Химический элемент франций: особенности строения и химические свойства. Химический элемент франций: характеристика и история открытия Происхождение химического элемента франций

Фра́нций (эка-цезий) - элемент главной подгруппы первой группы седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 87. Обозначается символом Fr (лат. Francium). Простое вещество франций (CAS-номер: 7440-73-5) - радиоактивный щелочной металл, обладающий высокой химической активностью.

История

Этот элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как Эка-цезий), и был открыт (по его радиоактивности) в 1939 г. Маргаритой Пере, сотрудницей Института радия в Париже. Она же дала ему в 1964 г. название в честь своей родины - Франции.

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.
Наиболее распространённый способ получения франция путём ядерной реакции: 197 Au + 18 O → 210 Fr + 5n
Интересно, что в данной реакции используется золото. С помощью этой реакции могут быть синтезированы изотопы с массовыми числами 209, 210 и 211. Однако все эти изотопы распадаются быстро (период полураспада 210 Fr и 211 Fr - три минуты, а 209 Fr - за 50 секунд).

Физические и химические свойства

Франций похож по свойствам на цезий. Всегда сокристаллизуется с его соединениями. Так как в распоряжении исследователей имеются лишь мельчайшие образцы, содержащие не более 10 -7 г франция, то сведения о его свойствах известны с достаточно большой погрешностью, однако они все время уточняются. Согласно последним данным, 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.
Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.

Элементов Менделеева. К 1925 году он был одним из четырех ненайденных элементов. Это самый тяжелый и наиболее активный 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 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 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:

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

Francium

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

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). 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 FrO 2) 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 Cs 2 PtCl 6 и Rb 2 PtCl 6 ;
• хлоровисмутатом Cs 2 BiCl 5 , хлоростаннатом Cs 2 SnCl 6 и хлороантимонатом цезия Cs 2 SbCl 5 2,5H 2 O;
• 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

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.

0,7 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

Fr←Fr + −2,92 В

Степени окисления Энергия ионизации
(первый электрон) Термодинамические свойства простого вещества Плотность (при н. у.) Температура плавления Температура кипения 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

87
7s 1

Нахождение в природе

Франций - один из редчайших элементов. Среди элементов, постоянно существующих в земной коре, только астат имеет меньшее содержание. Весь природный франций является радиогенным, его радиоактивный распад компенсируется одновременным возникновением новых атомов франция в качестве промежуточных продуктов распада урана-235 и тория-232. Общее содержание франция в земной коре оценивается в 340 граммов.

Изотопы

На 2012 год известно 34 изотопа франция с массовыми числами 199-232 и 7 метастабильных ядерных изомеров . В природе (в качестве продуктов радиоактивного распада урана и тория) содержатся два изотопа: 223 Fr и 224 Fr. Франций-223 (самый долгоживущий из изотопов франция, период полураспада 22,3 минуты) входит в одну из побочных ветвей природного радиоактивного ряда урана-235 и содержится в крайне малых количествах в урановых минералах. Исследования свойств франция проводят с индикаторными количествами нуклида 223 Fr (менее 10 −15 г), так как из-за отсутствия долгоживущих изотопов франций невозможно получить в весовых количествах . Образуется при альфа-распаде актиния-227 :

227 Ac → 223 Fr (сопровождается α-излучением, вероятность распада приблизительно 1,4 %),

Наиболее распространённый способ получения франция путём ядерной реакции:

$\{\}^\{197\}\_\{79\}\backslash textrm\{Au\}\; +\; \{\}^\{18\}\_\{8\}\backslash textrm\{O\}\; \backslash rightarrow\; \{\}^\{210\}\_\{87\}\backslash textrm\{Fr\}\; +\; \{5\}^\{1\}\_\{0\}\backslash textrm\{n\}$

Интересно, что в данной реакции используется золото . С помощью этой реакции могут быть синтезированы изотопы с массовыми числами 209, 210 и 211. Однако все эти изотопы распадаются быстро (период полураспада 210 Fr и 211 Fr - три минуты, а 209 Fr - 50 секунд).

Физические и химические свойства

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 FrO 2 , 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 металлах. 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 .

Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.

Применение

В настоящее время франций и его соли практического применения не имеют, в связи с малым периодом полураспада и высокой радиоактивностью.

Напишите отзыв о статье "Франций"

Примечания

Ссылки

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
	Fr																										Uut		Uup		Uus	Uuo
	Uue	Ubn	Ubu	Ubb	Ubt	Ubq	Ubp	Ubh
Отрывок, характеризующий Франций – Командир 3 й роты к генералу! командира к генералу, 3 й роты к командиру!… – послышались голоса по рядам, и адъютант побежал отыскивать замешкавшегося офицера. Когда звуки усердных голосов, перевирая, крича уже «генерала в 3 ю роту», дошли по назначению, требуемый офицер показался из за роты и, хотя человек уже пожилой и не имевший привычки бегать, неловко цепляясь носками, рысью направился к генералу. Лицо капитана выражало беспокойство школьника, которому велят сказать невыученный им урок. На красном (очевидно от невоздержания) носу выступали пятна, и рот не находил положения. Полковой командир с ног до головы осматривал капитана, в то время как он запыхавшись подходил, по мере приближения сдерживая шаг. – Вы скоро людей в сарафаны нарядите! Это что? – крикнул полковой командир, выдвигая нижнюю челюсть и указывая в рядах 3 й роты на солдата в шинели цвета фабричного сукна, отличавшегося от других шинелей. – Сами где находились? Ожидается главнокомандующий, а вы отходите от своего места? А?… Я вас научу, как на смотр людей в казакины одевать!… А?… Ротный командир, не спуская глаз с начальника, всё больше и больше прижимал свои два пальца к козырьку, как будто в одном этом прижимании он видел теперь свое спасенье. – Ну, что ж вы молчите? Кто у вас там в венгерца наряжен? – строго шутил полковой командир. – Ваше превосходительство… – Ну что «ваше превосходительство»? Ваше превосходительство! Ваше превосходительство! А что ваше превосходительство – никому неизвестно. – Ваше превосходительство, это Долохов, разжалованный… – сказал тихо капитан. – Что он в фельдмаршалы, что ли, разжалован или в солдаты? А солдат, так должен быть одет, как все, по форме. – Ваше превосходительство, вы сами разрешили ему походом. – Разрешил? Разрешил? Вот вы всегда так, молодые люди, – сказал полковой командир, остывая несколько. – Разрешил? Вам что нибудь скажешь, а вы и… – Полковой командир помолчал. – Вам что нибудь скажешь, а вы и… – Что? – сказал он, снова раздражаясь. – Извольте одеть людей прилично… И полковой командир, оглядываясь на адъютанта, своею вздрагивающею походкой направился к полку. Видно было, что его раздражение ему самому понравилось, и что он, пройдясь по полку, хотел найти еще предлог своему гневу. Оборвав одного офицера за невычищенный знак, другого за неправильность ряда, он подошел к 3 й роте. – Кааак стоишь? Где нога? Нога где? – закричал полковой командир с выражением страдания в голосе, еще человек за пять не доходя до Долохова, одетого в синеватую шинель. Долохов медленно выпрямил согнутую ногу и прямо, своим светлым и наглым взглядом, посмотрел в лицо генерала. – Зачем синяя шинель? Долой… Фельдфебель! Переодеть его… дря… – Он не успел договорить. – Генерал, я обязан исполнять приказания, но не обязан переносить… – поспешно сказал Долохов. – Во фронте не разговаривать!… Не разговаривать, не разговаривать!… – Не обязан переносить оскорбления, – громко, звучно договорил Долохов. Глаза генерала и солдата встретились. Генерал замолчал, сердито оттягивая книзу тугой шарф. – Извольте переодеться, прошу вас, – сказал он, отходя. – Едет! – закричал в это время махальный. Полковой командир, покраснел, подбежал к лошади, дрожащими руками взялся за стремя, перекинул тело, оправился, вынул шпагу и с счастливым, решительным лицом, набок раскрыв рот, приготовился крикнуть. Полк встрепенулся, как оправляющаяся птица, и замер. – Смир р р р на! – закричал полковой командир потрясающим душу голосом, радостным для себя, строгим в отношении к полку и приветливым в отношении к подъезжающему начальнику. По широкой, обсаженной деревьями, большой, бесшоссейной дороге, слегка погромыхивая рессорами, шибкою рысью ехала высокая голубая венская коляска цугом. За коляской скакали свита и конвой кроатов. Подле Кутузова сидел австрийский генерал в странном, среди черных русских, белом мундире. Коляска остановилась у полка. Кутузов и австрийский генерал о чем то тихо говорили, и Кутузов слегка улыбнулся, в то время как, тяжело ступая, он опускал ногу с подножки, точно как будто и не было этих 2 000 людей, которые не дыша смотрели на него и на полкового командира. Раздался крик команды, опять полк звеня дрогнул, сделав на караул. В мертвой тишине послышался слабый голос главнокомандующего. Полк рявкнул: «Здравья желаем, ваше го го го го ство!» И опять всё замерло. Сначала Кутузов стоял на одном месте, пока полк двигался; потом Кутузов рядом с белым генералом, пешком, сопутствуемый свитою, стал ходить по рядам. По тому, как полковой командир салютовал главнокомандующему, впиваясь в него глазами, вытягиваясь и подбираясь, как наклоненный вперед ходил за генералами по рядам, едва удерживая подрагивающее движение, как подскакивал при каждом слове и движении главнокомандующего, – видно было, что он исполнял свои обязанности подчиненного еще с большим наслаждением, чем обязанности начальника. Полк, благодаря строгости и старательности полкового командира, был в прекрасном состоянии сравнительно с другими, приходившими в то же время к Браунау. Отсталых и больных было только 217 человек. И всё было исправно, кроме обуви. Кутузов прошел по рядам, изредка останавливаясь и говоря по нескольку ласковых слов офицерам, которых он знал по турецкой войне, а иногда и солдатам. Поглядывая на обувь, он несколько раз грустно покачивал головой и указывал на нее австрийскому генералу с таким выражением, что как бы не упрекал в этом никого, но не мог не видеть, как это плохо. Полковой командир каждый раз при этом забегал вперед, боясь упустить слово главнокомандующего касательно полка. Сзади Кутузова, в таком расстоянии, что всякое слабо произнесенное слово могло быть услышано, шло человек 20 свиты. Господа свиты разговаривали между собой и иногда смеялись. Ближе всех за главнокомандующим шел красивый адъютант. Это был князь Болконский. Рядом с ним шел его товарищ Несвицкий, высокий штаб офицер, чрезвычайно толстый, с добрым, и улыбающимся красивым лицом и влажными глазами; Несвицкий едва удерживался от смеха, возбуждаемого черноватым гусарским офицером, шедшим подле него. Гусарский офицер, не улыбаясь, не изменяя выражения остановившихся глаз, с серьезным лицом смотрел на спину полкового командира и передразнивал каждое его движение. Каждый раз, как полковой командир вздрагивал и нагибался вперед, точно так же, точь в точь так же, вздрагивал и нагибался вперед гусарский офицер. Несвицкий смеялся и толкал других, чтобы они смотрели на забавника.

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

Francium

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

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). 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 FrO 2) 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 Cs 2 PtCl 6 и Rb 2 PtCl 6 ;
• хлоровисмутатом Cs 2 BiCl 5 , хлоростаннатом Cs 2 SnCl 6 и хлороантимонатом цезия Cs 2 SbCl 5 2,5H 2 O;
• 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

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.