Францый

**Францый** (хімічны сімвал — Fr, ад ) — радыеактыўны хімічны элемент 1-й групы (паводле ўстарэлай класіфікацыі — галоўнай падгрупы першай групы, IA) сёмага перыяду перыядычнай сістэмы хімічных элементаў Дз. І. Мендзялеева з атамным нумарам 87.

Францый — самы цяжкі шчолачны метал; па ўласцівасцях ён найболей падобны да цэзію. Да яго адкрыцця меркавалася, што ён з’яўляецца самым электрададатным металам і найболей хімічна актыўным з усіх металаў, аднак устаноўлена, што энергія іанізацыі атама францыю вышэйшая, чым у цэзію, таму найбольш электрададатным і хімічна актыўным металам трэба лічыць, відаць, цэзій. Праз рэдкасць і высокую радыеактыўнасць францый амаль нідзе не выкарыстоўваецца.

Францый — самы рэдкі прыродны элемент пасля астату; у прыродзе сустракаецца ў нікчэмна малых колькасцях: так, па некаторых даных на 1 атам Fr прыпадае 3·1018 атамаў прыроднага урана. Усе ізатопы надзвычай радыеактыўныя. Выяўлены іхнія распады ў астат (шляхам альфа-распаду), радон (шляхам пазітроннага распаду і канкурэнтнага электроннага захопу) і радый (шляхам бэта-мінус-распаду); акрамя таго, вядомы надзвычай рэдкі кластарны распад францыю-221 у талій-207 з вылучэннем ядра 14C. Гэта апошні элемент, упершыню выяўлены ў прыродзе, а не шляхам ядзернага сінтэзу.

Многія яго фізічныя ўласцівасці могуць быць вызначаны толькі шляхам разліку, зыходзячы з даных пра стабільныя шчолачныя металы. Разліковая шчыльнасць францыю ад 1,87 да . Тэмпература плаўлення францыю па некаторых даных ад 8 да 30 °C, але гэты моцнарадыеактыўны метал вылучае гэтулькі цяпла, што нават у выпадку атрымання некалькіх міліграмаў, ён неадкладна закіпіць і ператворыцца ў святлівы дым.

Спробы адкрыць элемент доўгі час былі няўдалымі. Першапачаткова яго спрабавалі знайсці там, дзе змяшчаецца шмат шчолачных элементаў — у марской вадзе і ў попеле ад спальвання раслін. Толькі пасля вывучэння радыеактыўных радоў прыродных ізатопаў торыю-232, урану-235 і 238, было дапушчана, што элемент 87 існуе ў выглядзе прамежкавых членаў гэтых радоў. Адкрыты ў 1939 годзе Маргарытай Пэрэй праз 69 гадоў пасля прадказання Мендзялеева як прадукт распаду актынію.

Сёння крыніцай атрымання гэтага элемента з’яўляюцца прэпараты актынія і ядзерныя рэакцыі, напрыклад, апрамяненне залатой мішэні іонамі неону або кіслароду, плацінавай мішэні — іонамі вугляроду, уранавай і торыевай — пратонамі.

У пошуках новага элемента ў вадзе мораў і акіянаў асаблівую цікавасць уяўляла вада Мёртвага мора. Даследчыкі ўстанавілі, што вада гэтага мора ў вялікіх колькасцях змяшчае солі шчолачных металаў, галагены і іншыя элементы. Англійскі навуковец , які ў ліпені 1925 года адправіўся ў гэтыя краі, пісаў: «Ужо некалькі гадоў таму — мне прыйшло ў галаву, што калі экацэзій здольны да сталага існавання, то яго можна будзе знайсці ў Мёртвым моры». З проб вады Мёртвага мора ён выдаліў усе элементы, пакідаючы толькі шчолачныя металы. Іхнія хларыды падзяляў шляхам дробавага асаджэння. Хларыд новага элемента меў быць самым растваральным. З вычышчанага канцэнтрату ён высадзіў хлараплатынат калію, у якім прадугледжваў наяўнасць солі экацэзію. Аднак ні рэнтгенаспектральны аналіз, ні вымярэнні шчыльнасці, ні даныя оптыкі вынікаў не далі.]]
Францый — адзін з самых рэдкіх элементаў. Яго змест у зямной кары ў цяперашні час не перавышае 500 г. Увесь прыродны францый з’яўляецца радыегенным, яго радыеактыўны распад кампенсуецца адначасовым узнікненнем новых атамаў францыю як прамежкавыя прадукты распаду урану-235 і торыю-232 (то-бок францый знаходзіцца ў векавай радыеактыўнай раўнавазе з матчынымі ізатопамі урану і торыю). Найбольш пашыраны ізатоп 223Fr з перыядам паўраспаду 21,8 хвіліны з’яўляецца прамежкавым членам актынауранавага рада (ряд урана-235). 1 тона прыроднага урану змяшчае 0,2 мг актынію-227 і ўсяго 3,8⋅10−10 г францыю-223. Аднак актыўнасць нават такога ўзору францыю будзе вялізнай: 279 МБк, гэта значыць у секунду будуць распадацца 279 млн атамаў францыю-223; ён пастаянна ўтвараецца ў выніку рэакцыі 238U(n,2n)237U (пад дзеяннем прыроднага патоку хуткіх нейтронаў, якія ўтвараюцца галоўным чынам у выніку (α,n)-рэакцыі на ядрах лёгкіх элементаў) і далейшага бэта-распаду 237U → 237Np. Акрамя таго, адзін з доўгажывучых членаў рада нептунію, уран-233, папярэднік францыю-221, утворыцца ва ўранавых і торыевых рудах у выніку захопу цеплавых нейтронаў торыем-232: 232Th(n,γ)233Th і двух далейшых параўнальна хуткіх бэта-распадаў: 233Th → 233Pa → 233U.

## Ізатопы 
У прыродзе існуе 2 ізатопы — 221Fr і 223Fr.

Францый — адзін з самых няўстойлівых прыродных элементаў: яго найбольш доўгажывучы ізатоп, францый-223, мае перыяд паўраспаду 21,8 хвілін.

Гэты ізатоп можа распадацца па двух каналах, ператвараючыся ў радый-223 (бэта-распад, верагоднасць амаль 100 %) альбо ў астат-219 (альфа-распад, верагоднасць 0,006 %). Гэты ізатоп быў вылучаны з прадуктаў распаду урану-233, атрыманага апраменьваннем торыю-232 цеплавымі нейтронамі:

: \ce{_88^{226}Ra} + {_0^{1}n} \xrightarrow{} \ce{_88^{227}Ra} + \gamma, 

: \ce{_88^{227}Ra} \xrightarrow{42{,}2  \,\,\text{мин}}\ce{_89^{227}Ac} + e^-  + \bar{\nu}_e,

: \ce{_89^{227}Ac} \xrightarrow{} \ce{_87^{223}Fr} + \ce{_2^{4}He} (1,4 %).

Францый вылучаюць шляхам электрафарэзу, экстракцыі, храматаграфіяй на арганічных і неарганічных сарбентах, суасаджэннем перхларатам або крэменявальфраматам цэзію, са свабоднай крэменявальфрамавай кіслатой. Час вылучэння францыю гэтымі метадамі 25-30 хвілін. Ад рубідыю і цэзію метал адлучаюць метадам размеркавальнай папяровай храматаграфіі (францый хутка рухаецца з фронтам раствору і збіраецца ў самым канцы папяровай стужкі), з дапамогай катыёнаабменных смол, і г. д.:
: \ce{^{197}_{79}Au} + \ce{^{18}_{8}O} \rightarrow \ce{^{215}_{87}Fr}^* \rightarrow \ce{^{210}_{87}Fr} + {5\,}^{1}_{0}\textrm{n}.

Нагрэтую да 930 °C (1200 К) залатую мішэнь масай 1,5 г і чысцінёю 99,9999 % абпраменьваюць іонамі 18O з лінейнага паскаральніка. Атрыманыя атамы францыю глыбока ўкараняюцца ў золата, і іх неабходна хутка выдаліць. Атамы хутка дыфундзіруюць да паверхні залатой мішэні і вызваляюцца ў выглядзе іонаў. Іоны францыю накіроўваюцца электрастатычнымі лінзамі, затым яны трапляюць на паверхню гарачага ітрыю, дзе яны зноў становяцца нейтральнымі. Атамы пераносяць у шкляную колбу. Магнітнае поле і адбітыя назад лазерныя прамяні астуджваюць і ўтрымліваюць атамы. Гэты метад дае магчымасць ствараць да мільёна атамаў 209Fr, 210Fr або 211Fr у секунду. Хуткасць вытворчасці пэўнага ізатопа залежыць ад энергіі пучка іонаў кіслароду. У залежнасці ад энергіі іонаў кіслароду, можна дамагчыся пераважнага сінтэзу ізатопаў францыю з масавымі лікамі 208—211. У выніку можна атрымаць каштоўны ізатоп, францый-212, з перыядам паўраспаду 20 хвілін:
: \ce{^{198}_{78}Pt} + \ce{^{19}_{9}F} \rightarrow \ce{^{212}_{87}Fr} + {5\,}^{1}_{0}\textrm{n}.

Аднак плаціна, у адрозненне ад золата, змяшчае шмат прыродных ізатопаў і мае вышэйшую тэмпературу плаўлення, а патэнцыяльная мішэнь для лёгкага аддзялення францыю ад яе павінна быць распалена амаль да тэмпературы плаўлення.

Акрамя таго, магчыма атрыманне ізатопаў францыю з масавым лікам 211—213 апрамяненнем прыроднага талію іонамі вугляроду-12 (77—96 МэВ) або вугляроду-13 (87—96 МэВ). Сумарныя рэакцыі:
: \ce{^{141}_{59}Pr} + \ce{^{60}_{28}Ni} \rightarrow \ce{^{197}_{87}Fr} + {4\,}^{1}_{0}\textrm{n},
: \ce{^{141}_{59}Pr} + \ce{^{60}_{28}Ni} \rightarrow \ce{^{198}_{87}Fr} + {3\,}^{1}_{0}\textrm{n},
: \ce{^{141}_{59}Pr} + \ce{^{60}_{28}Ni} \rightarrow \ce{^{199}_{87}Fr} + {2\,}^{1}_{0}\textrm{n},
: \ce{^{141}_{59}Pr} + \ce{^{60}_{28}Ni} \rightarrow \ce{^{200}_{87}Fr} + ^{1}_{0}\textrm{n}.

Але час існавання гэтых ізатопаў вылічаецца мілісекундамі. Гэты ізатоп існуе менш за секунду.

Пункт плаўлення невядомы праз надзвычайную рэдкасць і радыеактыўнасць элемента. Сустракаюцца значэнні ад 8 да 30 °C. Паводле разлікаў, тэмпература кіпення францыю 620—680 ° C, шчыльнасць пры пакаёвай тэмпературы складае , удзельная цеплыня плаўлення .

Макраскапічныя колькасці металу ніколі не былі атрыманы. Атрыманне такога ўзору, які можна было б убачыць або ўзважыць, вельмі малаверагодна, паколькі моцная цеплыня распаду, якая ўзнікае праз яго высокую ўдзельную актыўнасць, неадкладна выпарыць любую бачную колькасць элемента. Удавалася сабраць разам не больш за 300 тысяч атамаў францыю. У растворах атрымоўвалася дасягнуць змест толькі  францыю.

У растворах францый паводзіць сябе падобна да цэзію. Заўсёды сукрышталізуецца з яго злучэннямі. Рэлятывісцкія эфекты 6*p*-абалонкі робяць сувязь францыю з кіслародам у супераксідах, напрыклад, саставу FrO2, больш кавалентнай, у параўнанні з супераксідамі іншых шчолачных металаў.

Францый мае найніжэйшую электраадмоўнасць з усіх элементаў, вядомых у цяперашні час. Адпаведна, францый з’яўляецца і самым хімічна актыўным шчолачным металам. Па іншых даных, энергія іанізацыі атама францыю ўсё ж больш за энергію іанізацыі атама цэзію, таму самым актыўным металам трэба лічыць менавіта цэзій. Рэакцыя ідзе нават хутчэй, чым у выпадку з цэзіем.

: 2Fr + 2H_2O -> 2FrOH + H_2

На паветры францый будзе самазагарацца, утвараючы супераксід FrO2 вымяралі актыўнасць усіх прадуктаў распаду актынію-227 пасля дасягнення раўнавагі праз 3 месяцы. М. Пэрэй распрацавала вельмі хуткі метад вызначэння па даччыным францыю-223. Францый вылучаюць ад актынію праз 3 гадзіны пасля яго вылучэння з прыродных аб’ектаў і вымяраюць яго бэта-актыўнасць. Гэтым метадам можна з высокай дакладнасцю вызначаць актыній нават у прысутнасці іншых радыеактыўных элементаў.

Францый, падобна да рубідыю і цэзію назапашваецца ў нырках, печані, слінных залозах, таму ізатопы 212Fr і 223Fr выкарыстоўваюцца ў біялагічных даследаваннях. Францый таксама назапашваецца ў тканінах сарком, ягоная актыўнасць у тканіны злаякаснай пухліны ўзрастае адразу пасля пачатку захворвання. Гэтая ўласцівасць францыю дазваляе дыягнаставаць ракавыя захворванні без усялякай шкоды для чалавека праз малы перыяд паўраспаду 212Fr і 223Fr.

Цікавасць да францыю павялічыўся напрыканцы 1990-х. Тады была амаль завершана Стандартная мадэль элементарных часціц. Хоць гэтая мадэль у наш час з’яўляецца самай паспяховай тэорыяй фізікі элементарных часціц, яна недасканалая; прапанавана некалькі эфектаў, якія не ўпісваюцца ў Стандартную мадэль. З дапамогай францыю можна даследаваць званае незахаванне прасторавай цотнасці, якое ўзнікае, у прыватнасці, калі да электрамагнітных узаемадзеянняў электронаў і ядры дамешваецца слабае ўзаемадзеянне, што прыводзіць да анамалій выпускання або паглынання святла ў цяжкіх атамах. Электрадынаміка забараняе некаторыя пераходы электрона ў атаме, то-бок святло адпаведнай даўжыні хвалі атрымаць нельга, а парушэнне цотнасці іх часам дазваляе. Лягчэй за ўсё ажыццяўляць падобныя доследы на атамах шчолачных металаў, паколькі яны маюць толькі 1 валентны электрон над поўнасцю запоўненымі электроннымі абалонкамі. Чым цяжэй шчолачны метал, тым прасцей і дакладней вымярэнні, таму больш за ўсё эксперыментаў было пастаўлена на цэзіі. Тэарэтычна разлічаны з дапамогай Стандартнай мадэлі слабы зарад ядра цэзію аказаўся вельмі блізкі да эксперыментальна вымеранага. Гэта наклала пэўныя абмежаванні на некаторыя праявы гіпатэтычнай новай фізікі (то-бок эфектаў за рамкамі Стандартнай мадэлі). Аднак калі выкарыстоўваць цяжэйшы францый, то дакладнасць вымярэння гэтых эфектаў можа быць у дзясяткі разоў лепш.

## Крыніцы 
## Літаратура 
* 
* 

Катэгорыя:Хімічныя элементы
Катэгорыя:Металы
Катэгорыя:Шчолачныя металы