Самый сильный металл франций
Фра́нций (эка-цезий) — элемент главной подгруппы первой группы седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 87. Обозначается символом Fr (лат. Francium ). Простое вещество франций (CAS-номер: 7440-73-5) — радиоактивный щелочной металл, обладающий высокой химической активностью.
Содержание
История
Этот элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как Эка-цезий), и был открыт (по его радиоактивности) в 1939 г. Маргаритой Пере, сотрудницей Института радия в Париже. Она же дала ему в 1964 г. 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 [1] . В природе (в качестве продуктов радиоактивного распада урана и тория) содержатся два изотопа: 223 Fr и 224 Fr. 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 223 Fr (менее 10 −15 г), так как из-за отсутствия долгоживущих изотопов франций невозможно получить в весовых количествах [2] . Образуется при альфа-распаде актиния-227:
227 Ac → 223 Fr (сопровождается α-излучением, вероятность распада приблизительно 1,4 %),
227 Ac → 227 Th (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
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.
Наиболее распространённый способ получения франция путём ядерной реакции:
_\textrm + <>^_\textrm \rightarrow <>^_\textrm + ^_\textrm" />
Интересно, что в данной реакции используется золото. С помощью этой реакции могут быть синтезированы изотопы с массовыми числами 209, 210 и 211. Однако все эти изотопы распадаются быстро (период полураспада 210 Fr и 211 Fr — три минуты, а 209 Fr — 50 секунд).
Физические и химические свойства
Франций похож по свойствам на цезий. Всегда сокристаллизуется с его соединениями. Так как в распоряжении исследователей имеются лишь мельчайшие образцы, содержащие не более 10 −7 г франция, то сведения о его свойствах известны с достаточно большой погрешностью, однако они все время уточняются. Согласно последним данным, 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.
Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.
Применение
В настоящее время франций и его соли практического применения не имеют, в связи с малым периодом полураспада и высокой радиоактивностью.
Примечания
- ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics. — CRC, 2006. — Vol. 11. — P. 180–181. — ISBN 0-8493-0487-3
- ↑Редкол.: Зефиров Н.С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: НИ «Большая Российская энциклопедия», 1999. — Т. 5. — С. 187. — 783 с. — ISBN 5-85270-310-9
Ссылки
Литий
Li
Атомный номер: 3
Атомная масса: 6.941
Темп. плавления: 453.69 K
Темп. кипения: 1615 K
Плотность: 0.534 г/см³
Электроотрицательность: 0.98
Натрий
Na
Атомный номер: 11
Атомная масса: 22.990
Темп. плавления: 370.87 K
Темп. кипения: 1156 K
Плотность: 0.97 г/см³
Электроотрицательность: 0.96
Калий
K
Атомный номер: 19
Атомная масса: 39.098
Темп. плавления: 336.58 K
Темп. кипения: 1032 K
Плотность: 0.86 г/см³
Электроотрицательность: 0.82
Рубидий
Rb
Атомный номер: 37
Атомная масса: 85.468
Темп. плавления: 312.46 K
Темп. кипения: 961 K
Плотность: 1.53 г/см³
Электроотрицательность: 0.82
Цезий
Cs
Атомный номер: 55
Атомная масса: 132.905
Темп. плавления: 301.59 K
Темп. кипения: 944 K
Плотность: 1.93 г/см³
Электроотрицательность: 0.79
Франций
Fr
Атомный номер: 87
Атомная масса: (223)
Темп. плавления: 295 K
Темп. кипения: 950 K
Плотность: 1,87 г/см³
Электроотрицательность: 0.7
- Химические элементы
- Радиоактивные элементы
- Щелочные металлы
- Элементы, предсказанные Дмитрием Менделеевым
- Франций
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое "Франций" в других словарях:
ФРАНЦИЙ — (Francium), Fr, радиоактивный химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 87; щелочной металл. Открыла франций французская радиохимик М. Пере в 1939 … Современная энциклопедия
ФРАНЦИЙ — (лат. Francium) Fr, химический элемент I группы периодической системы Менделеева, атомный номер 87, атомная масса 223,0197, относится к щелочным металлам. Радиоактивен, наиболее устойчив изотоп 223Fr (период полураспада 21,8 мин). Назван по имени … Большой Энциклопедический словарь
ФРАНЦИЙ — (символ Fr), радиоактивный, металлический элемент первой группы периодической таблицы, открыт в 1939 г. Самый тяжелый элемент ряда ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ. В натуральном виде присутствует в урановой руде, продукт разложения АКТИНИЯ. Элемент редкий,… … Научно-технический энциклопедический словарь
Франций — Fr (назв. в честь Франции, родины M. Пepe, открывшей элемент; лат. Francium * a. francium; н. Franzium; ф. francium; и. francio, francium), радиоактивный хим. элемент I группы системы Mенделеева; ат. н. 87. Cтабильных изотопов не имеет.… … Геологическая энциклопедия
ФРАНЦИЙ — ( лат. Francium), Fr, радиоакт. хим. элемент 1 й группы периодич. системы элементов, ат. номер 87, относится к щелочным металлам. Наим. устойчив из всех радиоакт. элементов, встречающихся в природе. Природный Ф. состоит из b радиоактивного 223Fr… … Физическая энциклопедия
франций — сущ., кол во синонимов: 2 • металл (86) • элемент (159) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
франций — я; ср. [лат. Francium] Химический элемент (Fr), радиоактивный щелочной металл. ◁ Франциевый, ая, ое. * * * франций (лат. Francium), химический элемент I группы периодической системы, относится к щелочным металлам. Радиоактивен, наиболее устойчив… … Энциклопедический словарь
ФРАНЦИЙ — (лат. Francium), хим. элемент I гр. периодич. системы, относится к щелочным металлам. Радиоактивен, наиб. устойчив нуклид 223Fr (период полураспада 22 мин). Назв. от Франции родины М. Перей, открывшей элемент. Один из редчайших и наименее… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Франций — Смотри Франций (Fr) … Энциклопедический словарь по металлургии
франций — francis statusas T sritis chemija apibrėžtis Cheminis elementas. simbolis( iai) Fr atitikmenys: lot. francium angl. francium rus. франций … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Франций
Франций – радиоактивный уникум планеты
Описание этого элемента идет в превосходной степени: самый массивный в своем семействе, самый неустойчивый, второй по редкости. Назван в честь одной из самых романтичных стран Европы. Однако о франции известно мало, ученые изучают его до сих пор.
Что представляет собой
Франций – это элемент №87 таблицы Менделеева. Радиоактивный, относится к щелочным металлам.
Международное обозначение и формула вещества – Fr (Francium).
Как был открыт
Существование франция предсказал Дмитрий Менделеев. На основе предполагаемых свойств он классифицировал элемент как эка-цезий.
Физическое открытие случилось в парижском Институте радия почти семьдесят лет спустя, в 1939 году.
«Неуловимость» элемента обусловлена уникальным тандемом характеристик: микроскопическая ядерная устойчивость на фоне высокой химической активности.
Обнаружить элемент удалось благодаря феномену радиоактивности. Неизвестное излучение заметила Маргарита Пере, работавшая с изотопом актиния.
Она же – автор имени. С 1946 года новооткрытый элемент вошел в историю как франций, по названию родной страны первооткрывательницы.
Присутствие в природе
Элемент – второй по редкости на планете. Его опережает только астат.
В природе на 1 атом франция приходится три триллиона атомов урана.
По составу это конгломерат трех десятков изотопов.
То есть весь натуральный франций – продукт радиоактивного распада:
- Это свойство (радиогенность) уравновешивается: распавшиеся атомы сменяются новыми. Они представляют собой транзитный продукт распада изотопов тория (232) и урана (235).
- На планете выявлены изотопы вещества 223 и 224. Они «исчезают», соответственно, за 22 минуты 18 секунд и 175 секунд.
- Франций-223 – результат распада актиния-227 (отсюда его старое название «актиний К»), 224-й получается в реакциях с участием тория.
Микродозы вещества присутствуют в ториевых и урановых рудах.
Запасы франция-223 в земной коре не превышают трети килограмма, изотопа-224 – полуграмма.
Технология получения
Нанодозы франция-223 и -224 выделяют из актиния, ториевого и уранового сырья.
Способ получения базируется на экстракции либо хроматографии.
Другие изотопы синтезируются ядерными установками. В реакциях задействовано золото.
Физико-химические характеристики
Из-за сроков полураспада ученым доступны образцы с долей франция в одну стомиллионную грамма.
Информацию получают расчетным, а не опытным путем. Базой служат данные для рядовых щелочных металлов. Также задействуется оборудование Европейского центра по ядерным исследованиям (ЦЕРНа).
| 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 пм |
| Химические свойства | |
| Радиус Ван-дер-Ваальса | 348 пм |
| Радиус иона | (+1e) 179 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) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 2,3—2,5 г/см³ |
| Температура плавления | 18—21 °C; 291—294 K |
| Температура кипения | 640—660 °C (910—930 К) расчётная: 598 °C, 871 K |
| Критическая точка | (расчётная) 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 |
Поэтому за почти столетие со дня открытия элемента полной ясности о его свойствах нет. Например, о цвете, сплавах.
Однако некоторые характеристики франция как металла установлены:
- Структура кристаллической решетки – куб.
- Самая малая устойчивость.
- Самая малая электроотрицательность среди известных элементов.
- Самая высокая масса, химическая активность в сегменте щелочных металлов.
- Образует два десятка соединений разной степени растворимости водой.
Признаки 2-4 позволяют отличить франций от других элементов.
По химическим свойствам, физическим параметрам активный металл сродни цезию: бурно реагирует с водой, присутствует в цезиевых соединениях.
Где используется
Учеными используется 223-й изотоп франция, чтобы оперативно выявить в природных объектах актиний-227.
Недостатки металла – малый период полураспада плюс радиоактивность – делают его непригодным для практического применения. О промышленном производстве речи нет.
Хлорид вещества распознает онкологию, но дороговизна обнуляет это достоинство.
Франций представляет интерес только для ученых-теоретиков.
Биологическое воздействие
Франций аккумулируется почками, печенью, слюной, раковыми структурами.
Поэтому изотопы 212 и 223 – инструмент исследователей биологических организмов и онкодиагностики.
Стоимость
На общедоступном рынке продукция на основе радиоактивного элемента не представлена. Цена за грамм не озвучивается.
Фра́нций (лат. Francium ), обозначается символом Fr — элемент первой группы, седьмого периода периодической системы химических элементов с атомным номером 87. Как простое вещество франций представляет собой радиоактивный щелочной металл, обладающий самой высокой восстановительной способностью среди всех химических элементов.
Франций был предсказан Д. И. Менделеевым (под условным названием «эка-цезий»), и был открыт (по следам его радиоактивности) в 1939 году Маргаритой Перей, сотрудницей Института радия в Париже. Она же в 1946 году дала ему название в честь своей родины — Франции.
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. Суммарное содержание франция в земной коре теоретически оценивается в 340 граммов.
Изучение реакций осаждения, растворения и ионного обмена показало, что ион франция ведёт себя в соответствии с занимаемым положением в группе. [1] :260
. Можно пофантазировать и о примеси каких-либо особых, «вымерших» на поверхности земли элементов вроде технеция или франция. [2]
. еще Менделеев предусмотрительно оставил в своей таблице пустую клетку для «экацезия», <. >и этот элемент (франций) в 1939 г. был открыт. [3]
Патриотичная дама назвала элемент францием в честь своей родины. Не учла или не знала еще, что он <. >наименее устойчивый из всех радиоактивных элементов, встречающихся в природе. [4]
Как ни странно, астат — более стабильный элемент, чем франций. <. >Франций нестабилен настолько, что не имеет практического применения. [5]
На периферии ядер такого размера, как у франция и астата, сильное ядерное взаимодействие практически сравнивается с электростатическими силами, поэтому удержать все протоны и нейтроны в таком ядре становится очень сложно. <. >Именно поэтому франций (и по схожим причинам астат) являются крайне нестабильными элементами. [5]
Вместо того чтобы подвергаться обычному альфа-распаду и в результате (потеряв два протона) превращаться в астат, этот атом более чем в 99,9% случаев облегчает свое перегруженное ядро, претерпевая бета-распад, и становится радием. <. >франций не позволяет своим атомам превращаться в астат, из-за чего астат является ещё более редким. [5]
Франций — сосед цезия по периодической системе элементов. Д. И. Менделеев так и назвал не открытый тогда ещё элемент — экацезием. [6]
…никто никогда не видел и не увидит даже мельчайший кусочек франция. <. >чтобы изучить физические свойства вещества, нужно иметь его в виде хотя бы самого маленького кусочка. Но для франция это невозможно. [6]
Элемент франций образуется при естественном радиоактивном распаде и в соответствующих искусственных ядерных реакциях. Все его изотопы радиоактивны с малым периодом полураспада. Изучение реакций осаждения, растворения и ионного обмена показало, что ион франция ведёт себя в соответствии с занимаемым положением в группе. [1] :260
Неоспоримо и утверждение о том, что цезий практически последний в ряду щелочных металлов. Правда, еще Менделеев предусмотрительно оставил в своей таблице пустую клетку для «экацезия», ― который должен следовать в I группе за цезием, и этот элемент (франций) в 1939 г. был открыт. Однако франций существует лишь в виде быстро разлагающихся радиоактивных изотопов с периодами полураспада в несколько минут или секунд, или даже тысячных долей секунды. [3]
― Какой металл вы считаете наиболее активным из всех?
― Калий, конечно. Он в ряду активности металлов стоит на первом месте.
― Действительно, калий открывает собой ряд активности тех полутора десятков металлов, которые наиболее распространены в виде простых веществ или соединений. Но если выстроить в ряд все восемь десятков металлов?
― Ну, тогда франций или, практически, цезий. Ведь активность металлов в периодической системе возрастает сверху вниз и справа налево. [7]
Высокорадиоактивные элементы редко встречаются в природе, поэтому люди склонны интуитивно полагать, что нестабильные, легко распадающиеся элементы и будут самыми редкими. Так, например, редчайшим элементом является в высшей степени неустойчивый франций, который встречается в земной коре только как промежуточный продукт. В естественной среде атомы франция распадаются быстрее, чем атомы любого другого элемента. И все же самым редким элементом на Земле является вовсе не франций. [5]
Как ни странно, астат — более стабильный элемент, чем франций. Если взять миллион самых долгоживущих изотопов астата, половина из них распадётся через 40 минут. Половина такого же количества изотопов франция продержится всего-то 20 минут. Франций нестабилен настолько, что не имеет практического применения. Несмотря на то, что в земной коре франций содержится в достаточном (хоть и мизерном) количестве, чтобы учёные могли его напрямую обнаружить, им никогда не удастся собрать столько атомов франция, чтобы его изучить. [5]
Однако франций в природе встречается чуть чаще, чем астат. Почему? Дело в том, что многие радиоактивные элементы, расположенные вокруг урана, на том или ином промежуточном этапе распада превращаются во франций. А что же франций? Вместо того чтобы подвергаться обычному альфа-распаду и в результате (потеряв два протона) превращаться в астат, этот атом более чем в 99,9% случаев облегчает свое перегруженное ядро, претерпевая бета-распад, и становится радием. Затем радий проходит целый ряд стадий альфа-распада, минуя астат. Иными словами, механизм радиоактивного распада многих нестабильных атомов на клетке франция немного пробуксовывает – именно поэтому количество франция в земной коре измеряется несколькими сотнями граммов. В то же время франций не позволяет своим атомам превращаться в астат, из-за чего астат является еще более редким. [5]
На периферии ядер такого размера, как у франция и астата, сильное ядерное взаимодействие практически сравнивается с электростатическими силами, поэтому удержать все протоны и нейтроны в таком ядре становится очень сложно. У франция 87 протонов, и они совершенно не хотят соприкасаться друг с другом. Ещё в ядре франция насчитывается порядка 130 нейтронов, которые образуют неплохой буфер между положительно заряженными частицами. Но в то же время они делают ядро столь массивным, что сильному взаимодействию не удаётся распространить до самых границ и погасить центробежные силы. Именно поэтому франций (и по схожим причинам астат) являются крайне нестабильными элементами. Соответственно, логично предположить, что ядра с ещё большим количеством протонов, чем у франция, должны испытывать на себе ещё более мощные силы отталкивания, и более тяжёлые атомы окажутся ещё менее стабильными, чем франций. [5]
Странные сходства между астатом и францием начинаются с их ядер. Внутри ядер астата и франция, как и во всех других атомах, соперничают разные силы: сильные ядерные взаимодействия (силы притяжения) и электростатические силы (способные отталкивать частицы). Сильное ядерное взаимодействие – самая мощная из фундаментальных сил природы, но, как ни парадоксально, руки у нее коротки, словно тоненькие лапки огромного тираннозавра. Если частицы отдаляются друг от друга всего на несколько триллионных сантиметра, ядерные силы теряют всю свою мощь. По этой причине они редко проявляются за пределами атомных ядер и чёрных дыр. [5]
Франций — сосед цезия по периодической системе элементов. Д. И. Менделеев так и назвал не открытый тогда ещё элемент — экацезием. Этот последний и самый тяжёлый щелочной металл разительно отличается от всех других в его группе. Во-первых, никто никогда не видел и не увидит даже мельчайший кусочек франция. Во-вторых, у франция нет таких физических свойств, как плотность, температура плавления и кипения. Так что термин «самый тяжёлый металл» можно отнести только к его атомам, но не к простому веществу. И всё потому, что франций — искусственно полученный сильно радиоактивный элемент <. >А чтобы изучить физические свойства вещества, нужно иметь его в виде хотя бы самого маленького кусочка. Но для франция это невозможно. [6]
Эти элементы здесь, на Земле, почти все устойчивы и неизменны, за исключением немногих радиоактивных ― самораспадающихся ― элементов, к которым относится приобретший столь широкую известность уран, а также торий, радий, полоний. Сюда же надо отнести, по-видимому, полностью распавшиеся 43-й, 61-й, 85-й и 87-й элементы менделеевской таблицы (технеций, прометий, астатин и франций). Другое дело в звездах, где под воздействием гигантских давлений и температур идут реакции перехода одного элемента в другой: водорода, лития, бериллия в гелий или углерода в кислород и снова в углерод, ― реакции с выделением колоссальных количеств энергии: тепла, света и других не менее мощных излучений. [8]
― Всё может быть. Можно пофантазировать и о примеси каких-либо особых, «вымерших» на поверхности земли элементов вроде технеция или франция. Даже допустить, что в состав серого кристалла вошло вещество, вынесенное из таких громадных глубин земной коры, где все привычные нам элементы становятся другими, с совершенно иными свойствами. Подобно тому как простецкий углерод, вынесенный с глубин в сто ― сто двадцать километров, приходит к нам в форме крепчайшего из всех веществ ― алмаза. [2]
Элемент года. Если вы со школы запомнили, что ртуть ― единственный жидкий при комнатной температуре металл, так знайте: это перестало быть правдой в 1939 году, когда французский химик (химичка?) Маргарита Пере открыла щелочной металл с температурой плавления 18 градусов. Патриотичная дама назвала элемент францием в честь своей родины. Не учла или не знала еще, что он самый химически активный из всех щелочных металлов и редчайший и наименее устойчивый из всех радиоактивных элементов, встречающихся в природе. Не очень-то это на Францию похоже, а? [4]
Читайте также: