Франций

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
87 РадонФранцийРадий
Fr

Uue
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
87Fr
Cubic-body-centered.svg
Electron shell 087 Francium.svg
Внешний вид простого вещества
Francium1.jpg
Около 200 000 атомов франция в магнитно-оптической ловушке
Свойства атома
Название, символ, номер Франций / Francium (Fr), 87
Атомная масса
(молярная масса)
223,0197 а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Rn] 7s1
Радиус атома 290[1] пм
Химические свойства
Радиус Ван-дер-Ваальса 348[2] пм
Радиус иона (+1e) 179[1] пм
Электроотрицательность 0,7 (шкала Полинга)
Электродный потенциал Fr←Fr+ −2,92 В
Степени окисления 0; +1
Энергия ионизации
(первый электрон)
 392,96 (4,0727)[3] кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 2,3—2,5[1] г/см³
Температура плавления 18—21 °C[1]; 291—294 K
Температура кипения 640—660 °C (910—930 К)[1]
расчётная[4]: 598 °C, 871 K
Критическая точка (расчётная[4]) 1980 ± 50 К, ? МПа
Уд. теплота плавления ~2 кДж/моль
Уд. теплота испарения ~65 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 31,6 Дж/(K·моль)
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая
объёмноцентрированая
Номер CAS 7440-73-5
87
Франций
(223)
[Rn]7s1

Фра́нций — элемент главной подгруппы первой группы седьмого периода периодический системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 87. Обозначается символом Fr (лат. Francium). Простое вещество франций — радиоактивный щелочной металл, обладающий максимально высокой восстановительной химической активностью.

История[править | править код]

Этот элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как «эка-цезий»), и был открыт (по его радиоактивности) в 1939 году Маргаритой Перей, сотрудницей Института радия в Париже. Она же дала ему в 1946 году название в честь своей родины — Франции.

Нахождение в природе[править | править код]

Франций — один из редчайших элементов. Среди элементов, постоянно существующих в земной коре, только астат имеет меньшее содержание. Весь природный франций является радиогенным, его радиоактивный распад компенсируется одновременным возникновением новых атомов франция в качестве промежуточных продуктов распада урана-235 и тория-232. Общее содержание франция в земной коре оценивается в 340 граммов.

Изотопы[править | править код]

На 2012 год известно 34 изотопа франция с массовыми числами 199—232 и 7 метастабильных ядерных изомеров[5]. В природе (в качестве продуктов радиоактивного распада урана и тория) содержатся два изотопа: 223Fr и 224Fr. Франций-223 (самый долгоживущий из изотопов франция, период полураспада 22,3 минуты) входит в одну из побочных ветвей природного радиоактивного ряда урана-235 и содержится в крайне малых количествах в урановых минералах. Исследования свойств франция проводят с индикаторными количествами нуклида 223Fr (менее 10−15 г), так как из-за отсутствия долгоживущих изотопов франций невозможно получить в весовых количествах[1]. Образуется при альфа-распаде актиния-227:

227Ac → 223Fr (сопровождается α-излучением, вероятность распада приблизительно 1,4 %),

227Ac → 227Th (сопровождается β-излучением, вероятность распада около 98,6 %).

Старое название франция-223 — «актиний К» (AcK). По оценкам, его равновесное содержание в земной коре равно 340 г.

Также в одной из побочных ветвей радиоактивного ряда тория содержится франций-224 с периодом полураспада 3,0 минуты. Его равновесное содержание в земной коре составляет лишь 0,5 г.

Получение[править | править код]

Микроскопические количества франция-223 и франция-224 могут быть химически выделены из минералов урана и тория. Другие изотопы франция получают искусственным путём с помощью ядерных реакций.

Одна из наиболее распространённых ядерных реакций для получения франция:

Интересно, что в данной реакции используется золото. С помощью этой реакции могут быть также синтезированы изотопы с массовыми числами 209 и 211 (с вылетом соответственно шести и четырёх нейтронов). Однако все эти изотопы распадаются быстро (период полураспада 210Fr и 211Fr — три минуты, а 209Fr — 50 секунд).

Физические и химические свойства[править | править код]

Франций похож по свойствам на цезий. Всегда сокристаллизуется с его соединениями[6]. Практически все соединения франция растворимы в воде. Релятивистские эффекты 6p-оболочки делают связь франция с кислородом в супероксидах, например, состава FrO2, более ковалентной, по сравнению с супероксидами других щелочных металлов[7].

Так как в распоряжении исследователей имеются лишь мельчайшие образцы, содержащие не более 10−7 г франция, то сведения о его физических свойствах могут быть определены только путём расчета, основываясь на данных для стабильных щелочных металлов. Согласно таким расчетам, плотность франция при комнатной температуре составляет 1,87 г/см³, температура плавления 27 °C, температура кипения 677 °C, удельная теплота плавления 9,385 кДж/кг[4].

Потенциал ионизации атома франция-212 из основного состояния был экспериментально измерен[3] с высокой точностью на масс-сепараторе радиоактивных ядер ISOLDE в ЦЕРНе, где этот изотоп производится путём облучения протонами карбидно-урановой мишени с интенсивностью до 1010 атомов в секунду (ток пучка 2 пикоампера). В терминах обратной длины волны ионизационный потенциал равен 32 848,872(9) см−1[3], что соответствует 4,0727409(11) эВ/атом, или 392,95976(11) кДж/моль.

Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.

Бурно реагирует с водой, образуя самую сильную щёлочь — гидроксид франция FrOH. Гидрид FrH и оксид франция Fr2O ведут себя подобно аналогичным соединениям цезия, то есть бурно реагируют с водой, образуя гидроксид.

Хлорид, нитрат, сульфат, фторид, сульфид, гидроксид, карбонат, ацетат и оксалат франция хорошо растворимы в воде[1]. Плохо растворимы перхлорат, пикрат, иодат, хлороплатинат, хлоровисмутат, хлороантимонат, хлоростаннат, нитрокобальтат франция[1]. Франций экстрагируется нитробензолом в присутствии тетрафенилбората натрия. Соосаждается с простыми и двойными солями цезия и с солями гетерополикислот (кремневольфрамовой, фосфорновольфрамовой и др.)[1].

Применение[править | править код]

В настоящее время франций и его соединения имеют мало практических применений в связи с малым периодом полураспада и высокой радиоактивностью. Франций-223 используется для быстрого определения актиния-227 в природных объектах[8]. Франций, подобно рубидию и цезию, накапливается в почках, печени, слюнных железах и ткани саркомы, поэтому изотопы 223Fr и 212Fr используются в биологических исследованиях и для диагностики рака[8].

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Мясоедов Б. Ф. Франций // Химическая энциклопедия: в 5 т / Зефиров Н. С. (гл. ред.). — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5: Три—Ятр. — С. 187. — 783 с. — 10 000 экз. — ISBN 5-85270-310-9.
  2. Francium. Los Alamos National Laboratory (2011). Проверено 26 июля 2012.
  3. 1 2 3 Arnold E. et al. (ISOLDE collaboration). Optical laser spectroscopy and hyperfine structure investigation of the 102S, 112S, 82D, and 92D excited levels in francium (англ.) // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. — 1990. — 28 October (vol. 23, no. 20). — P. 3511—3520. — ISSN 0953-4075. — DOI:10.1088/0953-4075/23/20/014.
  4. 1 2 3 Kozhitov L. V., Kol'tsov V. B., Kol'tsov A. V. Evaluation of the Surface Tension of Liquid Francium (англ.) // Inorganic Materials. — Vol. 39, iss. 11. — P. 1138—1141. — DOI:10.1023/A:1027389223381.
  5. CRC Handbook of Chemistry and Physics. — CRC, 2006. — Vol. 11. — P. 180–181. — ISBN 0-8493-0487-3.
  6. Winter, Mark Electron Configuration. Francium. The University of Sheffield. Проверено 18 апреля 2007.
  7. Thayer, John S. Chemistry of heavier main group elements. — 2010. — P. 81. — DOI:10.1007/9781402099755_2.
  8. 1 2 Лаврухина, 1966, с. 266.

Литература[править | править код]

  • Лаврухина А. К., Поздняков А. А. Аналитическая химия технеция, прометия, астатина и франция. — М.: Наука, 1966. — С. 260—301. — 308 с. — 3200 экз.

Ссылки[править | править код]