TL;DR: 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 słyszałeś jego nazwy.

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

Ciut dłużej: 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.

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.