В группе щелочных металлов самым последним был открыт франций . Еще в 1871 г. Д. И. Менделеев предсказал возможность существования элемента № 87 и его свойства, назвав его экацезием. Более шести десятилетий десятки ученых искали элемент № 87. И лишь в 1938-1939 гг. его открыла ученица М. Склодовской-Кюри француженка М. Перей (1909-1975) и назвала новый элемент в честь своей родины францием.
Франций был обнаружен в продуктах распада урана. Позднее было установлено, что один из изотопов франция образуется из актиния при распаде урана. Франций заслуживает особого внимания. В периодической системе металлические свойства нарастают справа налево и сверху вниз, т. е. по своему положению в общей семье элементов это самый «металлический» металл.
Ученые не возлагают больших надежд на практическое применение франция. Пока он используется в научных экспериментах и медицине. Основная причина - франций малоустойчив. Период полураспада наиболее долгоживущего изотопа 21 мин.
Послужной список основных работ щелочных металлов будет не закончен, если не отметить перспективу их применения, которая сегодня уже опирается на реальную основу. Жидкие щелочные металлы оказались незаменимыми теплоносителями для атомных реакторов будущего - реакторов на быстрых нейтронах. Они же обладают теплопроводностью на несколько порядков выше теплопроводности обычных жидкостей. Например, теплопроводность натрия в 300 раз больше, чем воды. И температурный диапазон использования щелочных металлов также намного шире. Вода, которая является теплоносителем в паровых машинах, кипит при 100 °С, а литий - при 1350 °С. А повышение рабочей температуры установки - это повышение ее КПД.
Проведенные исследования показывают, что оптимальными вариантами являются применение натрия, рубидия и цезия при температурах в теплопроводящей системе от 100 до 1200 °С, лития - от 1200 до 2000 °С. Однако при таких высоких температурах у лития есть конкуренты: серебро (самый теплопроводный металл), галлий и нидий.
Щелочные металлы (жидкие и их пары) в перспективе будут применяться в принципиально новых типах энергетических установок в магнитогидродинамических (МГД) преобразователях энергии. Теоретические основы магнитной гидродинамики родились в 1970 г. и отмечены Нобелевской премией по физике. Автор - шведский физик X. Альфвен (р. 1908 г.).
Остальные 10 металлов из группы особолегкоплавких в периодической системе располагаются у границы металлы - неметаллы. Все они имеют существенно большую плотность по сравнению со щелочными металлами; прочностные свойства их низки, они являются плохими проводниками электричества.
Как конструкционные металлы или как основа для получения конструкционных сплавов данные металлы не применяются в основном из-за низкой прочности и низкой температуры плавления.
0,7 (шкала Полинга)
Fr←Fr + −2,92 В
~2 кДж/моль
~65 кДж/моль
31,6 Дж/(K·моль)
кубическая
объёмноцентрированая
| 87 | |
| 7s 1 | |
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.
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:
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).
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.
В настоящее время франций и его соли практического применения не имеют, в связи с малым периодом полураспада и высокой радиоактивностью.
| 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. | ||||||||||||||||||||||||||||||||
Франций – это элемент с атомным числом 87. Атомная масса наиболее долгоживущего изотопа – 223. Франций является радиоактивным щелочным металлом, обладает крайне выраженной химической реактивностью.
FranciumМеталл 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.
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.
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.
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:
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.
| Франций | |
|---|---|
| Атомный номер | 87 |
| Внешний вид простого вещества | радиоактивный щелочной металл |
| Свойства атома | |
|
Атомная масса (молярная масса) |
223,0197 а. е. м. ( /моль) |
| Радиус атома | n/a пм |
|
Энергия ионизации (первый электрон) |
380 кДж /моль (эВ) |
| Электронная конфигурация | 7s 1 |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | n/a пм |
| Радиус иона | (+1e) 180 пм |
|
Электроотрицательность (по Полингу) |
0,7 |
| Электродный потенциал | Fr←Fr + −2,92 В |
| Степени окисления | +1 |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность | 1,87 /см³ |
| Молярная теплоёмкость | n/a Дж/( ·моль) |
| Теплопроводность | n/a Вт /(м·) |
| Температура плавления | 300 |
| Теплота плавления | ~ 2 кДж /моль |
| Температура кипения | 950 |
| Теплота испарения | ~ 65 кДж/моль |
| Молярный объём | n/a см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки |
кубическая объёмноцентрированая |
| Параметры решётки | n/a Å |
| Отношение c/a | n/a |
| Температура Дебая | n/a K |
| Fr | 87 |
| 7s 1 | |
| Франций | |
Франций — элемент главной подгруппы первой группы седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 87. Обозначается символом Fr (Francium ). Простое вещество франций (CAS-номер: 7440-73-5) — радиоактивный щелочной металл, обладающий высокой химической активностью.
Франций 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.
Франций-223 (самый долгоживущий из изотопов франция, период полураспада 22,3 минуты) содержится в одной из побочных ветвей радиоактивного ряда урана-235 и может быть выделен из природных урановых минералов. Образуется при альфа-распаде актиния-227:
227 Ac → 223 Fr (сопровождается α-излучением, вероятность распада приблизительно 1,4 %),
227 Ac → 227 Th (сопровождается β-излучением, вероятность распада около 98,6 %).
Его старое название — «актиний К» (AcK). По оценкам, его равновесное содержание в земной коре равно 340 г.
Кроме того, 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.
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.
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.
Соль франция FrCl использовалась для обнаружения раковых опухолей, но по причине чрезвычайно высокой стоимости эту соль в масштабных разработках использовать не выгодно.
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.
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.астат Нахождение в природе.
Физические и химические свойства. Франций похож по свойствам на цезий. Всегда со кристаллизуется 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. Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.цезий Релятивистские эффекты 6p-оболочки делают связь франция с кислородом в супероксидах, например, состава FrO 2, более ковалентной, по сравнению с супероксидами других щелочных металлов. Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.
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.
