موضوع مقاله: فرانسیم | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # فرانسیم | مقدمه: فرانسیُم با نام قدیمی اِکا-سزیم، عنصری شیمیایی با نماد Fr و عدد اتمی ۸۷ است که در گروه IA (فلزهای قلیایی) و دورهٔ هفتم جدول تناوبی قرار گرفته‌است. | ## بخش 1: فرانسیم | از دههٔ ۱۸۷۰، که شواهدی مبنیٰ بر وجود این عنصر ارائه شد، چندین تلاش ناموفق برای کشف عنصر، انجام شد؛ تا اینکه شیمی‌دان فرانسوی؛ مارگریت پری برای اولین بار موفق شد تا این عنصر را ثبت کند. عنصر به افتخار زادگاه پری، و کشوری که عنصر در آن کشف شده‌بود، یعنی فرانسه؛ فرانسیم نام گرفت؛ که به آخرین عنصر کشف شده‌ای که در طبیعت به شکل آزاد وجود دارد؛ بدل شد. فرانسیم در طبیعت؛ در مقادیر بسیار ناچیز، در سنگ معدن اورانیم و توریم یافت می‌شود؛ به شکلی که فرانسیم پس از آستاتین کمیاب‌ترین عنصر شناخته شده‌است و حتیٰ تخمین زده شده‌است، که در پوسته زمین؛ در هر زمان مشخص، به دلیل ناپایدار بودن آن، فقط حدود ۳۰ گرم فرانسیم وجود دارد. بیشترین مقدار فرانسیمی که تاکنون در یک آزمایش، سنتز شده؛ یک خوشه ۱۰٬۰۰۰ اتمی بوده‌است که از طریق ابر اتمی سرد در دانشگاه استونی بروک، در سال ۱۹۹۷ ساخته شده‌است. فرانسیم، یک الکترون ظرفیتی دارد و در میان همهٔ عناصر جدول تناوبی، دارای کمترین الکترونگاتیویته است. دمای ذوب و جوشش فرانسیم به ترتیب ۲۷ و ۶۷۷ درجه سانتی‌گراد، و شعاع اتمی آن ۲۷۰ پیکومتر است. تمامی ایزوتوپ‌های فرانسیم، ناپایدارند؛ به شکلی که فرانسیم-۲۲۳ — پایدارترین ایزوتوپ فرانسیم — نیمه‌عمری حدود ۲۲ دقیقه دارد. با وجود نیمه‌عمر نسبتاً کوتاه این عنصر، امروزه دانشمندان کاربردهای زیادی برای این عنصر رادیواکتیو، متصور می‌شوند؛ از جمله استفاده آن در پزشکی هسته‌ای (برای تشخیص سرطان) و همچنین استفاده از آن در طیف‌سنجی و تحقیقات هسته‌ای و کاربردهای بسیار زیاد دیگر. تاریخچه در حدود سال‌های دهه ۱۸۷۰ شیمی‌دان‌ها متوجه شدند که باید عنصری با عدد اتمی ۸۷ در گروه فلزات قلیایی زیر سزیم وجود داشته باشد. گروه‌های پژوهشی تلاششان را برای یافتن و خالص‌سازی این عنصر ناشناخته آغاز کردند و پس از ۴ تلاش ناموفق، این عنصر ساخته شد. اکتشافات ناقص و ناتمام دوبرو سردوف شیمیدان روسی اولین شخصی بود که ادعای کشف عنصری به نام روسیم یا اکا سزیم را عنوان کرد. در سال ۱۹۲۵ او متوجه وجود رادیواکتیویته ضعیفی در یک نمونه پتاسیم شده و و نتیجه گرفت که این نمونه ممکن است حاوی مقداری از همان عنصر ۸۷ باشد. سپس او رساله‌ای در مورد خواص این عنصر نوشت و بخاطر نام کشورش آنرا روسیم نام گذاری کرد. اندکی پس از آن دوبرو سردوف به تدریس در انستیتوی پلیمر اودسای اوکراین پرداخت و تحقیقات بیشتری در زمینه این عنصر به عمل نیاورد. آنان در این مشاهده به خطوط طیفی برخورد کردند که گمان می‌بردند مربوط به اکا سزیم باشد. آلیسون پیشنهاد کرد که بخاطر زادگاهش یعنی ایالت ویرجینیا این عنصر ویرجینیم نامگذاری شود و نماد Vi یا Vm داشته باشد. این عنصر به افتخار مولداوی که آزمایش‌ها در آنجا انجام شد مولداویم نام گرفت و نماد آن هم Ml تعیین گشت. | ## بخش 2: فرانسیم | هرش اطمینان داشت که اکا سزیم در طبیعت وجود ندارد و آنان به اشتباه خطوط نشر جیوه یا بیسموت را مشاهده کرده‌اند. اگرچه هولوبی تأکید می‌کرد که دستگاه‌های او آنچنان دقیق اند که چنین اشتباهی را مرتکب نمی‌شوند. از این رو، این ایزوتوپ را می‌توان تنها با استاتین-۲۱۹ (محصول واپاشی آلفای فرانسیم-۲۲۳) مقایسه کرد. این ایزوتوپ استاتین، خود با نیمه‌عمری برابر با ۵۶ ثانیه، پایدارترین ایزوتوپ طبیعی استاتین است؛ هرچند که ایزوتوپ‌های سنتز شدهٔ استاتین مانند استاتین-۲۱۰ نیمه‌عمری به مراتب بیشتر، برابر با تقریباً ۸ ساعت، دارد. فرانسیم-۲۲۳ از پایدارترین ایزوتوپ، تمامی عناصر سبک‌تر و حتی عناصر سنگین‌تر تا دوبنیم (عنصری با عدد اتمی ۱۰۵)؛ ناپایدارتر است! به علت نایابی و ناپایداری امکان جدا کردن اتم‌های فرانسیم به حدی که قابل اندازه‌گیری باشند نیست به همین دلیل برای تعیین خواص آن بیشتر بر روی مکان آن در جدول تناوبی تکیه می‌کنند. فرانسیم با نام اکا-سزیم هم شناخته می‌شود؛ از این رو و موقعیت آن در جدول تناوبی امروز پیش‌بینی می‌شود که خواص آن بسیار شبیه سزیم باشد. فرانسیم عنصری سنگین، با تنها یک الکترون ظرفیت است؛ که بیشترین وزن اکی‌والان را میان تمام عناصر طبیعی را به این عنصر اختصاص می‌دهد. فرانسیم مایع -در صورت تشکیل- در دمای ذوبش تنش سطحی برابر ۰٫۰۵۰۹۲ نیوتن بر متر خواهد داشت. دمای ذوب فرانسیم، هرچند، به علت ناپایداری و پرتوزایی آن، به‌طور دقیق مشخص نیست؛ ولی نزدیک به ۸ درجه سانتی‌گراد تخمین‌زده شده‌است؛ هرچند ارقام دیگری هم برای دمای ذوبش مطرح شده؛ برای مثال، بر اساس روش مندلیف؛ دمای ذوب آن باید حدود ۱٫۵±۲۰ درجه باشد. نقطه جوش آن نیز به‌طور دقیق مشخص نیست؛ تخمین‌های اولیه دما را نزدیک به ۶۲۰ درجه، پیش‌بینی می‌کردند؛ پیش‌بینی دیگری عدد ۵۹۸، را پیشنهاد می‌داد و بر اساس روش مندلیف، به عدد ۶۴۰ می‌رسید. به محاسبه لینوس پاولینگ مقدار الکترونگاتیوی فرانسیم باید با سزیم برابر و حدود ۰٫۷ باشد گرچه محاسبات جدیدتر مقدار آن را ۰٫۷۹ نشان می‌دهند اما این مقادیر به‌طور تجربی تأیید نشده‌اند. با محاسبات فعلی فرانسیم کمترین الکترونگاتیوی را در بین عناصری که تا به امروز می‌شناسیم دارد. فرانسیم همچنین می‌تواند با بسیاری از نمک‌های سزیم مانند پرکلرات، یدید، تارتارات، کلروپلاتینات و سیلیسیم‌تنگستات و همچنین روبیدیم تاتارات واکنش دهد. همچنین با سیلیسیم‌تنگستات و کلروپلاتینات واکنش داده و به ترتیب تولید اسید سیلیکوتنگستیک و پرکلریک اسید می‌کند.E. کاربردها فرانسیم به علت ناپایداری و کمیاب بودن، کاربرد تجاری ندارد؛ ولی فرانسیم امروزه، برای تحقیقات دربارهٔ خواص شیمیایی و ساختار اتمی، استفاده می‌شود. این آزمایش‌ها به کشف اطلاعات دقیقی دربارهٔ پتانسیل شیمیایی، ذرات زیر اتمی و ترازهای انرژی انجامیده‌است. | ## بخش 3: فرانسیم | با توجه به روند سنتز شدن فرانسیم و ساختار اتمی ساده‌ای که دارد؛ امروزه از آن در آزمایش‌های طیف‌سنجی نیز استفاده می‌شود. امروزه به نظر می‌رسد که می‌توان از فرانسیم در نیروگاه‌های هسته‌ای و سیکلوترون‌ها نیز برای تحقیقات استفاده کرد. پژوهش‌هایی دربارهٔ استفاده از فرانسیم برای تشخیص سرطان انجام شده‌است، ولی انجام این عمل، حتی با امکانات فعلی و امروزی، هنوز ناممکن به نظر می‌رسد. مطالعات بر روی نور گسیل شده توسط یون‌های فرانسیم-۲۱۰ به دام‌انداخته شده توسط لیزر، داده‌های دقیقی راجع به گذارهای بین ترازهای انرژی اتمی در اختیار گذاشته‌اند که شباهت زیادی به نتایج پیش‌بینی شدهٔ نظریه کوانتم دارد. در طبیعت فرانسیم ۲۲۳ نتیجه فروپاشی آلفای آکتینیم-۲۲۷ است که در سنگ معدن توریم و اورانیم یافت می‌شود. در مقدار مشخصی از اورانیم، گمان می‌رود که به ازای یکصد میلیون اتم اورانیم یک اتم فرانسیم یافت شود. حاصل از سنتز فرانسیم می‌تواند از واکنش هسته‌ای Au(۱۹۷) + O(۱۸) → Fr(۲۱۰) + ۵n بدست آید و از این طریق دانشگاه استونی بروک توانست مقدار زیادی از ایزوتوپ‌های فرانسیم-۲۰۹، ۲۱۰ و ۲۱۱ فرانسیم را تهیه کند. که روش مشتق شدهٔ تله مغنانوری است.این روش در جداسازی فرانسیم کاربرد دارد بجز این، روش‌های بمباران رادیم با نوترون و بمباران توریم با پروتون، دوتریم و یون‌های هلیم در سنتز فرانسیم بکار می‌رود. در روش تله مغنانوری اتم‌های فرانسیم از طریق میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط مس جدا شده و توسط لیزر به دام انداخته می‌شوند. ایزوتوپ‌های اصلی تاکنون ۳۴ ایزوتوپ فرانسیم از عدد جرمی ۱۹۹ تا ۲۳۲ کشف یا سنتز شده‌اند. دو ایزوتوپ فرانسیم-۲۲۳ و ۲۲۱ تنها ایزوتوپهایی هستند که در طبیعت یافت می‌شوند، ولی فراوانی فرانسیم-۲۲۱ به مراتب بیشتر از فرانسیم-۲۲۳ می‌باشد. سپس با واپاشی بتا به رادیم-۲۲۳ (با انرژی واپاشی ۱۱۴۹ کیلوالکترون ولت) تبدیل می‌شود؛ در این بین درصدی جزئی از آن (۰٫۰۰۶٪) با واپاشی آلفا به آستاتین-۲۱۹ تبدیل می‌شود. بعد از فرانسیم-۲۲۳، فرانسیم-۲۱۲ با نیمه‌عمر ۲۰ دقیقه پایدارترین ایزوتوپ می‌باشد فرانسیم-۲۲۱ نیمه‌عمری حدود ۴٫۸ دقیقه دارد و نهمین محصول فروپاشی آکتینیم-۲۲۵ است. سپس خود با فروپاشی آلفا به آستاتین-۲۱۷ تبدیل می‌شود (با انرژی واپاشی ۶٫۴۵۷ مگاالکترون ولت). فرانسیم-۲۱۸ نیز به‌طور تخمینی نیمه‌عمری نزدیک به ۵ ثانیه دارد و با واپاشی آلفا و با انرژی ۷٫۸۵ مگا الکترون ولت به آستاتین تبدیل می‌شود. | ## جمع‌بندی | ناپایدارترین ایزوتوپ فرانسیم، در حالت پایه، فرانسیم-۲۱۵ با نیمه‌عمر ۰٫۱۲ میکروثانیه‌است (انرژی واپاشی ۹٫۵۴ کیلوالکترون ولت).