Francium

Francium
87 Fr
Cs ↑ Fr ↓ Uue Tableau p??riodique radon ← → francium radium
Apparence
Inconnu, mais probablement m??tallique
Propri??t??s g??n??rales
Nom, symbole, nombre	francium, Fr, 87
Prononciation	/ fa r ?? n s Je ə m / -Əm de FRAN
??l??ment Cat??gorie	m??tal alcalin
Groupe, p??riode, bloc	(1) des m??taux alcalins , 7, s
Poids atomique standard	(223)
Configuration ??lectronique	[ Rn ] 7s 1 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1
Histoire
D??couverte	Marguerite Perey (1939)
Premier isolement	Marguerite Perey (1939)
Propri??t??s physiques
Phase	solide vraisemblablement
Densit?? (?? proximit?? rt)	? 1,87 (extrapolation) g ?? cm -3
Point de fusion	? 300 K ,? 27 ?? C,? 80 ?? F
Point d'??bullition	? 950 K,? 677 ?? C,? 1250 ?? F
La chaleur de fusion	ca. 2 kJ ?? mol -1
Chaleur de vaporisation	ca. 65 kJ ?? mol -1
Pression de vapeur (extrapol??e)
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ?? T (K) 404 454 519 608 738 946
Propri??t??s atomiques
??tats d'oxydation	1 (fortement oxyde de base)
??lectron??gativit??	0,7 (??chelle de Pauling)
??nergies d'ionisation	1e: 380 kJ ?? mol -1
Rayon covalente	260 (extrapol??e) h
Rayon de Van der Waals	348 (extrapol??e) h
Miscellan??es
Crystal structure	cubique centr?? (extrapol??e)
Ordre magn??tique	Paramagn??tique
R??sistivit?? ??lectrique	3 μ (calcul??) Ω ?? m
Conductivit?? thermique	15 (extrapol??e) W ?? m -1 K -1
Num??ro de registre CAS	7440-73-5
La plupart des isotopes stables
Article d??taill??: Isotopes de francium
iso N / A demi-vie DM DE ( MeV) DP 221 Fr trace 4,8 min α 6,457 217 A 222 Fr syn 14,2 min β - 2,033 222 Ra 223 Fr trace 22,00 min β - 1,149 223 Ra α 5,430 219 A

Francium est un ??l??ment chimique avec le symbole Fr et de num??ro atomique 87. Il ??tait autrefois connu sous le nom eka- c??sium et l'actinium K. Ce est l'un des deux moins ??l??ments ??lectron??gatifs, l'autre ??tant le c??sium . Francium est un tr??s m??tal radioactif qui se d??sint??gre en astatine , le radium et le radon . En tant que m??tal alcalin , elle a une ??lectrons de valence.

Francium vrac n'a jamais ??t?? vu. En raison de l'aspect g??n??ral des autres ??l??ments dans sa colonne du tableau p??riodique, il est suppos?? que le francium semblerait comme un m??tal hautement r??fl??chissant, si suffisamment pourraient ??tre collect??es ensemble pour ??tre consid??r?? comme un solide ou liquide en vrac. Cependant la pr??paration d'un tel ??chantillon est impossible, car l'extr??me chaleur de d??sint??gration (sa plus longue demi-vie isotopique est ?? seulement 22 minutes) serait imm??diatement vaporiser toute quantit?? visible de l'??l??ment.

Francium a ??t?? d??couvert par Marguerite Perey en France (?? partir de laquelle l'??l??ment tire son nom) en 1939. Ce ??tait le dernier ??l??ment d??couvert dans la nature , plut??t que par synth??se. En dehors du laboratoire, le francium est extr??mement rare, avec des quantit??s trouv??es dans l'??tat de traces d'uranium et de thorium minerais, o?? le isotopes francium-223 formes sans cesse et se d??sint??gre. Aussi peu que 20 ?? 30 g (un once) existe ?? un moment donn?? dans toute la cro??te terrestre ; les autres isotopes sont enti??rement synth??tique. Le montant le plus important produit dans le laboratoire ??tait un groupe de plus de 300 000 atomes.

Caract??ristiques

Francium est la plus instable des ??l??ments d'origine naturelle: son isotope le plus stable, le francium-223, a une demi-vie de seulement 22 minutes. En revanche, l'astate , le deuxi??me ??l??ment le moins stable d'origine naturelle, a une demi-vie de 8,5 heures. Tous les isotopes de francium se d??sint??grer en soit astatine, le radium, le radon ou. Francium est aussi moins stable que tous les ??l??ments synth??tiques jusqu'?? ??l??ment 105 .

Francium est un m??tal alcalin dont les propri??t??s chimiques ressemblent ?? ceux de la plupart de c??sium . Un ??l??ment lourd avec un seul ??lectrons de valence, il a le plus haut poids ??quivalent d'un ??l??ment quelconque. Francium, si une telle substance liquide venait ?? ??tre cr???? par l'devrait avoir une tension de surface de 0,05092 N / m ?? son point de fusion. Le point de fusion de Francium a ??t?? pr??tendu avoir ??t?? calcul??e ?? environ 27 ?? C (80 ?? F, 300 K). Cependant, le point de fusion est incertain en raison de son extr??me raret?? et la radioactivit?? de l'??l??ment. Ainsi, la valeur estim??e d'??bullition de point de 677 ?? C (1250 ?? F, 950 K) est ??galement incertain.

Linus Pauling a estim?? le ??lectron??gativit?? de francium ?? 0,7 sur la ??chelle de Pauling, le m??me que le c??sium ; la valeur pour le c??sium a depuis ??t?? am??lior?? ?? 0,79, bien qu'il ne existe pas de donn??es exp??rimentales pour permettre un raffinement de la valeur pour le francium. Francium a un peu plus ??lev?? ??nergie d'ionisation de c??sium, 392,811 (4) kJ / mol, par opposition ?? 375,7041 (2) kJ / mol pour le c??sium, comme on pouvait s'y attendre ?? partir de effets relativistes, et cela impliquerait que le c??sium est le moins ??lectro des deux.

Francium copr??cipit??s avec plusieurs c??sium des sels, tels que perchlorate de c??sium, ce qui entra??ne de faibles quantit??s de perchlorate francium. Cette co-pr??cipitation peut ??tre utilis?? pour isoler le francium, en adaptant la m??thode de co-pr??cipitation de c??sium radioactif Glendenin et Nelson. Il sera en outre copr??cipiter avec de nombreux autres sels de c??sium, y compris la iodate, le picrate, le tartrate (??galement rubidium tartrate), le chloroplatinate, et la silicotungstate. Il a ??galement co-pr??cipit??s avec l'acide silicotungstique, et avec l'acide perchlorique, sans un autre m??tal alcalin comme un support, qui comporte d'autres m??thodes de s??paration. Presque tous les sels de francium sont solubles dans l'eau .

Applications

En raison de son instabilit?? et la raret??, il n'y a pas des applications commerciales pour le francium. Il a ??t?? utilis?? ?? des fins de recherche dans les domaines de la biologie et de la structure atomique . Son utilisation comme aide au diagnostic potentiel de divers cancers a ??galement ??t?? explor??e, mais cette demande a ??t?? jug??e impraticable.

La capacit?? de Francium ?? synth??tiser, pi??g?? et refroidi, avec son relativement simple structure atomique ont fait l'objet d'sp??cialis??s spectroscopie exp??riences. Ces exp??riences ont conduit ?? des informations plus sp??cifiques concernant les niveaux d'??nergie et de la les constantes de couplage entre particules subatomiques. Les ??tudes sur la lumi??re ??mise par le francium-210 ions laser pi??g??s ont fourni des donn??es pr??cises sur les transitions entre les niveaux d'??nergie atomiques qui sont assez similaires ?? celles pr??dites par la th??orie quantique .

Histoire

D??s 1870, les chimistes pensaient qu'il devrait y avoir un m??tal alcalin au-del?? de c??sium , avec un num??ro atomique 87. Il a ensuite ??t?? renvoy?? par le nom provisoire eka-c??sium. Les ??quipes de recherche ont tent?? de localiser et isoler cet ??l??ment manquant, et au moins quatre fausses d??clarations ont ??t?? faites que l'??l??ment a ??t?? trouv?? devant une authentique d??couverte a ??t?? faite.

D??couvertes erron??es et incompl??tes

Chimiste sovi??tique DK Dobroserdov ??tait le premier scientifique ?? pr??tendre avoir trouv?? eka-c??sium ou le francium. En 1925, il a observ?? faible radioactivit?? dans un ??chantillon de potassium , d'un autre m??tal alcalin, et a conclu ?? tort que eka-c??sium a ??t?? contaminer l'??chantillon (la radioactivit?? de l'??chantillon ??tait en fait le radio-isotope de potassium d'origine naturelle, potassium-40). Il a ensuite publi?? une th??se sur ses pr??dictions des propri??t??s de eka-c??sium, dans laquelle il d??signe l'??l??ment russium apr??s son pays d'origine. Peu de temps apr??s, Dobroserdov a commenc?? ?? se concentrer sur sa carri??re d'enseignant ?? l'Institut Polytechnique de Odessa, et il n'a pas poursuivi l'autre ??l??ment.

L'ann??e suivante, en anglais chimistes Gerald JF Druce et Frederick H. Loring analys?? Radiographies de mangan??se (II) sulfate. Ils ont observ?? les raies spectrales dont ils pr??sum??es d'eka-c??sium. Ils ont annonc?? leur d??couverte de l'??l??ment 87 et a propos?? le nom alkalinium, car il serait le m??tal alcalin plus lourd.

En 1930, Fred Allison du Alabama Polytechnic Institute affirm?? avoir d??couvert l'??l??ment 87 lors de l'analyse pollucite et l??pidolite utilisant son Machine magn??to-optique. Allison a demand?? ?? ??tre nomm?? virginium apr??s son ??tat de maison Virginie, avec les symboles Vi et Vm. En 1934, cependant, HG MacPherson de UC Berkeley r??fut?? l'efficacit?? de l'appareil de Allison et la validit?? de cette fausse d??couverte.

En 1936, le physicien roumain Horia Hulubei et son coll??gue fran??ais Yvette Cauchois ??galement analys?? pollucite, cette fois en utilisant leur appareil ?? rayons X ?? haute r??solution. Ils ont observ?? plusieurs lignes d'??missions faibles, qu'ils pr??sum??s ??tre ceux de l'??l??ment 87. Hulubei et Cauchois signal?? leur d??couverte et a propos?? le nom moldavium, avec le symbole Ml, apr??s La Moldavie, la province de la Roumanie o?? Hulubei est n??. En 1937, le travail de Hulubei a ??t?? critiqu?? par le physicien am??ricain FH Hirsh Jr., qui a rejet?? les m??thodes de recherche de Hulubei. Hirsh ??tait certain que eka-c??sium ne serait pas trouv?? dans la nature, et que Hulubei avait plut??t observ?? mercure ou bismuth lignes X-ray. Hulubei, cependant, a insist?? pour que son appareil et les m??thodes de rayons X ??taient trop pr??cis pour faire une telle erreur. Pour cette raison, Jean Perrin, Laur??at du prix Nobel et le mentor de Hulubei, moldavium approuv?? comme le v??ritable eka-c??sium plus Le francium r??cemment d??couvert de Marguerite Perey. Perey, cependant, continue critiqu?? le travail de Hulubei jusqu'?? ce qu'elle a ??t?? cr??dit?? comme le seul d??couvreur de l'??l??ment 87.

L'analyse de Perey

Eka-c??sium a ??t?? d??couvert en 1939 par Marguerite Perey de la Institut Curie ?? Paris, France quand elle purifie un ??chantillon de l'actinium -227 qui avait ??t?? signal?? ?? avoir une ??nergie de d??sint??gration de 220 keV. Cependant, Perey remarqu?? particules de d??sint??gration avec un niveau d'??nergie inf??rieur ?? 80 keV. Perey pensait cette activit?? de d??croissance pourrait avoir ??t?? caus?? par un produit de d??sint??gration non identifi??s auparavant, celui qui a ??t?? s??par?? pendant la purification, mais a ??merg?? ?? nouveau sur l'actinium-227 pur. Diff??rents essais ont ??limin?? la possibilit?? de l'??l??ment inconnu ??tant thorium , radium, le plomb , le bismuth ou de thallium . Le nouveau produit a montr?? des propri??t??s d'un m??tal alcalin chimiques (comme co-pr??cipitation avec des sels de c??sium), qui ont conduit Perey ?? croire que ce ??tait l'??l??ment 87, caus??e par le d??sint??gration alpha de l'actinium-227. Perey a ensuite tent?? de d??terminer la proportion de d??sint??gration b??ta d??sint??gration alpha dans l'actinium-227. Son premier test mis l'alpha ramification ?? 0,6%, un chiffre qui elle a ensuite r??vis??e ?? 1%.

Perey nomm?? le nouvel isotope actinium-K (maintenant d??nomm??e francium-223) et en 1946, elle a propos?? le nom catium pour son ??l??ment nouvellement d??couvert, comme elle croyait ??tre le plus ??lectropositif cation des ??l??ments. Ir??ne Joliot-Curie, un des superviseurs de Perey, oppose le nom en raison de sa connotation de chat plut??t que cation. Perey alors sugg??r?? francium, apr??s la France. Ce nom a ??t?? officiellement adopt?? par le Union internationale de chimie pure et appliqu??e en 1949, devenant ainsi le deuxi??me ??l??ment apr??s gallium ?? ??tre nomm?? apr??s la France. Il a ??t?? attribu?? le symbole Fa, mais cette abr??viation a ??t?? r??vis?? pour le courant Fr peu de temps apr??s. Francium ??tait le dernier ??l??ment d??couvert dans la nature, plut??t que synth??tis??, ?? la suite de rh??nium en 1925. Des recherches suppl??mentaires dans la structure de francium a ??t?? r??alis??e par, entre autres, Sylvain Lieberman et son ??quipe CERN dans les ann??es 1970 et 1980.

Occurrence

Cet ??chantillon de uraninite contient environ 100 000 atomes (3,3 ?? 10 ^-20 g) du francium-223 ?? un moment donn??.

Naturel

Francium-223 est le r??sultat de la d??sint??gration alpha de l'actinium-227 et peut ??tre trouv?? dans l'??tat de traces dans l'uranium et de thorium min??raux . Dans un ??chantillon donn?? de l'uranium, il est estim?? ?? un seul atome d'francium pour chaque 1 ?? 10 ¹⁸ atomes d'uranium. Il est ??galement calcul?? qu'il y ait au plus 30 g de francium dans la cro??te terrestre ?? tout moment.

Synth??se

Francium peuvent ??tre synth??tis??s dans la r??action nucl??aire:

Au ¹⁹⁷ + ¹⁸ O → ²¹⁰ Fr + 5 n

Ce processus, mis au point par Stony Brook physique, les rendements francium isotopes avec des masses de 209, 210, et 211, qui sont ensuite isol??es par la pi??ge magn??to-optique (MOT). Le taux d'un isotope particulier de production d??pend de l'??nergie du faisceau d'oxyg??ne. Un ¹⁸ O faisceau de la Stony Brook LINAC cr??e ²¹⁰ Fr dans la cible de l'or avec la r??action nucl??aire ¹⁹⁷ Au ¹⁸ + O → ²¹⁰ Fr + 5n. La production requise certain temps pour d??velopper et comprendre. Il ??tait essentiel pour faire fonctionner la cible d'or tr??s proche de son point de fusion et de se assurer que sa surface ??tait tr??s propre. La r??action nucl??aire imbeds les atomes de francium profonde dans la cible de l'or, et ils doivent ??tre retir??s efficacement. Les atomes diffusent rapidement ?? la surface de la cible et de l'or sont lib??r??s sous forme d'ions; Toutefois, cela ne se produit pas ?? chaque fois. Les ions francium sont guid??s par lentilles ??lectrostatiques jusqu'?? ce qu'ils atterrissent dans une surface de l'yttrium chaud et deviennent neutres nouveau. Le francium est ensuite inject??e dans une ampoule de verre. A faisceaux laser sur le terrain et magn??tiques refroidir et limitent les atomes. Bien que les atomes restent dans le pi??ge que pendant environ 20 secondes avant de se ??chapper (ou d??composition), un flux r??gulier d'atomes frais remplace ceux qui ont perdu, en gardant le nombre d'atomes pi??g??s ?? peu pr??s constants pendant quelques minutes ou plus. Dans un premier temps, ?? environ 1000 atomes de francium ont ??t?? pi??g??s dans l'exp??rience. Ce ??tait progressivement am??lior??e et la configuration est capable de pi??ger plus de 300 000 atomes neutres du francium un temps. Bien que ces atomes neutres "m??talliques" ("m??tal francium"), ils sont dans un ??tat non consolid??e gazeux. Assez francium est pi??g?? qu'une cam??ra vid??o peut capturer la lumi??re ??mise par les atomes tels qu'ils sont fluorescents. Les atomes apparaissent comme une sph??re lumineuse d'environ 1 millim??tre de diam??tre. Ce ??tait la premi??re fois que tout le monde ait jamais vu le francium. Les chercheurs peuvent d??sormais effectuer des mesures tr??s sensibles de la lumi??re ??mise et absorb??e par les atomes pi??g??s, fournissant les premiers r??sultats exp??rimentaux sur diverses transitions entre les niveaux d'??nergie nucl??aire dans le francium. Les mesures initiales montrent tr??s bon accord entre les valeurs exp??rimentales et des calculs bas??s sur la th??orie quantique. Autres m??thodes de synth??se comprennent radium bombardant de neutrons, et bombardant avec des protons de thorium, deut??rons, ou h??lium ions . Francium n'a pas, ?? partir de 2012, ??t?? synth??tis?? en quantit?? suffisante pour peser.

Isotopes

Il ya 34 isotopes connus du francium allant dans masse atomique de 199 ?? 232. Francium a sept m??tastable isom??res nucl??aires. Francium-223 et le francium-221 sont les seuls isotopes qui se produisent dans la nature, m??me si le premier est beaucoup plus commun.

Francium-223 est l'isotope le plus stable avec une demi-vie de 21,8 minutes, et il est tr??s peu probable qu'un isotope de francium avec une demi-vie plus longue sera jamais d??couvert ou synth??tis??. Francium-223 est le cinqui??me produit de l' actinium s??rie de d??sint??gration de l'isotope fille de l'actinium-227. Francium-223 se d??sint??gre en radium 223 par d??sint??gration b??ta (1149 keV ??nergie de d??sint??gration), avec un mineur (0,006%) alpha chemin de la pourriture ?? l'astate-219 (5,4 MeV ??nergie de d??sint??gration).

Francium-221 a une demi-vie de 4,8 minutes. Il est le neuvi??me produit de la neptunium s??rie de d??sint??gration comme un isotope fille de l'actinium-225. Francium-221 se d??sint??gre en astate-217 par la d??sint??gration alpha (6,457 MeV d'??nergie de d??croissance).

Le moins stable ??tat fondamental isotope est francium-215, avec une demi-vie de 0,12 ps. (9,54 MeV d??sint??gration alpha d'astate-211): Son isom??re m??tastable, francium-215m, est encore moins stable, avec une demi-vie de seulement 3,5 ns.