Франциум

Франциум — хемиски елемент со симбол  Fr и атомски број 87. Се користи за да биде познат како Ека-цезиум и actinium К.најмалку нестабилен изотоп е франциум-223 Тој е вториот најмалку електронегативен елемент, веднаш зад цезиум. Франциумот е високо радиоактивен метал кој се распаѓа на astatine, радиум, и радон. Како алкален метал, тој има еден валентен електрон.

Масовно франциумот никогаш не се гледа.Според општиот изглед на други елементи во своите периодични колони од табелата, се претпоставува дека франциумот ќе се појави како високо рефлективен метал.Обезбедувањето на такви примероци е многу неверојатно, бидејќи екстремната топлина на забите (полураспадот на својот најдолг животен век изотоп е само 22 минути) веднаш испарува како видлива количина на елементот.

Франциумот беше откриена од страна на Маргарет Perey во Франција (од каде елементот го  носи името) во 1939. Тоа беше последниот елемент првпат кој се  откри во природата, а не од страна на синтеза.Некои вештачки елементи, како технециум и плутониум, подоцна се наоѓаат во природата. Надвор од лабораторија, франциумот е исклучително редок, и трагиод него  се наоѓаат во уран и ториум, каде изотоп  Франциум -223 постојано се  формира  и се распаѓа. Постои 20-30 g (една унца) во било кое дадено време во текот на Земјината кора; но другите  изотопи (освен за франциум-221) се целосно вештачки. Најголемиот износ произведени во лабораторија беше група од повеќе од 300.000 атоми.

 Особености 
Франциумот  е  најнестабилен одприродно-настанатите елементи: нејзиниот  најголем стабилен изотоп, francium-223, има полураспад од само 22 минути. Спротивно на тоа, astatine, вториот најмалку стабилен природен  елемент, има полуживот од 8,5 часа. Сите изотопи на франциумот се распаѓаат  во astatine, радиум, или радон. Франциумот исто така е помалку стабилен од сите вештачки елементи до елементот 105.

Франциумот е алкален метал чиј хемиски својства најмногу личат на оние на цезиумот. Тежок елемент со еден валентен електрон, тој има најголема еквивалентна тежина од секој елемент. Течно создадениот  франциум треба да има површински напон од 0,05092 N/m во својата точка на топење. Точката на топење на франциумот беше пресметана за да биде околу 27 °C (80 °F, 300 К). Точката на топење е неизвесна.Така, проценетата вредност  на точката на вриење од 677 °C (1250 °F, 950 К) е исто така неизвесна.

Лајнус Полинг проценува електронегативност на франциум од 0,7 на скалата на Полинг, исто како и цезиум, вредноста за цезиум оттогаш се сведува  на 0,79. Франциумот  има малку повисока енергија на јонизација од цезиумот , 392,811(4) kJ/mol што е спротивно на 375,7041(2) kJ/mol на  цезиум, како што би се очекувало од релативистички ефекти, а тоа би значело дека цезиум е помалку електронегативен од двете. Франциум исто така треба да има поголем афинитет на електрони од цезиум. Francium супероксид (FrO2), се очекува да има повеќе ковалентен карактер  од своите сродни елементи; ова се должи на 6p електроните во Франциумот да бидат повеќе вклучени во сврзување francium кислород.

Франциум coprecipitates со неколку цезиум соли, како што цезиум перхлорат, резултира со мали количини на франциум перхлорат. Речиси сите франциум соли се растворливи во вода.

 Изотопи 

Постојат 34 познати изотопи на Франциум кои се движат со атомска маса од 199 до 232. Франциумот има седум метастабилни јадрени изомери.  Франциум-223 и Франциум-221 се единствените изотопи кои се јавуваат во природата, иако првиот е далеку повеќе заеднички.

Франциум-223 е најстариот стабилен изотоп, со полураспад од 21,8 минути, и  е многу веројатно дека изотоп на Франциум со подолг полураспад некогаш ќе биде откриен  или синтетизиран. Франциум-223 е петти производ на серијата актиниум како ќерка изотоп на actinium-227.  Франциум-223 потоа се распаѓа во радиум-223 од бета распаѓање (1149 keV распадна енергија), со мали (0.006%) алфа распаѓање на пат да astatine-219 (5,4 MeV распаѓање енергија).

Франциум-221 има полураспад од 4,8 минути. Тој е деветтиот производ на серијата neptunium  како ќерка изотоп на actinium-225. Франциум-221 потоа се распаѓа во astatine-217 со алфа распаѓање ( 6,457 MeV распадна енергија).

Најмалку стабилна основна состојба на  изотоп е francium-215, со полураспат од 0,12 μs. (9,54 MeV алфа распаѓање на astatine-211).

 Апликации 
Поради својата нестабилност и реткост, не постојат комерцијални апликации за Франциум.  Тој се користи за истражувачки цели во областа на хемијата и на атомската структура. Неговата употреба како потенцијалена дијагностичка помош за различни видови на рак, исто така, е истражена, но оваа апликација се смета за непрактична.

Франциум има способност да се синтетизира, заробени, и заедно со својата релативно едноставна атомска структура е предмет на специјализирани експерименти  во спектроскопија кои се направени. Овие експерименти доведоа до поспецифични информации во врска со нивото на енергија и константната спрега помеѓу субатомски честички. Од студиите на светлината емитирана од ласерски заробени франциум-210 јони се предвидени точни податоци за транзиции меѓу атомското ниво на енергија кои се прилично слични на оние предвидени со квантната теорија.

 Историја 
Уште во 1870 година, хемичарите сметале дека треба да има еден алкален метал надвор од цезиум, со атомски број 87. Тоа тогаш беше наведено од страна на привременото име Ека-цезиум. Франциум (атомски број 87), последниот откриен природен елемент]. Истражувачки тимови се обиделе да го лоцираат и да го изолираат овој елемент што недостасува, а беа направени најмалку четири лажни тврдења дека елементот бил пронајден пред да се направи автентично откритие.

 Погрешни и нецелосни откритија 
Советскиот хемичар Д. К. Dobroserdov беше првиот научник кој тврдел дека пронашол Ека-цезиум, или франциум. Во 1925 година, тој забележал слаба радиоактивност во примерок на калиум, уште еден алкален метал, и погрешно заклучил дека Ека-цезиум беше контаминација на примерокот (радиоактивноста од примерокот беше од природно-настанатите калиум радиоизотоп, калиум-40).  Кратко потоа, Dobroserdov почна да се фокусира на наставата кариера на Политехничкиот институт во Одеса.

Следната година, англискиот научник Gerald J. F. Druce и Фредерик Х. Лоринг анализирале рендгенски фотографии на манган (II) сулфат. Тие забележале спектрални линии кои се претпоставувале дека се на ЕКА-цезиум. Тие го најавија нивното откритие на елементот 87 и предложиле alkalinium име, како што тоа и ќе биде најтешкиот алкален метал.

Во 1930 година, Фред Алисон Алабама на Политехничкиот институт тврди дека откриле 87 елементи при анализа  на pollucite и lepidolite користејќи ја својата магнето-оптички машина. Алисон бара да биде именуван virginium по неговата матична држава Вирџинија, заедно со симболите VI и В.М..

Во 1936 година, романскиот физичар Horia Hulubei и неговиот француски колега Yvette Cauchois исто така ги анализирале pollucite, овој пат со користење на нивните Х-зраци апарат со висока резолуција. Тие забележале неколку слаби линии на емисиите, кои се претпоставувале дека се оние на елементот 87. Hulubei и Cauchois го објавија своето откривање и предложиле moldavium име, заедно со симболот ml, по Молдавија, романската покраина каде што е роден Hulubei.  Во 1937 година, работата  на Hulubei беше критикувана од страна на американски физичар FH Hirsh Џуниор, кој го отфрли истражување на  Hulubei преку неговите  методи. Hirsh беше сигурен дека Ека-цезиум не може да се најде во природата, а  Hulubei наместо тоа  набљудувал жива или бизмут Х-зраци линии. Hulubei инсистирал на тоа дека неговите  рендгенски апарати и методи биле толку точни па не може да се направи таква грешка. Поради ова, Жан Батист Перен, добитник на Нобеловата награда и ментор на Hulubei е,одобрена moldavium како вистински Ека-цезиум над неодамна откриениот Франциум од Маргарет Perey е. Perey се потруди да биде точна и детална во својата критика на работата Hulubei, и, конечно, таа беше заслужена како единствен пронаоѓач на елементот 87. Сите други претходни наводни откритија на елементот 87 се отфрлиле.

 Анализите на Perey 
Ека-цезиум беше откриен во 1939 година од страна на Маргарет Perey на Институтот Кири во Париз, кога таа прочистениот примерок од actinium-227 заклучила дека има распадна енергија од 220 keV. Perey забележала дека честичките имаат ниво на енергија од 80 keV. Различните тестови ја елиминираа можноста на непознат елемент како ториум, радиум, олово, бизмут, или талиум. Новиот производ изложи хемиски својства на алкален метал, што доведе Perey да веруваат дека тоа е елемент 87, предизвикан од алфа распаѓање на actinium-227. Perey потоа се обидела да го утврди процентот на бета распаѓање на алфа распаѓање во actinium-227. Нејзиниот прв тест доби алфа разгранување на 0,6%, бројка која подоцна ревидиран до 1%.

Perey  во 1946 година, таа го предложи името catium за новооткриениот нејзин елемент. Ирен Жолио-Кири, еден од надзорниците на Perey  се противел на името. Perey тогаш предложила Франциум, по Франција. Ова име беше официјално усвоено од страна на Меѓународниот сојуз за чиста и применета хемија во 1949 година, и станува вториот елемент по галиум да биде именуван по Франција. Му беше доделен  симболот Fa. франциум беше последниот елемент откриен во природата, а  да не се синтетизира, по rhenium во 1925 година. Понатамошното истражување за структурата на франциум е извршено од страна, од Sylvain Либерман, и неговиот тим на ЦЕРН во 1970-тите и 1980-тите.

 Појава 

 Природа 
223Fr е резултат на алфа распаѓање на 227Ac и може да се најде во траги во уран и ториум минерали. Во даден примерок на ураниум, таму се очекува да биде само еден франциум атом за секој 1 × 1018  ураниум атоми. Таа се пресметува дека има најмногу 30 гр франциум во Земјината кора во било кое дадено време.

 Синтеза  

франциумот можат да се синтетизира во јадрената реакција:

197Au + 18O → 210Fr + 5 n
Овој процес,  е развиен од страна на Стони Брук физика, приносите на франциум изотопи со маса од 209, 210 и 211,  кои потоа се изолирани од магнето-оптичка стапица (МОТ). Стапката на производство на одредена изотоп зависи од енергијата на кислород зрак. Еден 180 зрак од Стони Брук LINAC создава 210Fr во цел на злато со јадрена реакција 197Au + 18O → 210Fr + 5n.  Производството е потребно извесно време за да се развие и да го разбереме. Јадрената реакција вградува Франциум атоми длабоко во цел на злато, и тие мора да се отстранат ефикасно. Атомите брзо да се дифузни на површината на целта за злато и се ослободуваат како јони, но тоа не се случува во секое време. Јоните на франциум се водени од електростатички леќи сè додека не слетаат на површината на топла итриум и да станат неутрални повторно. Тогаш Франциум се инјектира во стаклена светилка. Магнетното поле и ласерските зраци се изладени  и се ограничи на атоми. Иако атоми остане во стапица за само околу 20 секунди пред да избега (или распаѓање), постојан прилив на свежи атоми на местото на оние изгубените. Првично, околу 1000 франциум атоми биле заробени во експериментот. Истражувачите сега можат да направат многу чувствителни мерења на емитираната светлина и се апсорбира од страна на заробени атоми, обезбедување на првата експериментални резултати на разни транзиции меѓу атомското ниво на енергијата во франциум. Првичните мерења покажуваат многу добар договор меѓу експерименталните вредности и пресметки врз основа на квантната теорија. Франциум не се синтетизира во количини доволно големи.

Категорија:Хемиски елементи
Категорија:Алкални метали