Który pierwiastek występuje najrzadziej?

Układ okresowy, na tę chwilę, klasyfikuje 118 pierwiastków. 94 z nich daje się odnaleźć w przyrodzie, również na naszej planecie. Który z nich występuje najrzadziej? Jest duża szansa, że nawet nie słyszeliście jego nazwy.

Krótko: Najrzadziej występującym naturalnie pierwiastkiem, zatem bez ingerencji człowieka, jest astat. Przefiltrowując materię calutkiej Kuli Ziemskiej, znaleźlibyśmy najwyżej kilkadziesiąt gramów tej substancji.

Dość łatwo oszacować, których pierwiastków jest wokół nas najwięcej. Powszechnie wiadomo, że aż 99% widzialnej materii wszechświata stanowią wodór i hel, że 78% atmosfery to azot oraz, że 46% skorupy ziemskiej zawiera atomy tlenu, złapanego w przeróżne związki chemiczne. Ale co znajduje się na przeciwległym biegunie popularności? Istnieje co prawda kilkadziesiąt egzotycznych i ekstremalnie masywnych pierwiastków otrzymywanych w warunkach laboratoryjnych, rozpadających się jeszcze zanim pomyślimy o ich właściwościach. Pytanie dotyczy jednak najrzadszych substancji powstających w sposób całkowicie naturalny.

Poszukując informacji w sieci, szybko dowiemy się, że do największych chemicznych unikatów należą ren, iryd oraz osm. Stężenie tych metali w skorupie ziemskiej oscyluje w okolicach 0,0001 ppm, więc na każde 10 miliardów ziemskich atomów najwyżej 1 to atom renu, irydu lub osmu. Metale te stanowią najwyżej 0,00000001% składu naszej planety, czyli rzeczywiście wartość śladową. Dla porównania, uran zajmuje 0,00018% skorupy ziemskiej. Występuje zatem jakieś 18 tysięcy razy obficiej od wyżej wymienionych. 

Istnieje jednak substancja jeszcze skromniejsza. Ren, iryd czy osm są niezwykle rzadkie, ale gdyby przeczesać całą Ziemię i skumulować je w jednym miejscu, zebralibyśmy zapewne niemały kontener o masie liczonej w tonach. Z kolei pierwiastek, o którym mowa, w całości nie zapełniłby nawet solniczki. Nosi on nazwę astatu.

Jak to się stało, że astat niby jest, ale tak jakby go nie było? Wszystko zawdzięczamy przywołanemu już uranowi, a konkretniej jego rozpadowi. Na nasze potrzeby uprośćmy cały proces. Przeciętnie po 700 milionach lat, połowa atomów uranu U-235 w efekcie rozpadu alfa przekształca się w tor Th-231. Połowa tego toru już po około dobie ulega transformacji w protaktyn Pa-231. Połowa protaktynu po 32 tysiącach lat rozpada się do aktynu Ac-227. Po kolejnych 21 tysiącach lat aktyn zamienia się w tor Th-227 bądź Frans Fr-223. W pierwszym przypadku w ciągu 18 dni, w drugim w 21 minut połowa atomów przybierze formę radu Ra-223. Połowa radu po 11 dniach staje się radonem Rn-219, który błyskawicznie rozpada się na polon Po-215. I wreszcie połowa polonu, w czasie niecałych dwóch milisekund, w ramach rozpadu alfa, przejdzie przemianę w… ołów Pb-211. Dokładniej ponad 99,9% spośród tej połowy Po-215 zachowa się w ten sposób, podczas gdy zbuntowany ułamek procenta atomów przejdzie rozpad beta minus rodząc astat At-215.

Szereg promieniotwórczy od uranu U-235 po astat At-215

Na astat można się natknąć w kilku takich procesach, ale zawsze stanowi on jedynie fazę przejściową na drodze rozpadu w solidniejsze pierwiastki. Sam fluorowiec w większości swoich form znika w ciągu mikrosekund, ustępując miejsca bizmutowi. Mając tę wiedzę i uwzględniając ilość występującego na naszej planecie uranu i toru, jesteśmy w stanie oszacować, że w każdym momencie w skorupie ziemskiej istnieje nie więcej niż 30 gramów astatu. Rzecz jasna ciągle znikającego i zastępowanego przez świeże atomy.

Jedynie sztucznie wytwarzane izotopy astatu, jak At-210 oraz At-211, potrafią przetrwać około 7-8 godzin, co powoli uczymy się wykorzystywać w medycynie – w ramach radioterapii. 

Ile może trwać wyprawa na Marsa? Dlaczego amazońskie lasy są tak ważne? Czy Mount Everest jest na pewno najwyższą górą świata?