Франций - Francium


Из Википедии, свободной энциклопедии

Франций,   87 Fr
Франций
Произношение / Е р æ н е я ə м / ( FRAN -см-əm )
Массовое число 223 (наиболее стабильный изотоп)
Франций в периодической таблице
водород гелий
литий бериллий бор углерод азот кислород Фтор неон
натрий магниевый алюминий кремний фосфор сера хлор аргон
калий кальций Скандий титан Ванадий хром марганца Железо кобальт никель медь цинк галлий германий мышьяк Селен Бром криптон
Рубидий стронций Иттрий Цирконий ниобий молибден технеций Рутений Родий палладий Серебряный Кадмий Индий Банка сурьма Теллур йод ксенон
цезий барий Лантан церий празеодимий неодим Прометий Самарий европий гадолиний тербий диспрозий Holmium эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний тантал вольфрам рений Осмий Иридий платиновый Золото Ртуть (элемент) таллий вести висмут Полоний Астат радон
Франций радий актиний торий протактиний Уран нептуний Плутоний Америций кюрий беркелий калифорний эйнштейний Fermium менделевий Нобелий Лоуренсий резерфордия Дубний сиборгия борий гания мейтнерий Darmstadtium рентгения Коперниций Nihonium Флеровий Moscovium Ливерморий Tennessine Oganesson
Cs

ПТ

( Ууэ )
радонфранциярадий
Атомный номер ( Z ) 87
группа 1-я группа (щелочные металлы)
период период 7
блок S-блок
категория Элемент   щелочной металл
Электронная конфигурация [ Rn ] 7s 1
Электроны в оболочке
2, 8, 18, 32, 18, 8, 1
Физические свойства
Фаза на  STP Твердое вещество (предсказано)
Температура плавления ? 300  К (30 ° С, 80 ° F)
Точка кипения ? 950 К (680 ° С, 1300 ° F)
Плотность (около  к.т. ) 2,8-3,0 г / см 3 (экстраполировать)
Давление паров (экстраполировать)
Р  (Па) 1 10 100 1 к 10 к 100 к
при  Т  (К) 404 454 519 608 +738 946
Атомные свойства
Окислительные состояния +1 (сильно основной оксид)
Электроотрицательность Полинг шкала:> 0,79
энергия ионизации
  • 1-й: 393 кДж / моль
радиус Ковалентного 260  м (экстраполировать)
Ван-дер-Ваальса радиус 348 часов (экстраполировать)
Другие свойства
Естественное явление от распада
Кристальная структура объемно-центрированной кубической (ОЦК)
Объемно-центрированная структура кубического кристалла для франция

(Экстраполировать)
Теплопроводность 15 Вт / (м · К) (экстраполировать)
Электрическое сопротивление 3 μΩ · м (рассчитано)
Магнитное упорядочение парамагнитный
Количество CAS 7440-73-5
история
Именование после того, как Франция , родина первооткрывателя
Открытие и первый изоляции Маргарита Перей (1939)
Основные изотопы франция
Изотоп изобилие Период полураспада ( т 1/2 ) режим Decay Товар
221 ПТ след 4,8 мин α 217 В
222 ПТ син 14.2 мин β - 222 Ра
223 Fr след 22.00 мин β - 223 Ра
α 219 В
| Рекомендации

Франций является химическим элементом с символом  Fr и атомный номер  87. Раньше известными как эка - цезий . Это очень радиоактивны ; его наиболее стабильный изотоп, франций-223 (первоначально названный актиний К после естественной цепи распада он появляется в), имеет период полураспада всего 22 минут. Это второй наиболее электроположителен элемент, позади только цезий, и является вторым редчайшим в природе элемента (после астатина ). Изотопы франция распада быстро в Астате , радий и радон . Электронная структура атома франция является [Rn] 7s 1 , и поэтому элемент классифицируется как щелочной металл .

Bulk франция никогда не рассматривалась. Из общего вида других элементов в своем периодическом столбце таблицы, то предполагается, что франций будет выглядеть как высоко химически активный металл, если достаточно может быть собран вместе, чтобы рассматриваться как насыпные твердая или жидкие вещества. Получение такого образца весьма маловероятно, так как крайняя теплота распада, вызванная его короткий период полураспада немедленно испарить любое видимое количество элемента.

Франций был обнаружен Маргерит Перей во Франции (от которого элемент берет свое название) в 1939 г. Это был последний элемент первым обнаружил в природе, а не путем синтеза. Вне лаборатории, франция крайне редко, следовые количества найденных в урановых и ториевых руд, где изотоп франция-223 непрерывно формирует и распадается. Как мало , как 20-30 г (одна унция) существует в любой момент времени в течение земной коры ; другие изотопы (для франция-221 , за исключением) являются полностью синтетическими. Наибольшее количество производится в лаборатории был кластер из более чем 300000 атомов.

Характеристики

Электронная конфигурация . Буква каждого электрона указывает на оболочку , к которой она принадлежит.

Франций является одним из наиболее нестабильных из встречающихся в природе элементов: его длинный долгоживущий изотоп, франций-223, имеет период полураспада составляет всего 22 минут. Только сравнимой элемент астатин , которого наиболее стабильный природный изотоп, астатин-219 (альфа - дочери франция-223), имеет период полураспада 56 секунд, хотя синтетический астатин-210 гораздо более жил с периодом полураспада 8,1 часов. Все изотопы франция распада в Астат, радий , или радон . Франций-223 также имеет более короткий период полураспада , чем дольше долгоживущего изотопа каждого синтетического элемента вплоть до элемента 105, дубния .

Франций представляет собой щелочной металл , чьи химические свойства в основном сходны с цезием. Тяжелый элемент с одним валентным электроном , он имеет самую высокую эквивалентную массу любого элемента. Жидкий франций-если-создано должны иметь поверхностное натяжение от 0,05092  N / м при его температуре плавления. Точка плавления франция была рассчитана , чтобы быть около 27 ° C (80 ° F, 300 К). Точка плавления является неопределенной из - за крайнюю редкость элемента и радиоактивности . Оценки температура кипения 677 ° C (1250 ° F, 950 K) также неопределенная.

Полинг оценил электроотрицательность из франция на уровне 0,7 по шкале Полинга , такой же , как цезий; значение для цезия с тех пор было усовершенствовано до 0,79, но нет никаких экспериментальных данных, позволяющего уточнение значения для франция. Франций имеет немного более высокую энергию ионизации , чем цезий, 392.811 (4) кДж / моль , в отличие от 375.7041 (2) кДж / моль для цезия, как можно было бы ожидать от релятивистских эффектов , и это будет означать , что цезий менее электроотрицательным из два. Франций должен также иметь более высокую аффинность электронов , чем цезий и Fr - ион должен быть более поляризуемым , чем Cs - ион. Молекулы CSFR прогнозируется иметь франций на отрицательном конце диполя, в отличие от всех известных heterodiatomic молекул щелочных металлов. Франций супероксид (ФРО 2 ) , как ожидается, имеет более ковалентный характер , чем его более легкие сородичи ; это связанно с 6р электронов в франции быть более активным участием в связывании франция кислорода.

Франций соосаждение с несколькими цезиевых солями , такие как перхлорат цезия , что приводит к небольшому количеству франции перхлората. Это соосаждение может быть использовано для выделения франция, путем адаптации методы радиоцезия соосаждения Лоуренса E Гленденина и Нельсона . Это будет дополнительно соосаждение со многими другими солями цезия, в том числе йодата , в пикрате , тем тартрат (также рубидий тартрат), в хлороплатинат , и кремневольфрамата . Он также соосаждается с кремнийвольфрамовой кислотой , а также с хлорной кислотой , без другого щелочного металла в качестве носителя , который обеспечивает другие методы разделения. Почти все франций соли являются водорастворимыми .

Изотопы

Есть 34 известных изотопов франции в диапазоне атомных масс от 199 до 232. франции имеют семь метастабильных ядерных изомеров . Франций-223 и франций-221 являются единственными изотопы , которые происходят в природе, хотя первое является гораздо более распространенным.

Франций-223 является наиболее стабильным изотопом с периодом полураспада 21,8 минут, и это весьма маловероятно , что изотоп франция с более длительным периодом полураспада никогда не будет обнаружен или синтезируются. Франций-223 является пятым продуктом актиниевой серии распада в качестве дочернего изотопа актиния-227. Франций-223 затем распадается в радий-223 с помощью бета - распада (1.149 МэВ энергии распада ), с незначительным (0,006%) альфа - распада пути к астатина-219 (5,4 МэВ) энергии распада.

Франций-221 имеет период полураспада 4,8 мин. Это девятый продукт нептуний серии распада в качестве дочернего изотопа актиния-225. Франций-221 затем распадается на астатина-217 с помощью альфа - распада (6,457 МэВ) энергии распада.

Наименее стабильным основное состояние изотопа франция-215, с периодом полураспада 0,12 мкс: она подвергается 9,54 МэВ альфа - распад на астатина-211. Его метастабильное изомер , франций-215m, менее стабилен до сих пор, с периодом полураспада всего 3,5 нс.

Приложения

Из - за его нестабильности и редкости, не существует никаких коммерческих приложений для франция. Он был использован для исследовательских целей в области химии и атомной структуры . Его использование в качестве потенциальной диагностической помощи для различных видов рака , также было исследовано, но это приложение было сочтено нецелесообразным.

Способность франция, чтобы быть синтезированы, в ловушке, и охлаждают вместе с относительно простой атомной структуры , сделала его предметом специализированных спектроскопических экспериментов. Эти эксперименты привели к более конкретной информации относительно уровней энергии и констант связи между субатомных частиц . Исследования в области света , излучаемого лазер захваченных ионов франция-210 предоставили точные данные о переходах между атомными энергетическими уровнями , которые довольно близки к тем , предсказанному квантовой теорией .

история

Уже в 1870 году химики считали , что там должна быть щелочной металл за цезием , с атомным номером 87. Затем он был передан на временное имя эка-цезий . Исследовательские группы пытались найти и изолировать этот недостающий элемент, и были сделаны по крайней мере , четыре ложные утверждения о том , что элемент был найден , прежде чем подлинное открытие было сделано.

Ошибочные и неполные открытия

Советский химик Д. Добросердов был первым ученым , чтобы утверждать, что нашли эка-цезий, или франция. В 1925 г. он наблюдал слабую радиоактивность в образце калия , другого щелочного металла, и неправильно сделан вывод , что эка-цезий загрязняя образец (радиоактивность из образца из природного радиоизотопа калия, калий-40 ). Затем он опубликовал диссертацию по его предсказанию свойств эка-цезия, в котором он назвал элемент russium после его родной страны. Вскоре после этого, Добросердов начал сосредоточиться на своей преподавательской деятельности в Политехническом институте Одессы , и он не преследовал элемент дальше.

В следующем году, английские химики Gerald JF Друца и Фредерик Х. Лоринг проанализировали рентгеновские снимки марганца (II) сульфат . Они наблюдали спектральные линии , которые они дерзнули быть эка-цезий. Они объявили о своем открытии элемента 87 и предложили название alkalinium , как это было бы самым тяжелым щелочным металл.

В 1930 году Фред Эллисон из Алабамы политехнического института утверждал, что обнаружил элемент 87 при анализе поллуцита и лепидолитовых используя его магнитооптические машину. Allison просил , чтобы он был назван virginium после его родного штата Вирджинии , наряду с символами Vi и Vm. В 1934 годе Герберт МакФерсон из Калифорнийского университета в Беркли опровергнута эффективность устройства Аллисона и законность его открытия.

В 1936 году румынский физик Хория Hulubei и его французский коллега Yvette Cauchois также проанализировали поллуцита, на этот раз с использованием их высокого разрешения рентгеновского аппарата. Они наблюдали несколько слабых эмиссионных линий, которые они предположительно являются те из элемента 87. Hulubei и Cauchois сообщили о своем открытии и предложил название moldavium , наряду с символом Мг, после Молдавии , румынской провинции , где родился Hulubei. В 1937 году работа Hulubei подверглась критике со стороны американского физика FH Хирш - младший , который отверг методы исследования Hulubei в. Хирш был уверен , что эка-цезий не будет найден в природе, и что Хулубей вместо этого наблюдали ртуть или висмут рентгеновских линий. Hulubei настаивал , что его рентгеновский аппарат и методы были слишком точны , чтобы сделать такую ошибку. Из - за этого, Жан Батист Перрен , лауреат Нобелевской премии победитель и наставник Hulubei, одобрил moldavium как истинный эка-цезий над Маргерит Перей недавно обнаруженным франция «s. Перей старался изо все силы , чтобы быть точными и детальными в ее критике работы Hulubei, и , наконец , она была зачислена в качестве единственного открывателя элемента 87. Все другие предыдущих подразумеваемые открытия элемента 87 были исключены из - за очень ограниченный период полураспада франция в.

Анализ Перей в

Эка-цезий был обнаружен в 7 января 1939 по Маргерит Перей из института Кюри в Париже, когда она очищенным образец актиний -227 , о которой сообщалось иметь энергию распада 220 кэВ. Перей заметили частицы распада с уровнем энергии ниже 80 кэВ. Перей думал , эта активность распада может быть вызвана ранее неопознанным продуктом распада, один из которых было отделен во время очистки, но снова возник из чистого актиния-227. Различные тесты исключали возможность неизвестного элемента, торий , радий, свинец , висмут, или таллий . Новый продукт выставлены химические свойства щелочных металлов (такие как соосаждения с солями цезия), что привело к Перей считают , что именно элемент 87, произведенный с помощью альфа - распада актиния-227. Перей затем попытались определить долю бета - распада с альфа - распада в актиний-227. Ее первое испытание поставить альфа разветвление на 0,6%, и эта цифра , которую она впоследствии пересмотренную до 1%.

Перей назвал новый изотоп актиния-K (сейчас называется франция-223) , а в 1946 году она предложила название catium (Cm) для ее вновь открытого элемента, так как она считает , что это будет наиболее электроположительны катиона из элементов , Ирен Жолио-Кюри , один из руководителей Перей, в отличие название из - за его коннотации кошки , а не катиона ; Кроме того, символ совпал с тем , что с тех пор были назначены кюри . Перей затем предложил франция , после Франции. Это название было официально принятой Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC) в 1949 году, став вторым элементом после того, как галлий быть назван в честь Франции. Он был присвоен символ Fa, но эта аббревиатура была пересмотрена в текущий Fr вскоре после этого. Франций был последним элементом обнаружен в природе, а не синтезированы, следуя гафний и рений . Дальнейшие исследования структуры франция была проведена, в числе прочих, Сильвен Либерман и его команда в ЦЕРН в 1970 - х и 1980 - х годов.

Вхождение

Блестящий серый 5-сантиметровый кусок материи с шероховатой поверхностью.
Этот образец уранинита содержит около 100000 атомов (3,3 × 10 - 20  г) франция-223 в любой данный момент времени.

223 ПТ является результатом альфа - распада 227 Ac и могут быть найдены в следовых количествах в урановых минералов . В данном образце урана, то, по оценкам, только один атом франция на каждые 1 × 10 18 атомов урана. Также подсчитано , что существует не более 30 г франции в земной коре в любой момент времени.

производство

Сложная экспериментальная установка, показывая горизонтальную стеклянную трубку, помещенной между двумя медными катушками.
Магнито-оптическая ловушка, которая может содержать нейтральные атомы франция в течение коротких периодов времени.
Круглый шар красного света в окружении зеленого свечения
Изображение света, испускаемый образец 200000 атомов франция в магнитооптической ловушке
Небольшое белое пятно в середине, окруженной красным кружком.  Существует желтое кольцо снаружи красного круга, зеленый круг за желтое кольцо и синий круг, окружающий все другие круги.
Тепло изображение 300000 атомов франция в магнитооптической ловушке

Франций может быть синтезирован с помощью термоядерной реакции , когда цель золота-197 облучается пучком кислород-18 атомов из линейного ускорителя в процессе первоначально разработанном в отделе физики в Университете штата Нью - Йорк в Стоуни - Брук в 1995 году . в зависимости от энергии пучка кислорода, реакция может дать франций изотопы с массами 209, 210 и 211.

197 Аи + 18 O → 209 Fr + 6 н
197 Аи + 18 O → 210 Fr + 5 н
197 Аи + 18 O → 211 Fr + 4 н

Атомы франция оставить золотую мишень в виде ионов, которые нейтрализуют при столкновении с иттрием , а затем , изолированными в магнитооптической ловушке (MOT) в газообразном состоянии неконсолидированного. Несмотря на то, что атомы остаются только в ловушке в течение приблизительно 30 секунд до выхода или проходящих ядерного распада, процесс подает непрерывный поток свежих атомов. Результат является устойчивым состоянием , содержащим достаточно постоянного число атомов в течение более длительного времени. Оригинальный аппарат может ловушку до нескольких тысяч атомов, в то время как позже улучшенная конструкция может ловушка более 300000 в то время. Чувствительные измерения света , излучаемого и поглощаемого захваченных атомов при условии , что первые экспериментальные результаты по различным переходам между атомными энергетическими уровнями в франция. Первоначальные измерения показывают очень хорошее согласие между экспериментальными значениями и расчетами , основанными на квантовой теории. Научно - исследовательский проект с помощью этого метода производства переехал в TRIUMF в 2012 году, где более 10 6 атомов франций были проведены в то время, в том числе и больших количеств 209 Fr в дополнение к 207 Fr и 221 Fr.

Другие методы синтеза включают в себя бомбардировке нейтронами радий и торий с бомбардировкой протонов, дейтронов , или гелия ионов .

223 ПТ также может быть выделен из образцов своего родителя 227 переменного тока, франций доят с помощью элюции с NH 4 Cl-CrO 3 из актиний-содержащего катионита и очищают путем пропускания раствора через диоксид кремния соединения с грузом сульфата бария .

В 1996 году группа Stony Brook в ловушке 3000 атомов в их MOT, что было достаточно для видео-камеры для захвата света, испускаемого атомами при их флуоресценцию. Франций не синтезируются в количествах, достаточно больших, чтобы весить.

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

внешняя ссылка