Франций радиоактивный элемент

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.

Содержание

• 1 История
• 2 Нахождение в природе
• 3 Изотопы
• 4 Получение
• 5 Физические и химические свойства
• 6 Применение
• 7 Примечания
• 8 Литература
• 9 Ссылки

История

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

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

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

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

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.

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

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].

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.

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.

Применение

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].

1. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8 9} Мясоедов Б. Ф. Франций // Химическая энциклопедия: в 5 т / Зефиров Н. С. (гл. ред.). — : 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.

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

Источник

• https://wikipedia.tel/Франций