh ở trạng thái tương đối bình thường nếu các nhà khoa học có thể gắn các đồng vị actinide vào các phân tử nhắm mục tiêu là tế bào ung thư. Theo chuyên gia Makvandi, nếu actinide được sử dụng, không có phương pháp điều trị ung thư tiềm năng nào khác có thể đạt được hiệu quả nhắm mục tiêu tương tự như vậy.

Tất nhiên, có rất nhiều trở ngại để phương pháp này phát triển. Trước tiên, các nhà nghiên cứu phải có cơ hội được nghiên cứu trực tiếp về astatine. Đây được coi là một nhiệm vụ khó khăn khi astatine cực kỳ hiếm và không ổn định.

Đó có thể là lý do tại sao nguyên tố này vẫn được liệt kê chính thức là không có mục đích sinh học hoặc công dụng ngoài việc phục vụ nghiên cứu.

Ở một góc độ khác, việc con người chưa hiểu rõ về astatine có thể coi là một điều tốt. Suy cho cùng, nếu chúng ta nhận thức được tầm quan trọng của nó, thì có lẽ chúng ta sẽ cần nhiều hơn 25 gam astatine như chúng ta biết trên Trái đất.

Tham khảo IFL Science

Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống