L'astate est un radioélément, de symbole At et de numéro atomique 85. C'est le plus rare des éléments chimiques hors transuraniens trouvés naturellement dans la croûte terrestre, où il est produit par décroissance radioactive d'éléments plus lourds. Tous les isotopes de l'astate ont des demi-vies courtes, le moins instable est l'astate 210 avec une période radioactive de . Un échantillon visible de l'élément pur n'a jamais été produit mais tout spécimen macroscopique serait rapidement vaporisé par la chaleur résultant de sa propre radioactivité.
Les propriétés de l'astate en tant que matériau ne sont donc pas connues avec certitude. Nombre d'entre elles ont été estimées à partir de la position de l'élément dans la table périodique, l'astate étant vu comme un membre du groupe des halogènes, un analogue chimique plus lourd de l'iode. Un échantillon d'astate serait probablement sombre et pourrait être un semi-conducteur, ou peut-être un métal ; il aurait probablement une température de fusion plus élevée que l'iode. Chimiquement, plusieurs espèces anioniques de l'astate sont connues et la plupart de ces composés ressemblent à ceux de l'iode. L'élément se comporte également à plusieurs points de vue comme un métal, il est notamment capable de former un cation monoatomique stable en solution aqueuse (contrairement aux halogènes plus légers).
L'élément a été découvert lors de sa première synthèse, effectuée en 1940 par Dale R. Corson, Kenneth Ross MacKenzie et Emilio G. Segrè, à l'université de Californie à Berkeley. L'équipe a suggéré de le nommer en anglais, du grec , « instable ». Quatre isotopes de l'astate ont depuis été identifiés dans la nature mais dans des quantités si faibles qu'il ne s'en trouve que de l'ordre du gramme dans la croûte terrestre à chaque instant. Ni l'isotope avec la demi-vie la plus longue, l'astate 210, ni l'isotope le plus médicalement prometteur, l'astate 211, ne se trouvent dans la nature ; ils sont synthétisés en cyclotron, généralement en bombardant de particules alpha une cible de bismuth 209.
Caractéristiques L'astate est un élément extrêmement radioactif ; tous ses isotopes connus ont des demi-vies de ou moins et se désintégrent en autres isotopes de l'astate, en bismuth, en polonium ou en radon. La plupart de ses isotopes sont très instables, avec des demi-vies de moins d'une seconde. Des éléments de la classification périodique, seul le francium est plus radioactif, et tous les isotopes de l'astate moins radioactifs que le francium sont artificiels et ne se trouvent pas dans la nature..
Les propriétés macroscopiques de l'astate ne sont pas connues avec certitude. Les recherches sont limitées par sa courte demi-vie, qui empêche la création de quantités significatives. ( d'astate serait déjà plus radioactif qu'un gramme de radium). Une quantité d'astate visible à l’œil nu se vaporiserait rapidement en raison de la chaleur intense dégagée par sa forte radioactivité.. Il reste à voir s'il serait possible, avec des moyens de refroidissement adéquats, de déposer une quantité macroscopique d'astate sous forme de couche mince.. Cet élément chimique est généralement classé parmi les non-métaux ou les métalloïdes.. ; la formation d'une phase métallique a néanmoins été prédite..
Propriétés physiques La plupart des propriétés physiques de l'astate ont été estimées (par interpolation ou extrapolation) à l'aide de méthodes théoriques ou semi-empiriques.. Par exemple, les halogènes sont d'autant plus sombres qu'ils sont lourds : le fluor est presque incolore, le chlore vert-jaune, le brome brun-rouge, et l'iode d'un violet-gris sombre. L'astate est donc parfois décrit comme probablement un solide noir (à supposer qu'il suive cette tendance), ou ayant une apparence métallique (si c'est un métalloïde ou un métal).... On s'attend à ce que les points de fusion et d'ébullition de l'astate suivent également la tendance de la série des halogènes, parmi lesquels ils augmentent avec le numéro atomique. Suivant cette hypothèse, ils sont respectivement estimés à 575 et (302 et ).. Certains résultats expérimentaux suggèrent néanmoins des valeurs moins élevées, avec comme température d’ébullition pour l’astate diatomique.. Il se sublime moins facilement que l'iode, ayant une pression de vapeur plus faible. Même ainsi, la moitié d'une quantité donnée d'astate se vaporiserait en l'espace d'une heure environ si elle était déposée sur une surface de verre propre à température ambiante. Son spectre d'absorption dans la région des ultraviolets moyens possède des raies à 224,401 et , ce qui tend à indiquer des transitions électroniques 6p à 7s..
La structure de l'astate solide est inconnue.. En tant qu'halogène et analogue de l'iode, il pourrait avoir une structure cristalline orthorhombique composée de molécules d'astate diatomique, et se montrer semi-conducteur (avec un gap de ).. Si l'astate sous forme condensée se comporte davantage comme un métal, en revanche, il pourrait cristalliser dans un système cubique à faces centrées, et pourrait même se révéler dans cette hypothèse supraconducteur, comme l'iode qui sous haute pression forme ce type de phase. Les résultats expérimentaux concernant l'existence ou l'inexistence d'astate diatomique (At2) sont rares et non concluants.... Certaines sources affirment que cette forme n'existe pas ou du moins n'a jamais été observée.., d'autres soutiennent ou impliquent le contraire... En dépit de cette controverse, de nombreuses propriétés de l'astate diatomique ont été prédites : par exemple, la longueur de la liaison serait de , son énergie de dissociation. de , et sa chaleur latente de vaporisation. (∆Hvap) de . Cette dernière valeur implique que l'astate pourrait être métallique, au moins sous sa forme liquide, considérant que tous les éléments avec une chaleur latente de vaporisation supérieure à environ sont métalliques à l'état liquide. ; l'iode diatomique, avec une valeur de , se situe juste en dessous de cette valeur seuil..
Propriétés chimiques Sa chimie est . Nombre de ses propriétés chimiques apparentes ont été observées au cours d'expériences où l'astate se trouve en ultratrace, en solution extrêmement diluée., typiquement moins. de (ce qui correspond déjà en activité à environ ). Certaines propriétés, telle que la formation d'anions, se retrouvent chez les autres halogènes. Il a certaines caractéristiques d'un métal, telle que le fait de se déposer sur une cathode, de coprécipiter avec d'autres sulfures métalliques dans l'acide chlorhydrique, et de former un cation monoatomique stable en solution aqueuse.. Il forme des complexes avec l'EDTA, un agent chélatant., et il se montre capable de réagir comme un métal lors du marquage d'anticorps ; sous certains aspects l'astate à son degré d'oxydation +I se comporte comme l'argent dans le même état. L'essentiel de la chimie organique de l'astate est néanmoins analogue à celle de l'iode. : il est notamment susceptible de former une liaison halogène, plus aisément encore que l'iode..
L'astate a une électronégativité de 2,2 sur l'échelle révisée de Pauling, plus basse que celle de l'iode et la même que l'hydrogène. Dans l'astature d'hydrogène (HAt), la charge négative est supposément portée par l'atome d'hydrogène, ce qui implique que ce composé devrait plutôt s'appeler hydrure d'astate..... Une telle observation serait cohérente avec la valeur de l'électronégativité sur l'échelle d'Allred-Rochow, (1,9), moindre que celle de l'hydrogène (2,2).. Il a été prédit en 2011 que l'affinité électronique de l'astate serait inférieure d'un tiers à celle du chlore (qui, parmi les halogènes, possède la plus grande) en raison des interactions spin-orbite, cette affinité a été confirmée en 2020 égale à .
Composés L'astate est moins réactif que l'iode, qui est lui-même le moins réactif des autres halogènes .. Ses composés ont été synthétisés en infimes quantités et étudiés autant que possible avant leur désintégration radioactive. Les réactions impliquées ont principalement été testées avec des solutions diluées d'astate mélangées à de plus grandes quantités d'iode. L'iode permet de s'assurer de la présence d'une quantité de matière suffisante pour le bon fonctionnement des techniques de laboratoire habituelles, comme la filtration ou la précipitation .. Comme l'iode, l'astate peut adopter des degrés d’oxydation impairs de -1 à +7.
Les composés connus formés avec des métaux sont rares. Sont attestés l'astature de sodium, de palladium, d'argent, de thallium et de plomb. Certaines caractéristiques des astatures d'argent et de sodium, ainsi que des astatures d'autres alcalins et alcalino-terreux, ont été estimées par extrapolation à partir des halogénures d'autres métaux.
vignette|gauche|redresse=0.8|alt=Image représentant deux sphères partiellement emboîtées, l'une nettement plus petite qui est l'hydrogène, formant un modèle compact de l'astature d'hydrogène.|Modèle compact de l'astature d'hydrogène.
Les pionniers de la chimie de l'astate ont remarqué la formation d'un composé d'astate et d'hydrogène généralement appelé astature d’hydrogène, bien que « hydrure d'astate » soit un nom plus approprié. Ce composé est facilement oxydé ; l'acidification par de l'acide nitrique dilué donne les formes At0 ou At+, et l'ajout subséquent d'argent(I) ne peut précipiter au mieux que partiellement l'astate sous forme d'astature d'argent(I) (AgAt). Au contraire, l'iode n'est pas oxydé et forme facilement un précipité d'iodure d'argent(I).
L'astate peut former une liaison avec le bore., le carbone et l'azote. Différents complexes du bore ont été préparés avec des liaisons At–B, celle-ci étant plus stables que les liaisons At–C.. L'astate peut remplacer un hydrogène dans un cycle benzénique pour former de l'astatobenzène, C6H5At ; celui-ci peut être oxydé en C6H5AtCl2 par du chlore. En traitant ce composé par une solution basique d'hypochlorite, on peut produire C6H5AtO2 . Dans le perchlorate de dipyridine-astate(I) [At(C5H5N)2][ClO4] et son analogue nitrate, l'atome d'astate est lié à chacun des azotes des deux anneaux pyridine.
Comme composés avec l'oxygène, les ions AtO− et AtO+ ont été mis en évidence en solution aqueuse, formés par la réaction de l'astate avec un oxydant tel que le brome élémentaire ou (pour AtO+) du persulfate de sodium dans une solution d'acide perchlorique. L'espèce précédemment identifiée comme étant AtO2− s'est depuis révélée être AtO(OH)2−, un produit de l'hydrolyse de AtO+ (comme l'est AtOOH).. L'anion AtO3−, bien caractérisé, peut être obtenu entre autres par oxydation de l'astate par de l'hypochlorite de potassium dans une solution d'hydroxyde de potassium. Le triastatate de lanthane La(AtO3)3 a été préparé par oxydation de l'astate dans une solution chaude de Na2S2O8. Une oxydation supplémentaire de AtO3−, par exemple par du difluorure de xénon (en solution basique à chaud) ou du periodate (en solution neutre ou basique), aboutit à l'ion perastatate AtO4−, qui n'est stable qu'à pH supérieur ou égal à 7. On pense que l'astate est également capable de former des cations dans des sels avec des oxyanions, comme l'iodate ou le dichromate, car on observe en solution acide la coprécipitation de l'astate dans un état d'oxydation positif monovalent ou intermédiaire avec des sels insolubles de cations métalliques tels que l'iodate d'argent(I) ou le dichromate de thallium(I).
L'astate peut former des composés avec les autres chalcogènes, par exemple S7At+ et At(CSN)2− avec le soufre, un composé de coordination sélénourée avec le sélénium, et un colloïde d'astate-tellure avec le tellure.
vignette|droite|redresse=0.8|alt=Image représentant deux sphères partiellement emboîtées, l'une un peu plus petite qui est l'iode, formant un modèle compact de l'iodure d'astate.|Structure de l'iodure d'astate, l'un des interhalogènes de l'astate et le plus lourd des interhalogènes diatomiques connus.