Francie

Francie
←  Radon | Radium  →
87 Čs ↑ pá ↓ Uue 87 Fr _
Vzhled jednoduché látky
Asi 200 000 atomů francia v magnetooptické pasti
Vlastnosti atomu
Jméno, symbol, číslo	Francium (Fr), 87
atomová hmotnost ( molární hmotnost )	223,0197  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronická konfigurace	[Rn] 7 s 1
Poloměr atomu	290 [1] hodin
Chemické vlastnosti
Van der Waalsův poloměr	348 [14]  hodin
Poloměr iontů	(+1e) 179 [1]  pm
Elektronegativita	0,7 (Paulingova stupnice)
Elektrodový potenciál	Pá ←Pá + -2,92 V
Oxidační stavy	0, +1
Ionizační energie (první elektron)	392,96(4,0727) [3]  kJ / mol  ( eV )
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky
Hustota (v n.a. )	2,3–2,5 [1]  g/cm³
Teplota tání	18-21 °C [1] ; 291–294 tis. _
Teplota varu	640-660 °C (910-930 K) [1] vypočteno [4] : 598 °C, 871 K
Kritický bod	(vypočteno [4] ) 1980 ± 50  K , ? MPa
Oud. teplo tání	~2 kJ/mol
Oud. výparné teplo	~65 kJ/mol
Molární tepelná kapacita	31,6 J/(K mol)
Krystalová mřížka jednoduché látky
Příhradová konstrukce	kubický tělo- centrovaný
Číslo CAS	7440-73-5

Francium ( chemická značka  - Fr , z lat.  Francium ) - chemický prvek 1. skupiny (podle zastaralé klasifikace  - hlavní podskupina první skupiny, IA), sedmé období periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev , s atomovým číslem 87. Nejreaktivnější z alkalických (a obecně ze všech) kovů, nejtěžší známý alkalický kov. V přírodě se prakticky nevyskytuje, nemá stabilní izotopy, všechny izotopy jsou extrémně radioaktivní.

Historie

Tento prvek předpověděl D. I. Mendělejev (jako „eca-cesium“) a byl objeven (na základě své radioaktivity) v roce 1939 Marguerite Pereyovou , zaměstnankyní Radium Institute v Paříži . V roce 1946 mu dala jméno na počest své vlasti - Francie .

Být v přírodě

Francium je jedním z nejvzácnějších prvků. Mezi prvky, které se neustále vyskytují v zemské kůře, má nižší obsah pouze astat . Veškeré přírodní francium je radiogenní, jeho radioaktivní rozpad je kompenzován současným výskytem nových atomů francia jako meziproduktů rozpadu uranu-235 a thoria-232. Celkový obsah francia v zemské kůře se odhaduje na 340 gramů.

Izotopy

Od roku 2022 je známo 36 izotopů francia s hmotnostními čísly 197-233 a 7 metastabilních jaderných izomerů [5] . V přírodě (jako produkt radioaktivního rozpadu uranu-235) existuje jeden izotop, 223 Fr. Francium-223 (nejdéle žijící izotop francia, poločas rozpadu 22,3 minuty) je jednou z vedlejších větví přírodní řady radioaktivního uranu-235 a nachází se v extrémně malých množstvích v uranových minerálech. Studie vlastností francia se provádějí s indikačním množstvím nuklidu 223 Fr (méně než 10 −15 g), protože kvůli nedostatku dlouhověkých izotopů francia je nemožné získat hmotnostní množství [1] . Vzniká během alfa rozpadu aktinia-227 :

227 Ac → 223 Fr (doprovázeno α-zářením, pravděpodobnost rozpadu přibližně 1,4 %),

227 Ac → 227 Th (za doprovodu β-záření, pravděpodobnost rozpadu je asi 98,6 %).

Starý název pro francium-223 je aktinium K (AcK). Jeho rovnovážný obsah v zemské kůře je podle odhadů 340 g .

Získání

Mikroskopická množství francia-223 lze chemicky izolovat z uranových minerálů. Jiné izotopy francia se získávají uměle pomocí jaderných reakcí .

Jedna z nejběžnějších jaderných reakcí k získání francia:

Zajímavé je, že při této reakci se používá zlato . Tato reakce může být také použita k syntéze izotopů s hmotnostními čísly 209 a 211 (s emisí šesti a čtyř neutronů). Všechny tyto izotopy se však rychle rozpadají (poločas rozpadu 210 Fr a 211 Fr jsou tři minuty a 209 Fr je 50 sekund).

Fyzikální a chemické vlastnosti

Kompletní elektronická konfigurace atomu Francie je: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 1 .

Francium je svými vlastnostmi podobné cesiu . Vždy kokrystalizuje se svými sloučeninami [6] . Téměř všechny sloučeniny francia jsou rozpustné ve vodě. Díky relativistickým efektům 6p obalu je vazba francia s kyslíkem v superoxidech, např. složení FrO 2 , kovalentnější než v superoxidech jiných alkalických kovů [7] .

Vzhledem k tomu, že výzkumníci mají k dispozici pouze nejmenší vzorky obsahující nejvýše 10 −7 g francia, lze informace o jeho fyzikálních vlastnostech určit pouze výpočtem na základě údajů pro stabilní alkalické kovy. Podle takových výpočtů je hustota francia při pokojové teplotě 1,87 g/cm³ , bod tání je 27 °C, bod varu je 677 °C a měrné skupenské teplo tání je 9,385 kJ/kg [4] .

Ionizační potenciál atomu francia-212 ze základního stavu byl experimentálně změřen [3] s vysokou přesností na hmotnostním separátoru radioaktivních jader ISOLDE v CERNu , kde tento izotop vzniká ozářením terče z karbidu uranu protony o intenzitě až 10 10 atomů za sekundu (proud paprsku 2 pikoampéry). Z hlediska reciproké vlnové délky je ionizační potenciál 32848,872(9) cm −1 [3] , což odpovídá 4,0727409(11) eV/atom , neboli 392,95976(11) kJ/mol .

Francium má nejnižší elektronegativitu ze všech v současnosti známých prvků. V souladu s tím je francium také nejreaktivnějším alkalickým kovem.

Prudce reaguje s vodou a vytváří nejsilnější alkálii  , hydroxid francium FrOH. Hydrid FrH a oxid francium Fr 2 O se chovají jako podobné sloučeniny cesia, to znamená, že prudce reagují s vodou za vzniku hydroxidu.

Chlorid , dusičnan , síran , fluorid , sulfid , hydroxid , uhličitan , octan a oxalát francium jsou vysoce rozpustné ve vodě [1] . Špatně rozpustný chloristan , pikrát , jodičnan , chloroplatičitan , chlorobismutát , chlorantimonát , chlorciničitan , nitrokobaltitan francium [1] . Francium se extrahuje nitrobenzenem v přítomnosti tetrafenylboritanu sodného . Koprecipituje s jednoduchými a podvojnými cesiovými solemi a se solemi heteropolykyselin (silikontwolframové, fosfowolframové aj.) [1] .

Aplikace

V současné době má francium a jeho sloučeniny jen málo praktických aplikací kvůli jejich krátkému poločasu rozpadu a vysoké radioaktivitě. Francium-223 se používá pro rychlé stanovení aktinia-227 v přírodních objektech [8] .

Biologická role a dopad

Francium , stejně jako rubidium a cesium , se hromadí v ledvinách, játrech, slinných žlázách a tkáni sarkomu, takže izotopy 223 Fr a 212 Fr se používají v biologickém výzkumu a pro diagnostiku rakoviny [8] .

Poznámky

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Myasoedov B.F. Francy // Chemická encyklopedie  : v 5 dílech / Ch. vyd. N. S. Žefirov . - M . : Velká ruská encyklopedie , 1998. - V. 5: Tryptofan - Iatrochemie. - S. 187. - 783 s. — 10 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-310-9 .
2. ↑ Francium . Národní laboratoř Los Alamos (2011). Získáno 26. července 2012. Archivováno z originálu dne 28. listopadu 2016. (neurčitý)
3. ↑ 1 2 3 Arnold E. a kol. (spolupráce ISOLD). Optická laserová spektroskopie a zkoumání hyperjemných struktur 10 2 S, 11 2 S, 8 2 D a 9 2 D excitovaných hladin ve franciu  //  Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. - 1990. - 28. října ( roč. 23 , č. 20 ). - S. 3511-3520 . — ISSN 0953-4075 . - doi : 10.1088/0953-4075/23/20/014 . Archivováno z originálu 14. července 2021.
4. ↑ 1 2 3 Kozhitov LV, Kol'tsov VB, Kol'tsov AV Hodnocení povrchového napětí kapalného francia  //  Anorganické materiály. — Sv. 39 , iss. 11 . - S. 1138-1141 . - doi : 10.1023/A:1027389223381 .
5. ↑ Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. , Audi G. Hodnocení jaderných vlastností Nubase2020  // Chinese Physics  C. - 2021. - Sv. 45 , iss. 3 . - S. 030001-1-030001-180 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
6. ↑ Winter, Mark Electron Configuration . Francium . University of Sheffield. Získáno 18. dubna 2007. Archivováno z originálu 9. března 2005. (neurčitý)
7. ↑ Thayer, John S. Chemie prvků těžší hlavní skupiny  (neopr.) . - 2010. - S. 81. - doi : 10.1007/9781402099755_2 .
8. ↑ 1 2 Lavrukhina, 1966 , str. 266.

Literatura

• Lavrukhina A. K. , Pozdnyakov A. A. Analytická chemie technecia, promethia, astatinu a francia. - M .: Nauka, 1966. - S. 260-301. — 308 s. - 3200 výtisků.

Odkazy

• Francium na Webelements
• Francium v ​​Popular Library of Chemical Elements

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velká Katalánština Velká Katalánština Skvělý norský Velký Rus Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
V bibliografických katalozích	GND : 4155153-9 J9U : 987007550763805171 LCCN : sh85051541