Металл франций интересные факты

Обновлено: 30.06.2024

История открытия
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.

Строение атома
Атом франция состоит из положительно заряженного ядра (+87),
внутри которого есть 87 протонов и 136 нейтронов, а вокруг, по семи
орбитам движутся 87 электронов.
Схематическое строение атома франция
Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:
+87Fr)2)8)18)32)32)8)1;
1s22s22p63s23p63d104s24p64f145s25p65d106s26p67s1.

На внешнем электронном уровне атома франция находится 1
электрон, который является валентным (расположен на 7sподуровне). Энергетическая диаграмма основного состояния
принимает следующий вид:
Наличие одного неспаренного электрона в атоме франция
свидетельствует о его способности проявлять степень окисления +1.
Валентный электрон атома франция можно охарактеризовать
набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l
(орбитальное), ml (магнитное) и s (спиновое):

Физические и химические свойства
франция
Франций похож по свойствам на цезий. Всегда сокристаллизуется с
его соединениями. 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.
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 масссепараторе 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 Плохо
растворимы
перхлорат,
пикрат,
иодат,
хлороплатинат,
хлоровисмутат, хлороантимонат, хлоростаннат, нитрокобальтат
франция. Франций экстрагируется нитробензолом в присутствии
тетрафенилбората натрия. Соосаждается с простыми и двойными
солями цезия и с солями гетерополикислот (кремневольфрамовой,
фосфорновольфрамовой и др.).

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.
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).

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
Около 200 000 атомов франция в магнитнооптической ловушке

Интересные факты
1
Это последний химический
открытый в природе.
элемент,
2
Он относится к самым редким, так как очень
неустойчив и быстро распадается
3
По подсчетам ученых, химический элемент
франций присутствует на Земле всего в
количестве 30 граммов.
4
Его можно отнести к жидким металлам, но
жидкий он ненадолго.
5
Через
несколько
секунд
франций
распадается на более устойчивые элементы,
в частности получается радий.

Спасибо за внимание!
Все фотографии были взяты из интернета и, возможно,
недостоверны. Извиняюсь, если фотографии
неправильны, но других там не было.

Химический элемент франций: характеристика и история открытия

Химический элемент франций (Fr 87) - один из периодической системы элементов Менделеева. К 1925 году он был одним из четырех ненайденных элементов. Это самый тяжелый и наиболее активный щелочной металл, существующий в природе, а также это самый быстрый для полураспада существующих химических элементов. Это, а еще невысокая ядерная устойчивость благоприятствовали тому, что продолжительное время было невозможным открытие франция, существование которого был предсказано Менделеевым почти за век до его получения.

История открытия химического элемента франция

Она отличительна тем, что выпала на участь женщины, имя которой Маргарита Пере. Поиски данного вещества основывались на системе Менделеева. На основе веществ, соседствующих с № 87, выдвигались различные гипотезы о свойствах данного металла:

из-за того, что соседствующий цезий плавится при комнатной температуре, предполагалось, что 87-й элемент будет также плавиться при малых температурах;
считалось, что он будет относиться к таким жидким металлам, как цезий или ртуть;
выдвигались гипотезы о его радиоактивности.

К концу 1938 года к поиску этого вещества подключилась Маргарита Пере. Она акцентировала свое внимание на альфа-частицах, излучаемых актинием. Она хорошо очистила данное вещество от различных примесей, оставив лишь чистый элемент. После продолжительных химических обработок в руках ученой оставался маточный раствор, содержащий щелочные соли. Она предполагала, что он не радиоактивен, но после выпаривания хорошо стала заметна бета-активность со временем полураспада 22 минуты. Женщине сразу стало понятно, что такая скорость зависит непосредственно от действия щелочного элемента.

Продолжительная работа Маргариты увенчалась успехом лишь осенью 1939 года. Отталкиваясь от существующей номенклатуры, женщина дала 87-му элементу наименование "Актиний-К", который позже переименовала во франций в память о месте, в котором родилась. Международный союз теоретической и прикладной химии принял наименование, придуманное Маргаритой Пере. Так состоялось открытие франция.

Химический элемент Fr: характеристика

Это самый тяжелый и наиболее активный щелочной металл, существующий в природе, а также это один из самых быстрых для полураспада из существующих химических элементов. Самый долгоживущий из его изотопов можно обнаружить в урановых минералах. Поэтому химический элемент франций очень плохо изучен, так как распадается быстро. Тем более он обладает очень высокой радиоактивностью. Но все же малые количества этого элемента были исследованы, и обнаружены такие свойства:

температура плавления - 27 градусов;
плотность при комнатной температуре 1,87 г/м 3 .

Интересные факты о франции

Это последний химический элемент, открытый в природе. Он относится к самым редким, так как очень неустойчив и быстро распадается. По подсчетам ученых, химический элемент франций присутствует на Земле всего в количестве 30 граммов. Его можно отнести к жидким металлам, но жидкий он ненадолго. Через несколько секунд франций распадается на более устойчивые элементы, в частности получается радий.

Применение франция

Но, несмотря на высокую неустойчивость, этот химический элемент тоже приносит пользу. Он используется, хотя не широко. Прежде всего химический элемент франций полезен для обнаружения в природных объектах актиния. Кроме того, благодаря экспериментам с лабораторными крысами ученые выяснили, что он накапливается в злокачественных опухолях, которые находятся на первой стадии развития. Поэтому его можно использовать для ранней диагностики саркомы. Но исследование этого элемента продолжается. Франций раскрывает ученым все больше своих тайн.

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.

Франций элемент. Свойства, добыча и применение франция

Не молдавий, не руссий и, даже, не виргиний. Поговорим о франции. Что он должен быть в природе, рассчитал Менделеев .

Потомки химика принялись за поиски элемента . Менделеев нарек его эко-цезием. Из-за схожести химических свойств с цезием , вещество искали рядом с ним.

Изучали, в основном, минералы. Ученым несколько раз казалось, что они обнаружили металл.

Сначала, радовались химики американского штата Вирджиния, в честь которого и хотели назвать элемент.

Инициативу перехватили ученые Молдовы, тоже решившие, что нашли франций. «Находили» его и в России, именуя руссием.

Но, как видно из итогового названия, открытие металла принадлежит французам, точнее, одной из них – Маргарите Перей.

Она работала в парижском институте Кюри, где и извлекла франций из препарата актиния.

Свойства франция

Актиний – еще один элемент таблицы Менделеева, токсичный, близкий к лантану. Изучая препарат металла, Маргарита Перей обнаружила бета-излучение, не подходившее ни к одному из известных изотопов.

На дворе шел 1939-ый. Франций оставался одним из 4-ех неоткрытых веществ. Период полураспада изотопа, обнаруженного Перей при очистке актиния от радиоактивных продуктов, составлял 21-у минуту.

Изотоп подвергли исследованиям. Свойства вещества полностью совпали с предсказаниями Менделеева, то есть, с параметрами эко-цезия. На исследования ушли почти 10 лет. Франций вписали в таблицу в 1946-ом.

Как уже понятно, франций – элемент таблицы Менделеева с радиоактивными свойствами.

Из-за них металл исследуют в микроскопических количествах, дабы излучение не превышало норму.

Осторожно относиться к францию обязывает и его химическая активность. Из ряда щелочных металлов, к коим относится герой статьи , она самая высокая.

Раз элемент щелочной, значит, располагается в главной подгруппе 1-ой группы таблицы Менделеева. Период седьмой.

Атомный номер франция – 87, соответственна и масса. Степень окисления у металла 1-я, отображается, как +1.

При близости свойств к цезию, стандартный потенциал 87-го элемента более отрицательный.

Это значит, что вещество может быть выделено только на ртутном катоде. Изучение стопорит неустойчивость амальгамы франция, то есть, его соединения с ртутью .

Дуэт распадается за считанные минуты, стоит лишь отключить ток. Так что, многие химические свойства самого активного из щелочных металлов провозглашены, так сказать, теоретически, исходя из расчетов, а не опытов.

Франций – элемент, склонный образовывать соли . Большинство из них легко растворимы в воде.

Исключениями являются: перхлорат, хлороплатинат, пикраткобальтинитрит. Они слаборастворимы.

В контакт 87-ой металл вступает и с гетерополикислотами. Элемент выделяется вместе с ними из кислых растворов.

Образует франций и галогениды. Так называют соединения галогенов, находящихся в главной подгруппе 7-ой группы таблицы Менделеева, с другими элементами.

Среди галогенидов 87-го металла есть летучие, к примеру, хлорид франция. Возгонка начинается при 225-ти градусах на воздухе и при 110-ти в вакууме.

Гораздо ниже температура плавления франция – всего 27 градусов. Закипает вещество при 667-ми по шкале Цельсия.

Высчитанная плотность металла – 1,9 граммов на кубический сантиметр. При этом, все меняется, когда 87-ой элемент проходит полураспад.

Итогом становится превращение франция в изотоп уже другого металла – радия.

Применение франция

Пока, франций интересен науке лишь с теоретической точки зрения. Вещество радиоактивное, быстро распадается, поэтому, работать с ним трудно.

К тому же, франций невозможно получить в больших количествах, а главное, найти в природе. Именно поэтому не увенчались успехом изыскания, связанные с минералами.

Именно поэтому Маргарита Перей обнаружила франций в препаратах актиния, полученных искусственным путем.

В общем, вещество не только опасно, но и дефицитно, поэтому промышленники стараются не прибегать к его «услугам».

В 20-ом веке химический элемент франций, точнее, его хлорид использовали для обнаружения раковых опухолей и их лечения.

У мутировавших клеток непроницаемые мембраны. Кислород не проникает. Внутри начинается брожение глюкозы. Отсюда выплеск энергии, позволяющий опухоли бесконтрольно разрастаться.

У хлорида франция есть свойство проникать сквозь мембраны раковых клеток. Щелочная среда металла приводит Ph в норму, блокирует брожение глюкозы.

Звучит стройно. Но, на это способен и хлорид цезия. Поэтому, медики прекратили тратить дефицитный франций, хоть его эффективность немногим выше.

Добыча франция

Маргарита Перей, когда-то, обнаружила изотоп франция с периодом полураспада в 21-у минуту.

Самый устойчивый изотоп элемента ушел не далеко. Его период полураспада – 22,5 минут.

Такой изотоп можно найти в природных ветвях радиоактивного ряда 235-го урана.

Подобный ряд есть и у тория. Но, в нем находят 224-ый франций с периодом полураспада всего в 3 минуты.

Получается, в земной коре франций, все же, есть. Только вот, количество его столь мало, что запасами это считать не приходиться.

Равновесное содержание 224-го изотопа, к примеру, составляет всего 0,5 граммов.

Равновесным называют относительное массовое содержание вещества в газовой сфере. Общее количество франция в земной коре не превышает 30-ти граммов.

Получают франций, как и в 1940-е, из актиния. Выделить чистый металл не выходит. Из актиния получают только соединения 87-го элемента.

Характеристика франция позволяет отсоединить его ионообменным способом. Разделение проводят на колонке со смолой «Дауэкс-50».

Чистота добытого франция равна 95%. Учитывая, что период полураспада самого «живучего» изотопа составляет 22 минуты, уже через 11 из них количество металла уменьшается вдвое.

Поскольку франций близок по свойствам с цезием, он сокристаллизуется с его соединениями. У цезия есть ряд нерастворимых солей .

Франций добывают путем соосаждения с ними. Чаще всего берут перхлорат или кремневольфрамат цезия.

Осаждение из растворов проводят в специальных лабораториях, рассчитанных для работы с радиоактивными веществами.

Цена франция

В случае с металлами цену принято устанавливать за грамм. Но, франций – исключение.

Один грамм 87-го элемента количественно сравним с тоннами платины , золота , серебра , если ориентироваться на содержание металлов в земной коре.

Поэтому, стоимость франция столь высока, что не объявляется, да, и нужды в этом нет. Как уже говорилось, практическое применение у вещества отсутствует.

Его используют для научных, лабораторных опытов. Но, необходимые микрограммы франция ученые могут добыть сами.

Нет нужды закупать реагент. Поэтому, цена металла столь же теоретическая, как и многие его свойства. Одно из них – стремление растворить самого себя.

Настолько франций радиоактивен и химически подвижен. Возможно, именно поэтому вещества так мало… Не растворил ли 87-ой элемент уже большую часть своих запасов?

Анализируя их, стоит учесть, что франций – самый тяжелый из щелочных металлов. Для образности, представим вату.

Чтобы набрать 30 граммов, нужны большие объемы. Чтобы запастись аналогичным количеством 87-го вещества, хватит крупиц.

Химический элемент франций: особенности строения и химические свойства

Франций – это элемент с атомным числом 87. Атомная масса наиболее долгоживущего изотопа – 223. Франций является радиоактивным щелочным металлом, обладает крайне выраженной химической реактивностью.

Francium [Deposit Photos]

История открытия франция

Металл был открыт еще в 1939 году сотрудницей парижского Института Радия по имени Маргарита Перей. Она же — видимо, из патриотических чувств — назвала элемент в честь своей Родины. Франций был открыт при изучении искусственно полученного элемента «актиния»: было замечено нехарактерное радиоактивное свечение. Следует ради справедливости отметить, что над созданием этого элемента могли одновременно с ней работать и другие исследователи, но, как говорится, победителей не судят.

Основные характеристики

На сегодняшний день франций является одним из самых редких металлов (да и вообще химических элементов), которые встречаются в природе.

Earth’s Crust [Deposit Photos]

Согласно подсчетам ученых, содержание этого металла в земной коре составляет порядка 340 грамм (меньше содержится только aстата). Связано это главным образом с его физической неустойчивостью. Будучи радиоактивным, он имеет очень короткий период полураспада (у самого стабильного изотопа он составляет 22,3 минуты). Единственное, чем компенсируется его природное содержание, так это тем, что франций является промежуточным звеном распада урана-235 и тория-232. Таким образом, весь франций, который содержится в естественных условиях, является продуктом радиоактивного распада.

Как можно его получить?

Рассмотрим единственный способ получить самый стабильный изотоп франция. Это можно сделать за счет ядерной реакции золота с атомами кислорода. Все остальные способы (имеется в виду радиоактивный распад) нецелесообразны, так как получаются крайне нестабильные изотопы, которые «живут» не более нескольких минут. Получить в домашних условиях этот элемент, как и все его соединения, понятное дело, не получится (да и незачем, собственно). Здесь можно найти множество экспериментов с другими металлами.

Какие химические свойства проявляет франций?

По своим свойствам франций аналогичен цезию. Релятивистские эффекты 6p-оболочки обеспечивают связь франция с кислородом в супероксидах (например, состава FrO₂) более ковалентной, относительно супероксидов прочих элементов этой группы. С учетом максимально низкой электроотрицательности из всех ныне существующих франций характеризуется выраженной химической активностью. Все физические свойства этого элемента указаны только теоретически, так как проверить их на практике не представляется возможным по причине короткого периода «жизни» этого элемента (плотность=1,87 г/см³, t плавления=27 °C, t кипения=677 °C, удельная теплота плавления=9,385 кДж/кг). Все соединения этого элемента растворимы в воде (исключения: соли перхлорат, хлороплатинат, пикраткобальтинитрит франция). Франций всегда сокристаллизуется с веществами, в состав которых входит цезий. Наблюдается его соосаждение с нерастворимыми солями цезия (перхлоратом или кремневольфраматом цезия). Извлечение из растворов франция осуществляется:

хлороплатинатами цезия и рубидия Cs₂PtCl₆ и Rb₂PtCl₆;
хлоровисмутатом Cs₂BiCl₅, хлоростаннатом Cs₂SnCl₆ и хлороантимонатом цезия Cs₂SbCl₅•2,5H₂O;
cвободными гетерополикислотами: кремневольфрамовой и фосфорновольфрамовой.

Какое практическое значение имеет этот элемент?

Несмотря на всю свою уникальность, никакого применения на практике франций пока еще не имеет. Соответственно, в промышленности и каких-либо технологиях не используется. Причиной тому является его чрезвычайно короткий период полураспада. Есть данные, что хлорид франция может быть использован для диагностики онкологических новообразований, однако в виду значительной стоимости этого образования, подобного рода методика не может быть введена в систематическое использование. В принципе, теми же свойствами обладает цезий.

Caesium [Deposit Photos]

Так что и это свойство франция оказалось невостребованным: его стоимость сравнивается со стоимостью тонны платины или золота. По прогнозам ведущих специалистов, рассматриваемый элемент будет всегда иметь чисто познавательную ценность, не более того.

Читайте также: