ფრანციუმი

ფრანციუმი (ქიმიური სიმბოლო — Fr), ეკა-ცეზიუმი (Eka-caesium), აქტინიუმ K — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეშვიდე პერიოდის, პირველი ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — პირველი ჯგუფის მთავარი ქვეჯგუფის, Iა) რადიოაქტიური ქიმიური ელემენტი. მისი ატომური ნომერია — 87, tდნ — 27.0 °C, tდუღ — 677 °C, სიმკვრივე — 2.48 გ/სმ3. 1939 წელს ფრანციუმი (იზოტოპი ^{223}Fr; T1/2=21.8 წთ) აღმოაჩინა ფრანგმა ნეცნიერმა მ. პერეიმ, როგორც ^{227}Ac-ის ალფა-დაშლის პროდუქტი. ფრანციუმს სტაბილური იზოტოპები არა აქვს. ცნობილია ხელოვნურად მიღებული ფრანციუმის 20-ზე მეტი იზოტოპი, რომელთა მსაური რიცხვები 203-დან 229-მდეა; ყველა არამდგრადია. ფრანციუმის ჟანგვის ხარისხია +1. ხსნარებში ახასიათებს ტიპური ტუტე ლითონების თვისებები, მისი ყველა მარილი წყალში კარგად იხსნება. იყენებენ ^{227}Ac განსასაზღვრავად.
ფრანციუმს ყველა ცნობილ ელემენტთა შორის ყველაზე დაბალი ელექტრონეგატიურობა ახასიათებს და მეორე ყველაზე იშვიათი ელემენტია ბუნებაში (ასტატის შემდეგ). ფრანციუმი მაღალი რადიოაქტიურობის ლითონია და ასტატად, რადიუმად და რადონად იშლება. როგორც ტუტე ლითონს, მას ერთვალენტიანი ელექტრონი აქვს.
აღმოჩენის ისტორია
1870-იან წლებში ქიმიკოსები ფიქრობდნენ, რომ ცეზიუმის ქვემოთ, ქვეჯგუფში უნდა ყოფილიყო ელემენტი, ატომური ნომრით 87. იგი შემდგომ მოიხსენიებოდა, როგორც ეკაცეზიუმი. სამეცნიერო ჯგუფებმა სცადეს გამოეყოთ ეს გამოტოვებული ელემენტი და სულ ცოტა ოთხი განაცხადი იქნა გაკეთებული მეტალის რეალურ აღმოჩენამდე.
საბჭოთა ქიმიკოსმა დ.კ. დობროსერდოვმა, 1925 წელს პირველმა გამოიკვლია ეკა-ცეზიუმი. მან შეისწავლა კალიუმის და სხვა ტუტე მეტალების სუსტი რადიოაქტივობა და შეცდომით დაასკვნა, რომ ნიმუშში იყო ეკა-ცეზიუმი (ნიმუშის რადიოაქტივობა გამოწვეული იყო კალიუმის ბუნებრივი რადიოიზოტოპ-კალიუმ-40-ით). შემდგომში მან გამოაქვეყნა თეზისები, რომელშიც იგი ვარაუდობდა ეკა-ცეზიუმის თვისებებს, მან ამ ელემენტს უწოდა ”russium”, თავისი მშობლიური ქვეყნის სახელი. ამის შემდეგ იგი იწყებს მუშაობას ოდესის პოლიტექნიკურ ინსტიტუტში და აღარ აგრძელებს ელემენტის შემდგომ შესწავლას.
შემდგომ წლებში ინგლისელმა ქიმიკოსებმა გ. დრუსემ (Gerald J. F. Druce) და ფ. ლორინგმა (Frederick H. Loring) შეისწავლეს მანგანუმ(II) სულფატის X-სხივების ფოტოები და აღმოაჩინეს სპექტრალური ხაზი და ივარაუდეს, რომ ეს იყო ეკა-ცეზიუმის დამახასიათებელი სპექტრი. მათ განაცხადეს ელემენტ-87 არმოცენის შესახებ და დაარქვეს მას ”alkalinium”-ი, რადგანაც იგი უნდა ყოფილიყო ყველაზე მძიმე ტუტე მეტალი.
1930-1936 წლებში ჩატარებულ იქნა კვლევები, მაგრამ ზუსტად ვერ დადგინდა ელემენტი-87 არსებობა. ეკა-ცეზიუმი აღმოჩენილ იქნა 1939 წელს, საფრანგეთში, პარიზის კიურის ინსტიტუტში — მარგარეტ პერეის მიერ, როდესაც იგი ახდენდა, აქტინიუმ-227-ის ნიმუშის გასუფთავებას. ამ დროს გამოყოფილ იქნა უცნობი ელემენტი, რომელიც ამჟღავნებდა ტუტე მეტალის თვისებებს (ასევე გამოილექებოდა ცეზიუმის მარილებთან ერთად), რამაც დაარწმუნა პერეი, რომ ეს იყო ელემენტი-87. მან ელემენტს ჯერ უწოდა ”cation” (რადგანაც მას ჰქონდა ყველაზე ელექტროდადებითი კათიონი), ხოლო შემდეგ მ. პერეის მიერ შემოთავაზებული იქნა ახალი სახელწოდება ”ფრანციუმი” (საფრანგეთის გამო). ეს სახელი ოფიციალურად დამტკიცებულ იქნა 1949 წელს სუფთა და გამოყენებითი ქიმიის საერთაშორისო კავშირის მიერ. მისი სიმბოლო თავდაპირველად იყო Fa, მაგრამ იგი ჩქარა შეიცვალა Fr-ით. ფრანციუმი იყო ბოლო ელემენტი, რომელიც აღმოჩენილ იქნა ბუნებაში.
იზოტოპები
ცნობილია ფრანციუმის 34 იზოტოპი, ატომური მასით 199-დან 232-მდე. მას გააჩნია მეტასტაბილური ბირთვული იზომერი. ბუნებაში გვხვდება მხოლოდ ფრანციუმ-223 და ფრანციუმ-221 იზოტოპები. ფრანციუმ-223 წარმოადგენს უფრო სტაბილურ იზოტოპს (ნახევარდაშლის პერიოდია 21.8წთ). ფრანციუმ-223 წარმოადგენს აქტინიუმის დაშლის სერიის მეხუტე პროდუქტს, როგორც აქტინიუმ-227-ის შვილობილი პროდუქტი. ფრანციუმ-223 შემდგომ b-დაშლით იძლევა რადიუმ-223.
ფრანციუმ-211-ის ნახევარდაშლის პერიოდია 4.8წთ. იგი წარმოადგენს ნეპტუნის დასლის სერიის მეცხრე პროდუქტს, როგორც აქტინიუმ-225-ის შვილობილი პროდუქტი. ფრანციუმ-211 შემდგომ ალფა დაშლით, გადადის ასტატ-217.
ყველაზე ნაკლებ სტაბილურია იზოტოპი - ფრანციუმ-215, ნახევარდაშლის პერიოდით 0.12მკწ. მისი მეტასტაბილური იზომერი - ფრანციუმ-215 ნაკლებად მდგრადია. მისი ნახევარდაშლის პერიოდი კი მხოლოდ 3.5ნწმ.
დახასიათება
ფრანციუმი არასტაბილური ელემენტია. მისი ყველაზე სტაბილური იზოტოპია, ფრანციუმ-223 (ნახევარდაშლის პერიოდი, მხოლოდ 22 წუთია) განსხვავებით ასტატისაგან, რომელიც მეორე არამდგრადი ბუნებრივი ელემენტია, რომლის მაქსიმალური ნახევარდაშლის პერიოდია — 8.5სთ. ფრანციუმის ყველა იზოტოპი იშლება ასტატად, რადიუმად და რადონად. ფრანციუმი წარმოადგენს ტუე მეტალს, რომლის ქიმიური თვისებები უფრო მეტად ემსგავსება ცეზიუმს. იგი ყველაზე მძიმე ელემენტია, რომელსაც გააჩნია ერთი სავალენტო ელექტრონი. მას ყველა ელემენტთან შედარებით აქვს უდიდსი ექვივალენტური წონა. განსაზღვრული იქნა, რომ ფრანციუმის ლღობის ტემპერატურა 27 °C-მდეა (80 °F, 300 K), ხოლო მისი დუღილის ტემპერატურაა 677 °C (1250 °F,950 K).
ლ. პოლინგმა დაადგინა, რომ ფრანციუმის ელექტროუარყოფითობა ტოლია 0.7 (პოლინგის შკალის მიხედვით), ეს კი ტოლია ცეზიუმის ელექტროუარყოფითობისა.
ფრანციუმი გამოილექება ცეზიუმის ზოგიერთ მარილთან ერთად, მაგალითად, ცეზიუმის პიროქლორატთან ერთად, რომელიც მცირე რაოდენობით შეიცავს ფრანციუმს. ეს პროცესი შეიძლება გამოვიყენოთ ფრანციუმის იზოლაციისათვის გლენდენინის და ნელსონის მეთოდში. თანაგამოლექვა ხდება ცეზიუმის სხვა მარილების თანაობისასაც, მათ შორის იოდატების, პიკრატების, ტარტრატების (რუბიდიუმ ტარტრატიც), ქლორპლატინატის და სილიციუმვოლფრამატის თანაობისას. იგი აგრეთვე გამოილექება სილიციუმვოლფრამ მჟავას და პერქლორმჟავას თანაობისას, სხვა ტუტე მეტალების გარეშე. ფრანციუმის თითქმის ყველა მარილი წყალში ხსნადია.
აქტინიუმის შემცველი მადნებიდან მიღებულია ფრანციუმის სუფთა ქლორიდი. ფრანციუმი იხსნება წყალსა და მჟანგველებში, როგორიცაა: HCl, H2SO4, HNO3, H2S. არ ილექება H2S, (NH4)2S, NH4OH, Na2CO3, NaOH, H2O2-ის მოქმედებით.
ფრანციუმის ძნელად ხსნადი ნაერთებია: FrClO4, ფრანციუმის პიკრატი C3H2(NO3)3OFr. ფრანციუმი პერიოდულ სისტემის ყველა ელემენტზე ელექტროდადებითი ელემენტია. რადიოაქტიური ფრანციუმი ფართოდ გამოიყენება ბიოლოგიაში.
გავრცელება
ფრანციუმ-223 წარმოადგენს აქტინიუმ-227-ის ალფა დაშლის პროდუქტს. იგი კვალის სახით ნაპოვნია ურანისა და თორიუმის მინერალებში. ურანის ნიმუშში, ფრანციუმის ყოველ ერთ ატომზე მოდის 1×1018 ურანის ატომი. იგი დედამიწის ქერქში 30გ-ზე მეტია მუდმივად. ამის გამო იგი წარმოადგენს მეორე იშვიათ ელემენტს ასტატის შემდეგ.
სინთეზი
ფრანციუმი სინთეზირდება ბირთვულ რეაქციაში
197Au + 18O → 210Fr + 5 n
ეს პროცესი შეისწავლა ფიზიკოსმა ს. ბრუკმა. მან მიიღო იზოტოპები, მასით 209.210 და 211, რომელიც შემდეგ გამოყოფილ იქნა მაგნიტურ-ოპტიკური ტრაპით (MOT). იზოტოპის წარმოქმნის სიჩქარე დამოკიდებულია ჟანგბადის ნაკადის ენერგიაზე.
სხვა სინთეზური მეთოდები მოიცავს რადიუმის დაბომბვას ნეიტრონებით და თორიუმის დაბომბვას პროტონებით, დეიტრონებით და ჰელიუმის იონით. მცირე ნახევარდაშლის პერიოდის გამო ფრანციუმის თვისებების შესწავლა ხდება ნიმუსებზე, რომლებიც მას შეიცავენ უმნიშვნელო რაოდენობით.
გამოყენება
იმის გამო, რომ ფრანციუმი არასტაბილური და იშვიატი ელემენტია, მას არა აქვს კომერციული გამოყენება. იგი შეიძლება გამოყენებული იქნეს კვლევიტი მიზნებისათვის ბიოლოგიაში და ასევე ატომურ სტრუქტურაში. იგი გამოიყენება, როგორც პოტენციური დიაგნოსტიკური საშუალება სხვადასხვა კანცეროგენების კვლევისათვის, მაგრამ ამ უკანასკნელმა სავარაუდოდ ვერ ჰპოვა პრაქტიკული გამოყენება.
ლიტერატურა
Хайд И., Радиохимия франция и тория, перевод с англ., Москва 1961
რესურსები ინტერნეტში
webelements.com // ფრანციუმი
chemistry.ge // ფრანციუმი
სქოლიო