Франций

редактировать

химический элемент с атомным номером 87 Химический элемент с атомным номером 87
Франций, 87Fr
Франций
Произношение​()
Массовое число [223]
Франций в периодической таблице
Водород Гелий
Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон
Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон
Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон
Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Йод Ксенон
Цезий Барий Лантан Cer Ium Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть (элемент) Таллий Свинец Висмут Полоний Астатин Радон
Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Калий Мейтнерий Дармштадций Рентгений Коперниций Нионий Флеровий Московий Ливерморий Теннессин Оганессон
Cs. ↑. Fr. ↓. (Ууэ )
радон ← франций → радий
Атомный номер (Z)87
Группа группа 1 : H и щелочные металлы
Период период 7
Блок s-блок
Ele Категория элемента Щелочной металл
Электронная конфигурация [Rn ] 7s
Электронов на оболочку2, 8, 18, 32, 18, 8, 1
Физические свойства
Фаза при STP твердое при 0 ° C, жидкое при rt
Точка плавления 281,0 K (8,0 ° C, 46,4 ° F) (оценка)
Температура кипения 890 K (620 ° C, 1150 ° F) (оценка)
Плотность (около rt )2,48 г / см (оценка)
Давление пара (экстраполированное)
P(Па)1101001 k10 k100 k
при T (K)404454519608738946
Атомные свойства
Состояние окисления +1(сильно основной оксид)
Электроотрицательность Шкала Полинга:>0,79
Энергии ионизации
  • 1-я: 393 кДж / моль
Ковалентный радиус 260 пм (экстраполировано)
Ван-дер-Ваальсовый радиус 348 пм (экстраполировано)
Другие свойства
Естественное происхождениев результате распада
Кристаллическая структура body-cen кубическая (bcc) Телоцентрированная кубическая кристаллическая структура для франция . (экстраполированная)
Теплопроводность 15 Вт / (м · К) (экстраполированная)
Удельное электрическое сопротивление 3 мкОм · м (рассчитано)
Магнитный заказ Парамагнитный
Номер CAS 7440-73-5
История
Названиепосле Франции, родины первооткрывателя
Discovery и первого изоляцияМаргарита Перей (1939)
Основные изотопы франция
Изотоп Изобилие Период полураспада (t1/2)Режим распада Продукт
Frsyn 20,0 минβRn
αAt
Frслед 4,8 минα At
Frсин 14,2 минβ Ra
Frслед22.00 минβRa
αAt
Категория Категория: Франций.
  • просмотр
  • обсуждение
| ссылки

Франций - это химический элемент с символом Frи атомный номер 87. До своего открытия он назывался эка - цезий. Чрезвычайно радиоактивно ; его самый стабильный изотоп, франций-223 (первоначально названный актиний K после естественной цепочки распада, в которой он появляется), имеет период полураспада всего 22 минуты. Это второй по величине электроположительный элемент после цезия и второй по редкости элемент, встречающийся в природе (после астатина ). Изотопы франция быстро распадаются на астат, радий и радон. Электронная структура атома франция представляет собой [Rn] 7s, поэтому этот элемент классифицируется как щелочной металл.

. Объемный франций никогда не рассматривался. Из-за общего вида других элементов в столбце таблицы Менделеева предполагается, что франций проявился бы как металл с высокой реакционной способностью, если бы его можно было собрать вместе, чтобы его можно было рассматривать как твердое тело или жидкость. Получение такого образца крайне маловероятно, поскольку чрезмерная теплота распада, вызванная его коротким периодом полураспада, немедленно испарит любое видимое количество элемента.

Франций был открыт Маргаритой Пере во Франции (откуда и произошло название этого элемента) в 1939 году. Это был последний элемент, впервые обнаруженный в природе, а не путем синтеза. Вне лаборатории франций встречается крайне редко, его следовые количества обнаруживаются в урановых и ториевых рудах, где изотоп франций-223 постоянно образуется и распадается. Всего лишь 20–30 г (одна унция) существует в любой момент времени в земной коре ; остальные изотопы (за исключением франция-221) полностью синтетические. Наибольшее количество, произведенное в лаборатории, было скоплением из более чем 300 000 атомов.

Содержание

  • 1 Характеристики
  • 2 Изотопы
  • 3 Приложения
  • 4 История
    • 4.1 Ошибочные и неполные открытия
    • 4.2 Анализ Перея
  • 5 Возникновение
  • 6 Производство
  • 7 См. Также
  • 8 Примечания
  • 9 Ссылки
  • 10 Внешние ссылки

Характеристики

Франций является одним из самый нестабильный из встречающихся в природе элементов: его самый долгоживущий изотоп, франций-223, имеет период полураспада всего 22 минуты. Единственным сопоставимым элементом является астат, у которого наиболее стабильный природный изотоп, астат-219 (альфа-дочь франция-223), имеет период полураспада 56 секунд, хотя синтетический астат-210 намного дольше жили с периодом полураспада 8,1 часа. Все изотопы франция распадаются на астат, радий или радон. Франций-223 также имеет более короткий период полураспада, чем самый долгоживущий изотоп каждого синтетического элемента, включая элемент 105, дубний.

Франций является щелочным металлом, химические свойства которого в основном напоминают цезий. Тяжелый элемент с одним валентным электроном, он имеет самый высокий эквивалентный вес из всех элементов. Жидкий франций - если он образовался - должен иметь поверхностное натяжение 0,05092 N / м при его температуре плавления. Температура плавления франция была оценена около 8,0 ° C (46,4 ° F, 281,0 K). Температура плавления неизвестна из-за крайней редкости элемента и радиоактивности ; другая экстраполяция, основанная на методе Дмитрия Менделеева, дала 20 ± 1,5 ° C (68 ± 2,7 ° F, 293 ± 1,5 K). Расчетная температура кипения 620 ° C (1150 ° F, 890 K) также является неопределенной; была также предложена оценка 598 ° C (1108 ° F, 871 K), а также экстраполяция 640 ° C (1180 ° F, 910 K) по методу Менделеева. Ожидается, что плотность франция составит около 2,48 г / см (метод Менделеева экстраполирует 2,4 г / см).

Линус Полинг оценил электроотрицательность франция на уровне 0,7 на Полинге. шкала такая же, как у цезия; значение для цезия с тех пор было уточнено до 0,79, но нет экспериментальных данных, позволяющих уточнить значение для франция. Франций имеет немного более высокую энергию ионизации, чем цезий, 392,811 (4) кДж / моль по сравнению с 375,7041 (2) кДж / моль для цезия, как можно было бы ожидать от релятивистских эффектов, и это означало бы, что цезий является менее электроотрицательным из двух. Франций также должен иметь более высокое сродство к электрону, чем цезий, и ион Fr должен быть более поляризуемым, чем ион Cs. Предполагается, что молекула CsFr имеет франций на отрицательном конце диполя, в отличие от всех известных гетеродиатомных молекул щелочного металла. Ожидается, что супероксид франция супероксид (FrO 2) будет иметь более ковалентный характер, чем его более легкие родственные соединения ; это объясняется тем, что 6p-электроны во франции более активно участвуют в связывании франций с кислородом.

Франций соосаждение с несколькими солями цезия , такими как цезий перхлорат, что приводит к образованию небольших количеств перхлората франция. Это соосаждение можно использовать для выделения франция путем адаптации метода соосаждения радиоцезия по Lawrence E. Glendenin и C.M. Nelson. Кроме того, он будет совместно осаждаться со многими другими солями цезия, включая йодат, пикрат, тартрат (также тартрат рубидия ), хлороплатинат и силиковольфрамат. Он также соосажден с кремневольфрамовой кислотой и с хлорной кислотой без другого щелочного металла в качестве носителя, что обеспечивает другие методы разделения. Почти все соли франция являются водорастворимыми.

изотопами

Существует 34 известных изотопа франция с атомной массой от 199 до 232. Франций имеет семь метастабильных ядерные изомеры. Франций-223 и франций-221 - единственные изотопы, встречающиеся в природе, причем первый встречается гораздо чаще.

Франций-223 является наиболее стабильным изотопом с периодом полураспада 21,8 минут, и он Весьма маловероятно, что изотоп франция с более длительным периодом полураспада когда-либо будет открыт или синтезирован. Франций-223 является пятым продуктом серии распадов актиния как дочерний изотоп актиния-227. Франций-223 затем распадается на радий-223 в результате бета-распада (1,149 МэВ энергия распада ) с незначительным (0,006%) альфа-распадом путем до астатина- 219 (энергия распада 5,4 МэВ).

Франций-221 имеет период полураспада 4,8 минуты. Это девятый продукт серии распадов нептуния в качестве дочернего изотопа актиния-225. Затем франций-221 распадается на астат-217 в результате альфа-распада (энергия распада 6,457 МэВ).

Наименее стабильным основным изотопом является изотоп франций-215 с периодом полураспада 0,12 мкс. : он подвергается альфа-распаду с энергией 9,54 МэВ до астатина-211. Его метастабильный изомер, франций-215m, еще менее стабилен, с периодом полураспада всего 3,5 нс.

Применения

Из-за его нестабильности и редкости не являются коммерческими приложениями для франция. Он использовался в исследовательских целях в областях химии и атомной структуры. Его использование в качестве потенциального диагностического средства при различных раковых заболеваниях также было изучено, но это применение было сочтено непрактичным.

Способность франция синтезироваться, улавливаться и охлаждаться, а также относительно простая атомная структура, сделала его предметом специализированных спектроскопических экспериментов. Эти эксперименты привели к получению более конкретной информации относительно уровней энергии и констант связи между субатомными частицами. Исследования света, излучаемого захваченными лазером ионами франция-210, предоставили точные данные о переходах между атомными уровнями энергии, которые довольно похожи на те, которые предсказывает квантовая теория.

История

Еще в 1870 году, химики считали, что помимо цезия должен существовать щелочной металл с атомным номером 87. Затем он получил временное название эка-цезий. Исследовательские группы попытались найти и изолировать этот недостающий элемент, и было сделано как минимум четыре ложных заявления о том, что элемент был обнаружен до того, как было сделано подлинное открытие.

Ошибочные и неполные открытия

Советский химик был первым ученым, заявившим, что он открыл экацезий или франций. В 1925 году он обнаружил слабую радиоактивность в образце калия, другого щелочного металла, и ошибочно пришел к выводу, что эка-цезий загрязняет образец (радиоактивность образца была вызвана естественным радиоизотопом калия, калий-40 ). Затем он опубликовал диссертацию о своих предсказаниях свойств экацезия, в которой назвал элемент русий в честь своей страны. Вскоре после этого Добросердов сосредоточился на своей преподавательской карьере в Политехническом институте Одессы, и он не стал заниматься этим элементом дальше.

В следующем году английские химики проанализировали Рентгеновские фотографии сульфата марганца (II). Они наблюдали спектральные линии, которые предположительно принадлежали экацезию. Они объявили об открытии 87-го элемента и предложили название алкалиний, так как это будет самый тяжелый щелочной металл.

В 1930 году Фред Эллисон из Политехнического института Алабамы утверждал, что обнаружил элемент 87 (в дополнение к 85) при анализе поллуцита и лепидолита с помощью его магнитооптической машины. Эллисон попросил назвать его виргиниум в честь его родного штата Вирджиния вместе с символами Vi и Vm. В 1934 году Х.Г. Макферсон из Калифорнийского университета в Беркли опроверг эффективность устройства Эллисона и обоснованность его открытия.

В 1936 году румынский физик Хория Хулубей и его французский коллега Иветт Кошуа также проанализировала поллуцит, на этот раз используя свой рентгеновский аппарат высокого разрешения. Они наблюдали несколько слабых эмиссионных линий, которые, как они предположили, принадлежали элементу 87. Хулубей и Кошуа сообщили о своем открытии и предложили название молдавий вместе с символом Ml после Молдавия, румынская провинция, где находился Хулубей. родившийся. В 1937 году работа Хулубея подверглась критике со стороны американского физика, который отверг методы исследования Хулубея. Хирш был уверен, что экацезий не будет обнаружен в природе, и что вместо этого Хулубей наблюдал рентгеновские линии ртути или висмута. Хулубей настаивал на том, что его рентгеновский аппарат и методы были слишком точными, чтобы совершить такую ​​ошибку. Из-за этого Жан Батист Перрен, лауреат Нобелевской премии и наставник Хулубея признал молдавий истинным экацезием по сравнению с недавно обнаруженным францием Маргаритой Перей. Перей старалась быть точной и подробной в своей критике работы Хулубея, и, наконец, она была признана единственным открывшим элемент 87. Все другие предполагаемые ранее открытия элемента 87 были исключены из-за очень ограниченного периода полураспада франция.

Анализ Перея

Экацезий был открыт 7 января 1939 года Маргерит Перей из Института Кюри в Париже, когда она очистила образец актиний -227, который, как сообщалось, имеет энергию распада 220 кэВ. Перей заметил частицы распада с уровнем энергии ниже 80 кэВ. Перей считал, что эта активность распада могла быть вызвана ранее не идентифицированным продуктом распада, который был выделен во время очистки, но снова появился из чистого актиния-227. Различные испытания исключили возможность того, что неизвестным элементом является торий, радий, свинец, висмут или таллий. Новый продукт продемонстрировал химические свойства щелочного металла (такие как соосаждение с солями цезия), что привело Перея к выводу, что это элемент 87, образованный в результате альфа-распада актиния-227. Затем Перей попытался определить отношение бета-распада к альфа-распаду в актинии-227. Ее первый тест показал, что альфа-ветвление составляет 0,6%, значение, которое она позже пересмотрела до 1%.

Перей назвала новый изотоп актиний-К (теперь он называется франций-223), а в 1946 г. она предложила название catium (Cm) для своего недавно открытого элемента, поскольку считала его наиболее электроположительным катионом из элементов. Ирен Жолио-Кюри, одна из руководителей Перея, выступила против этого имени из-за того, что оно имеет коннотацию кошки, а не катиона; кроме того, этот символ совпадал с тем, который с тех пор был присвоен кюрию. Затем Перей предложил франций после Франции. Это название было официально принято Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC) в 1949 году, став вторым элементом после галлия, названным в честь Франции. Ему был присвоен символ Fa, но вскоре после этого это сокращение было изменено на нынешний Fr. Франций был последним элементом, обнаруженным в природе, а не синтезированным, после гафния и рения. Дальнейшие исследования структуры франция проводились, среди прочего, и его командой в ЦЕРН в 1970-х и 1980-х годах.

Происхождение

Блестящий серый 5-сантиметровый кусок материи с шероховатой поверхностью. Этот образец уранинита содержит около 100000 атомов (3,3 × 10 г) франция-223 в любой момент времени.

Fr является результатом альфа-распада Ac и может быть обнаружен в следовых количествах в уране минералы. Согласно оценкам, в данном образце урана на каждые 1 × 10 атомов урана приходится только один атом франция. Также подсчитано, что общая масса франция в земной коре в любой момент времени составляет не более 30 г.

Производство

Франций может быть синтезирован путем реакция синтеза, когда мишень из золота-197 бомбардируется пучком атомов кислорода-18 из линейного ускорителя в процессе, первоначально разработанном на физическом факультете штата Университет Нью-Йорка в Стоуни-Брук в 1995 году. В зависимости от энергии кислородного пучка реакция может давать изотопы франция с массами 209, 210 и 211.

Au + O → Fr + 6 n
Au + O → Fr + 5 n
Au + O → Fr + 4 n
Сложная экспериментальная установка с горизонтальной стеклянной трубкой, помещенной между двумя медными катушками. Магнитооптическая ловушка, которая может удерживать нейтральные атомы франция в течение коротких периодов времени.

Атомы франция покидают золотую мишень в виде ионов, которые нейтрализуются при столкновении с иттрием и затем изолируются в магнитооптической ловушке (МОЛ) в газообразном неконсолидированном состоянии. Хотя атомы остаются в ловушке только около 30 секунд, прежде чем вырваться или подвергнуться ядерному распаду, процесс обеспечивает непрерывный поток свежих атомов. Результатом является устойчивое состояние, содержащее довольно постоянное количество атомов в течение гораздо более длительного времени. Первоначальный аппарат мог улавливать до нескольких тысяч атомов, в то время как более поздняя улучшенная конструкция могла улавливать более 300000 атомов за раз. Чувствительные измерения света, испускаемого и поглощаемого захваченными атомами, предоставили первые экспериментальные результаты по различным переходам между уровнями атомной энергии во франции. Первоначальные измерения показывают очень хорошее согласие между экспериментальными значениями и расчетами, основанными на квантовой теории. Исследовательский проект с использованием этого метода производства был перенесен в TRIUMF в 2012 году, где одновременно содержалось более 10 атомов франция, включая большое количество Fr в дополнение к Fr и Fr.

Другое Методы синтеза включают бомбардировку радия нейтронами и бомбардировку тория протонами, дейтронами или ионами гелия.

Fr также можно выделить из образцов его родительского Ac, франций доят посредством элюирования NH 4 Cl – CrO 3 из актинийсодержащего катионита и очищают, пропуская раствор через соединение диоксида кремния, содержащее сульфат бария.

Круглый шар красного света, окруженный зеленым свечением Изображение света, испускаемого образцом из 200 000 атомов франция в магнитооптической ловушке Маленькое белое пятно посередине, окруженное красным кружком. Есть желтое кольцо за пределами красного круга, зеленый круг за желтым кольцом и синий круг, окружающий все остальные круги. Тепловое изображение 300 000 атомов франция в магнитооптической ловушке

В 1996 г. группа Stony Brook захватили 3000 атомов в их МОЛ, что было достаточно для видеокамеры, чтобы уловить свет, излучаемый атомами, когда они флуоресцируют. Франций не был синтезирован в количествах, достаточных для взвешивания.

См. Также

Примечания

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-21 14:18:28
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте