Какими свойствами обладает франций
Франций – это элемент с атомным числом 87. Атомная масса наиболее долгоживущего изотопа – 223. Франций является радиоактивным щелочным металлом, обладает крайне выраженной химической реактивностью.
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.
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). Здесь 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 FrO2) 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 Cs2PtCl6 и Rb2PtCl6;
- хлоровисмутатом Cs2BiCl5, хлоростаннатом Cs2SnCl6 и хлороантимонатом цезия Cs2SbCl5•2,5H2O;
- 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.
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.
Источник
| Франций | |
|---|---|
 Около 200 000 атомов франция в магнитно-оптической ловушке | |
| Название, символ, номер | Франций / Francium (Fr), 87 |
| Атомная масса (молярная масса) | 223,0197 а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Rn] 7s1 |
| Радиус атома | 290 пм |
| Радиус Ван-дер-Ваальса | 348 пм |
| Радиус иона | (+1e) 179 пм |
| Электроотрицательность | 0,7 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | Fr←Fr+ −2,92 В |
| Степени окисления | 0; +1 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 392,96 (4,0727) кДж/моль (эВ) |
| Плотность (при н. у.) | 2,3—2,5 г/см³ |
| Температура плавления | 18—21 °C; 291—294 K |
| Температура кипения | 640—660 °C (910—930 К) расчётная: 598 °C, 871 K |
| Критическая точка | (расчётная) 1980 ± 50 К, ? МПа |
| Уд. теплота плавления | ~2 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | ~65 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 31,6 Дж/(K·моль) |
| Структура решётки | кубическая объёмноцентрированая |
| Номер CAS | 7440-73-5 |
Франций — элемент главной подгруппы первой группы седьмого периода периодический системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 87. Обозначается символом Fr (лат. Francium). Простое вещество франций — радиоактивный щелочной металл, обладающий максимально высокой восстановительной химической активностью.
История
Этот элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как «эка-цезий»), и был открыт (по его радиоактивности) в 1939 году Маргаритой Перей, сотрудницей Института радия в Париже. Она же дала ему в 1946 году название в честь своей родины — Франции.
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
Основная статья: Изотопы франция
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: 223Fr и 224Fr. 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 223Fr (менее 10−15 г), так как из-за отсутствия долгоживущих изотопов франций невозможно получить в весовых количествах. Образуется при альфа-распаде актиния-227:
227Ac → 223Fr (сопровождается α-излучением, вероятность распада приблизительно 1,4 %),
227Ac → 227Th (сопровождается β-излучением, вероятность распада около 98,6 %).
Старое название франция-223 — «актиний К» (AcK). По оценкам, его равновесное содержание в земной коре равно 340 г.
Также в одной из побочных ветвей радиоактивного ряда тория содержится франций-224 с периодом полураспада 3,0 минуты. Его равновесное содержание в земной коре составляет лишь 0,5 г.
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.
Одна из наиболее распространённых ядерных реакций для получения франция:
79197Au + 818O → 87210Fr + 501n
Интересно, что в данной реакции используется золото. С помощью этой реакции могут быть также синтезированы изотопы с массовыми числами 209 и 211 (с вылетом соответственно шести и четырёх нейтронов). Однако все эти изотопы распадаются быстро (период полураспада 210Fr и 211Fr — три минуты, а 209Fr — 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 FrO2, 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 металлов. 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.
Потенциал ионизации атома франция-212 из основного состояния был экспериментально измерен с высокой точностью на масс-сепараторе радиоактивных ядер ISOLDE в ЦЕРНе, где этот изотоп производится путём облучения протонами карбидно-урановой мишени с интенсивностью до 1010 атомов в секунду (ток пучка 2 пикоампера). В терминах обратной длины волны ионизационный потенциал равен 32 848,872(9) см−1, что соответствует 4,0727409(11) эВ/атом, или 392,95976(11) кДж/моль.
Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.
Бурно реагирует с водой, образуя самую сильную щёлочь — гидроксид франция FrOH. Гидрид FrH и оксид франция Fr2O ведут себя подобно аналогичным соединениям цезия, то есть бурно реагируют с водой, образуя гидроксид.
Хлорид, нитрат, сульфат, фторид, сульфид, гидроксид, карбонат, ацетат и оксалат франция хорошо растворимы в воде. Плохо растворимы перхлорат, пикрат, иодат, хлороплатинат, хлоровисмутат, хлороантимонат, хлоростаннат, нитрокобальтат франция. Франций экстрагируется нитробензолом в присутствии тетрафенилбората натрия. Соосаждается с простыми и двойными солями цезия и с солями гетерополикислот (кремневольфрамовой, фосфорновольфрамовой и др.).
Применение
В настоящее время франций и его соединения имеют мало практических применений в связи с малым периодом полураспада и высокой радиоактивностью. Франций-223 используется для быстрого определения актиния-227 в природных объектах.
Биологическая роль и воздействие
Франций подобно рубидию и цезию накапливается в почках, печени, слюнных железах и ткани саркомы, поэтому изотопы 223Fr и 212Fr используются в биологических исследованиях и для диагностики рака.
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Щелочные металлы | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||
Источник
Таблица
^
=>>
Маргарита Перрей
(1909 – 1975)
Источник: https://www.liveinternet.ru/ users/kakula/post137818671/
| Поделиться в |
Уранит |
История открытия:
Франций – один из четырех элементов (№№ 43, 61, 85 и 87) которые остались неоткрытыми к 1925 году. Предсказанный еще Меделеевым эка-цезий искали в качестве спутника цезия в цезиевых минералах. С 1929 по 1939 год эка-цезий “находили” несколько раз, называя то виргинием в честь штата США, то молдавием, то алкалинием или руссием. Однако все эти открытия были ошибочными.
В 1939 г. Маргарита Перей из института Кюри в Париже, занимаясь очисткой препарата актиния (Ас-227) от разнообразных продуктов радиоактивного распада, обнаружила b-излучение, которое не могло принадлежать ни одному из известных в то время изотопов.
Когда этот изотоп (период полураспада 21 мин) подвергли химическому исследованию, оказалось, что его свойства соответствуют свойствам эка-цезия.
Окончательно это было подтверждено после второй мировой войны, и в 1946 г. Перей предложила назвать новый элемент францием (Francium) в честь ее родины.
Получение:
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. Его образование из актиния можно выразить уравнением:
227Ac (-, a ) 223Fr. По оценкам, его равновесное содержание в земной коре равно 340 г. Также в одной из побочных ветвей радиоактивного ряда тория содержится франций-224 с периодом полураспада 3,0 минуты. Его равновесное содержание в земной коре составляет лишь 0,5 г.
С помощью ядерных реакций получают и другие изотопы франция. Одна из наиболее распространённых реакций:
197Au + 18O = 210Fr + 5n
Физические свойства:
Радоактивный металл. Вследствие высокой радиоактивности исследования проводятся с микроскопическими количествами. Согласно последним данным, плотность франция при комнатной температуре составляет 1,87 г/см3, температура плавления 27°C, температура кипения 677°C.
Франций претерпевает b-распад, превращаясь в изотоп радия: 223Fr (-, b ) 223Ra
Химические свойства:
Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Электродный потенциал Fr+/Fr = -2,92 В.
Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.
В соединениях проявляет степень окисления +1.
Важнейшие соединения:
Соединения мало изучены вследствие радиоактивности франция. Он обладает большинством свойств, характерных для других щелочных металлов, наиболее похож по свойствам на цезий, всегда сокристаллизуется с его соединениями. Так для выделения франция из смеси с другими продуктами ядерных реакций используется основано на его соосаждении с нерастворимыми солями цезия (перхлоратом или кремневольфраматом цезия). Он извлекается из растворов также хлороплатинатами цезия и рубидия Cs2PtCl6 и Rb2PtCl6, хлоровисмутатом Cs2BiCl5, хлоростаннатом Cs2SnCl6 и хлороантимонатом цезия Cs2SbCl5· 2,5H2O, а также свободными гетерополикислотами – кремневольфрамовой и фосфорновольфрамовой.
Образует растворимые соли и гидроксид.
Применение:
Хлорид франция FrCl использовался для обнаружения раковых опухолей, но по причине чрезвычайно высокой стоимости эту соль в масштабных разработках использовать невыгодно.
В настоящее время франций и его соли применения пока что не имеют, в связи с малым периодом полураспада и высокой радиоактивностью.
Тестова Кристина
ХФ ТюмГУ, 581 группа, 2011 г.
Источники: Франций. Популярная библиотека химических элементов https://n-t.ru/ri/ps/pb087.htm
Франций. Википедия, свободная энциклопедия. https://ru.wikipedia.org/?oldid=34567492.
Источник
(Francium; от назв. Франции), Fr — радиоактивный химический элемент I группы периодической системы элементов; ат. н. 87. Стабильных изотопов не имеет. Получены 18 радиоактивных изотопов с массовыми числами от 204 до 224 и периодами полураспада от 5 • 10-3 сек (218 Fr) до 23 мин (212 Fr).
Существование химического элемента и некоторые его св-ва предсказал (1870) рус. ученый Д. И. Менделеев, назвав неизвестный в то время элемент экацезием. Открыт экацезий в 1939 франц. исследовательницей М. Перей при изучении радиоактивного распада актиния и назван «актинием К». В 1949 «актиний К» переименован во франций.
Нахождение франция в природе
В природе встречаются изотопы 223 Fr и 221 Fr, из них изотоп 223 Fr — как продукт радиоактивного распада актиния 227Ас. В 1m природного урана содержится 0,2 мг 227Ас и 3,8 • 10-10 г 223 Fr. Франций— самый тяжелый элемент среди металлов щелочной группы. Атомный радиус 12,83 А. Ионный радиус Fr+ равен 1,80 А. Плотность (т-ра 20° С) 2,44 г/см3; tпл 20° С; t кип 630° С; теплоемкость 0,0338 кал/г-град; электрическое сопротивление (т-ра 18 С) 45• 10—6 ом-см.
По хим. св-вам франций — полный аналог рубидия и цезия. Гидроокись фторид, хлорид, нитрат, сульфат, сульфид, карбонат, ацетат и оксалат Ф. хорошо растворяются в воде; перхлорат, пикрат, иодат, хлороплатинат, хлоровисмутат, хлоро-антимонат, хлоростаннат и кобаль-тинитрит Ф., а также двойная соль Fr9Bi2I9 и соли франция с гетерополикис-лотами плохо растворимы в воде.
Франций выделяют разными методами из продуктов распада 227Ас, из урановой смоляной руды, из продуктов облучения тория и урана быстрыми протонами, а также из продуктов облучения золота ионами 22Ne. При выделении Ф. из продуктов распада 227Ас водный раствор хлорида актиния кипятят с избытком углекислого натрия, осадок отфильтровывают, в фильтрат добавляют соляную к-ту и снова кипятят для разрушения карбонат-ионов.
Затем добавляют небольшие количества хлорида лантана и бария, хромата калия и гидроокиси аммония. После этого осадок хроматов отфильтровывают, а фильтрат, содержащий 223 Fr, концентрируют упариванием. Для выделения франция из растворов, содержащих, кроме солей Ф., др. соединения, используют ионообменные смолы, методы электрофореза, хрохматографии и др. С помощью франция определяют наличие актиния в природных объектах. Изотоп 223 Fr находит применение в биологических исследованиях.
Характеристика элемента
Это последний и самый тяжелым металл первой группы получен искусственно, свойства его изучены
Несомненно одно — его валентный электрон находится на 7s-орбитали, а радиус атома самый большой среди всех элементов периодической системы. Франций радиоактивный химический элемент. Стабильных изотопов не имеет, а те, что известны — короткоживущие и быстро распадаются, испуская β-излучение (электроны). На всем земном шаре его едва найдется ~500г.
Свойства простого вещества и соединений
Все данные по свойствам франция получены экстраполяцией на основании результатов по совместному осаждению с другими элементами. В химическом отношении I г самый ближайший аналог цезия, по франций еще более электроположителен . Единственная устойчивая степень его окисления +1.
Получение и использование
Получают франций только в виде его соединении путем отделения от актиния. С помощью ионнообменного разделения па колонке со смолой «Дауэкс-50» может быть получено микроскопическое количество франция 95%-пой чистоты. Однако период его полураспада 22 мин, т. е. через каждый такой интервал количество его уменьшается вдвое.
Никакого применения пока еще не находит. Радиоизлучение франция помогает отыскивать актиний. Появились публикации, в которых утверждается, что радиоактивность франция может оказаться полезной при диагностике онкологических заболеваний: он избирательно способен накапливаться в опухолях на самых ранних стадиях их развития.
Статья на тему франций
Источник