Franciu

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Salt la: Navigare, căutare
Franciu
RadonFranciuRadiu
Cesiu
  Lattic simple cubic.svg
(223)
87
Fr
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Fr
Uue
Tabelul completTabelul extins
Informații generale
Nume, Simbol, Număr Franciu, Fr, 87
Serie chimică Metale Alcaline
Grupă, Perioadă, Bloc 1, 7, s
Densitate 1,87 kg/m³
Culoare albă argintie
Număr CAS 7440-73-5
Număr EINECS
Proprietăți atomice
Masă atomică 223 u
Rază atomică pm
Rază de covalență 260 pm
Rază van der Waals 348 pm
Configurație electronică [Rn]7s1
Electroni pe nivelul de energie 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1
Număr de oxidare 1
Oxid Fr2O
Structură cristalină Cubică
Proprietăți fizice
Fază ordinară solid
Punct de topire 27ºC 300° K
Punct de fierbere 677ºC 950° K
Energie de fuziune 2 kJ/mol
Energie de evaporare 65 kJ/mol
Temperatură critică  K
Presiune critică  Pa
Volum molar m³/kmol
Presiune de vapori
Viteza sunetului m/s la 20 °C
Forță magnetică
Informații diverse
Electronegativitate (Pauling) 0,7
Căldură specifică J/(kg·K)
Conductivitate electrică 3 S/m
Conductivitate termică 15 W/(m·K)
Primul potențial de ionizare 380 kJ/mol
Al 2-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_2}}} kJ/mol
Al 3-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_3}}} kJ/mol
Al 4-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_4}}} kJ/mol
Al 5-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_5}}} kJ/mol
Al 6-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_6}}} kJ/mol
Al 7-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_7}}} kJ/mol
Al 8-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_8}}} kJ/mol
Al 9-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_9}}} kJ/mol
Al 10-lea potențial de ionizare {{{potențial_de_ionizare_10}}} kJ/mol
Cei mai stabili izotopi
Simbol AN T1/2 MD Ed PD
MeV
221Fr sintetic 4,8 min. α 6,457 227At stabil cu 134 neutroni
222Fr sintetic 14,2 min. β- 2,033 222Ra stabil cu 135 neutroni
223Fr urme 22 min. β-
α
1,149
5,340
223Ra
219At
stabil cu 136 neutroni
Precauții
NFPA 704
Unitățile SI și condiții de temperatură și presiune normale dacă nu s-a specificat altfel.
Marguerite Perey, descoperitoarea Franciului

Franciul este un element chimic cu simbolul Fr și numărul atomic 87. În trecut era cunoscut ca eka-cesiu și actiniu K.[note 1] E unul din cele două elemente cel mai puțin electronegative, celălalt fiind cesiul. Franciul este un metal foarte radioactiv ce se descompune în astatiniu, radiu și radon. Fiind un metal alcalin, are valența unu.

Franciul în sine nu a fost niciodată văzut. Judecând după aspectul celorlalte elemente din grupa sa, se presupune că franciul are un aspect reflectorizant, dacă s-ar putea aduna destul pentru a fi observat în stare solidă sau lichidă. Obținerea unei astfel de cantități e foarte improbabilă, fiindcă căldură extremă produsă de dezintegrarea franciului (timpul de înjumătățire cel mai lung al oricărui izotop al său e de 22 de minute) ar vaporiza instantaneu orice cantitate vizibilă de element.

Franciul a fost descoperit de Marguerite Perey în Franța (de unde elementul își și ia numele) în 1939. A fost ultimul descoperit în natură, și nu prin sinteză.[note 2] În afara laboratorului, franciul e extrem de rar, cantități infime găsindu-se în minereurile de uraniu și toriu, unde izotopul franciu-223 se formează și dezintegrează continuu. În jur de 20-30 g există la orice moment dat în scoarța terestră; ceilalți izotopi (cu excepția franciului-221) sunt pur sintetici. Cea mai mare cantitate produsă vreodată în laborator a fost o grupare de peste 300.000 de atomi.[1]

Caracteristici[modificare | modificare sursă]

Franciul este cel mai puțin stabil element ce se poate găsi în natură: cel mai stabil izotop al său, franciul-223, are un timp de înjumătățire de doar 22 de minute. În contrast, astatinul, al doilea cel mai puțin stabil element ce se poate găsi în natură, are un timp de înjumătățire de 8,5 ore.[2] Toți izotopii franciului se descompun ori în astatiniu, radiu sau radon.[2] Franciul e de asemenea mai instabil de cât toate elementele până la dubniu.[3]

Franciul este un metal alcalin ale cărui proprietăți chimice seamănă cu cele ale cesiului.[3] E un element greu cu un singur electron de valență,[4] având cea mai mare masă echivalentă dintre orice alt element.[3] Franciul lichid - dacă ar putea fi creat - ar avea o tensiune superficială de 0.05092 N/m la temperatura sa de topire.[5] Punctul de topire al franciului a fost calculat a fi în jur de 27 °C (80 °F, 300 K).[6] Acesta este totuși nesigur, dată fiind raritatea și radioactivitatea elementului. De aceea, nici punctul de fierbere al franciului de 677 °C (1250 °F, 950 K) nu e sigur.

Linus Pauling a estimat electronegativitatea franciului la 0,7 pe scara Pauling, la fel ca cesiul;[7] de atunci valoarea pentru cesiu a fost schimbată la 0,79, deși nu există date experimentală care ar permite schimbarea valorii pentru franciu.[8] Franciul are o energie de ionizare puțin mai mare decât cesiul, 392.811(4) kJ/mol[9] față de 375.7041(2) kJ/mol pentru cesiu, după cum s-ar aștepta de la efectele relativistice, iar asta ar implica că cesiul e mai puțin electronegativ decât franciul. Franciul ar trebui de asemenea să aibă o afinitate electronică mai mare decât cea a cesiului, iar ionul Fr ar trebui să fie mai polarizabil decât ionul Cs.[10] Se prezice că molecula CsFr ar avea franciu la capătul negativ al dipolului, față de oricare alte molecule heterodiatomice de metale alcaline. Superoxidul de franciu (FrO2) se presupune a avea un caracter mai covalent decât congenerii săi mai ușori; acest lucru e atribuit electronilor de pe substratul 6p din franciu fiind mai implicați în legătura dintre franciu-oxigen.[10]

Franciul coprecipitează cu mai multe săruri ale cesiului, cum ar fi percloratul de cesiu, care rezultă în mici cantități de perclorat de franciu. Această coprecipitare poate fi folosită pentru a izola franciul, prin adaptarea metodei lui Glendelin și Nelson de coprecipitare a radiocesiului . Va coprecipita, de asemenea, cu alte săruri ale cesiului, printre care iodatul, picratul, tartratul (și tartratul de rubidiu), cloroplatinatul și silicotungstatul de cesiu. Mai coprecipitează cu acidul silicotungstat, și acidul percloric, fără a fi nevoie de alt metal alcalin, lucru ce face posibile alte metode de separare.[11][12] Aproape toate sărurile franciului sunt solubile în apă.[13]

Aplicații[modificare | modificare sursă]

Din cauza instabilității și rarității sale, nu există aplicații comerciale pentru franciu.[14][15][16][17] A fost folosit la cercetare în diverse domenii ale chimiei,[18] și a structurii atomice. Rolul său în diagnosticarea cancerului a fost de asemenea cercetat,[2] dar s-a dovedit a fi nepractic.[15]

Abilitatea franciului de a fi sintetizat, capturat și răcit, împreună cu structura sa atomică relativ simplă l-au făcut subiectul unor experimente specializate de spectroscopie. Aceste experimente au dus la informații mai detaliate despre nivelurile de energie și constantele de cuplare dintre particulele subatomice.[19] Studiile pe lumina emisă de ionii de franciu-210 capturați laser au furnizat date precise despre schimburile între nivelurile atomice de energie care sunt destul de asemănătoare cu cele prezise de teoria cuantică.[20]

Istorie[modificare | modificare sursă]

Încă din 1870, chimiștii credeau că ar trebui să fie un alt metal alcalin după cesiu, cu numărul atomic 87.[2] Atunci i-a fost pus numele provizoriu „eka-cesiu”.[21] Cercetătorii au încercat să găsească și izoleze elementul, cel puțin patru descoperiri false fiind anunțate înainte ca franciul în sine să fie descoperit.

Descoperiri eronate sau incomplete[modificare | modificare sursă]

Chimistul rus D. K. Dobroserdov a fost primul om de știință care a pretins a fi găsit eka-cesiul, sau franciul. În 1925, el a observat semne de radioactivitate slabe într-o monstră de potasiu, alt metal alcalin, concluzând incorect că eka-cesiul era cel ce contamina proba (de fapt, radioactivitatea provenea de la izotopul potasiu-40, ocurent natural).[22] Succedent, el a publicat o teză despre prezicerile sale asupra proprietățile eka-cesiului, în care el numea noul element russiu, după țara sa natală.[23] La scurt timp după, Dobroserdov a început să se axeze pe cariera sa didactică la Institutul Politehnic din Odessa, fără a continua cercetările asupra elementului.[22]

Un an mai târziu, chimiștii englezi Gerald J. F. Druce și Frederick H. Loring au analizat fotografii făcute cu raze X a sulfatului de mangan (II).[23] Ei au observat niște linii spectrale pe care le presupuneau a fi ale eka-cesiului. Și-au anunțat descoperirea elementului 87 și i-au propus numele alkaliniu, deoarece era cel mai greu metal alcalin.[22]

În 1930, Fred Allison de la Institutul Politehnic Alabama a pretins să fi descoperit elementul 87 atunci când analiza polucit și lepidolit folosindu-și dispozitivul său magneto-optic. Allison a cerut ca elementul să fie numit virginiu după statul său natal, Virginia, și să aibă simbolul chimic Vi sau Vm.[23][24] În 1934, H. G. MacPherson de la Universitatea Berkeley a demonstrat ineficacitatea dispozitivului folosit de Allison și că el nu a descoperit, de fapt, nimic.[25]

În 1936, fizicianul român Horia Hulubei și colegul său francez Yvette Cauchois au analizat, de asemenea, polucitul, de această data folosindu-se de aparatul lor de rezoluție înaltă cu raze X.[22] Ei au observat mai multe linii de emisie slabe, care au presupus a fi ale elementului 87. Hulubei și Cauchois și-au raportat descoperirea și au propus numele moldaviu elementului, și simbolul Ml, după Moldova, unde Hulubei s-a născut.[23] În 1937, munca lui Hulubei a fost criticată de fizicianul american F. H. Hirsh Jr., care a contrazis metodele de cercetare a le lui Hulubei. Hirsh era sigur că eka-cesiul nu se putea găsi în natură, și că Hulubei observase de fapt liniile de raze X a mercurului sau a bismutului. Hulubei a insistat că aparatul său cu raze X și metodele sale erau prea precise pentru a face o astfel de greșeală. Din această cauză, Jean Baptiste Perrin, câștigător al Premiului Nobel și mentorul lui Hulubei a susținut că moldaviul este adevăratul eka-cesiu, și nu franciul descoperit de curând de către Marguerite Perey până când ea a fost demonstrată adevărata descoperitoare a elementului 87.[22]

Analiza lui Perey[modificare | modificare sursă]

Eka-cesiul a fost descoperit în 1939 de către Marguerite Perey de la Institutul Curie din Paris, atunci când purifica o probă de actiniu-227 care a fost semnalată a avea o energie de descompunere de 220 keV. Perey a observat particule de descompunere cu un nivel de energie sub 80 keV. Ea a crezut că această descompunere era cauzată de un produs de descompunere nemaiîntâlnit vreodată, unul care a fost separat în timpul purificării, dar a reapărut din actiniul-227 pur. Diverse teste au eliminat posibilitatea ca elementul necunoscut să fie thoriul, radiul, plumbul, bismutul sau taliul. Elementul avea proprietățile chimice ale unui metal alcalin (cum ar fi coprecipitarea cu sărurile cesiului), care a făcut-o pe Perey să creadă că acela era elementul 87, produsul descompunerii alpha a actiniului-227. Perey a încercat ulterior să determine raportul între descompunerea beta și alpha în actiniul-227.[21] Primele ei teste au indicat că descompunerea alpha constituia 0,6%, cifră pe care a schimbat-o succedent la 1%.[26]

Perey a numit noul izotop actiniu-K (acum denumit franciu-223)[21] iar în 1946, ea a propus numele catiu pentru elementul nou descoperit, fiindcă ea îl credea a fi cel mai electropozitiv cation dintre elemente. Irène Joliot-Curie, una din supervizoarele lui Perey, s-a opus acestei denumiri deoarece ducea cu gândul mai mult la cat (pisică în engleză) decât la cation.[21] Ulterior, Perey a propus numele franciu, după Franța. Acest nume a fost adoptat oficial de IUPAC în 1949,[2] franciul devenind al doilea element după galiu care e numit după Franța. I-a fost pus simbolul Fa, dar acesta a fost schimbat în Fr (simbolul de astăzi) la scurt timp după.[27] Franciul a fost ultimul element descoperit în natură, și nu prin sinteză, după reniu în 1925.[21] Cercetările ulterioare asupra structurii franciului au fost efectuate de, printre alții, Sylvain Lieberman și echipa sa de la CERN în anii 1970 și 1980. [28]

Vezi și[modificare | modificare sursă]

Note[modificare | modificare sursă]

  1. ^ De fapt, cel mai puțin stabil izotop: franciu-223
  2. ^ Unele elemente sintetice, spre exemplu technețiul și plutoniul, au fost găsite ulterior în natură.

Referințe[modificare | modificare sursă]

  1. ^ Luis A. Orozco (2003). „Francium”. Chemical and Engineering News. http://pubs.acs.org/cen/80th/francium.html. 
  2. ^ a b c d e Price, Andy (20 decembrie 2004). „Francium. http://www.andyscouse.com/pages/francium.htm. Accesat la 19 februarie 2012. 
  3. ^ a b c CRC Handbook of Chemistry and Physics. 4. CRC. 2006. p. 12. ISBN 0-8493-0474-1 
  4. ^ Winter, Mark. „Electron Configuration”. Francium. The University of Sheffield. http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Fr/eneg.html. Accesat la 18 aprilie 2007. 
  5. ^ Kozhitov, L. V.; Kol'tsov, V. B.; Kol'tsov, A. V. (2003). „Evaluation of the Surface Tension of Liquid Francium”. Inorganic Materials 39 (11): 1138–1141. doi:10.1023/A:1027389223381. 
  6. ^ Francium”. Los Alamos National Laboratory. 2011. http://periodic.lanl.gov/87.shtml. Accesat la 19 februarie 2012. 
  7. ^ Pauling, Linus (1960). The Nature of the Chemical Bond (ed. Third). Cornell University Press. pp. 93. ISBN 978-0-8014-0333-0 
  8. ^ Allred, A. L. (1961). „Electronegativity values from thermochemical data”. J. Inorg. Nucl. Chem. 17 (3–4): 215–221. doi:10.1016/0022-1902(61)80142-5. 
  9. ^ Andreev, S.V.; Letokhov, V.S.; Mishin, V.I. (1987). „Laser resonance photoionization spectroscopy of Rydberg levels in Fr”. Physical Review Letters 59 (12): 1274–76. doi:10.1103/PhysRevLett.59.1274. PMID 10035190. Bibcode1987PhRvL..59.1274A. 
  10. ^ a b Thayer, John S. (2010). Relativistic Effects and the Chemistry of the Heavier Main Group Elements. p. 81. doi:10.1007/978-1-4020-9975-5_2. 
  11. ^ Hyde, E. K. (1952). „Radiochemical Methods for the Isolation of Element 87 (Francium)”. J. Am. Chem. Soc. 74 (16): 4181–4184. doi:10.1021/ja01136a066. 
  12. ^ E. N K. Hyde Radiochemistry of Francium,Subcommittee on Radiochemistry, National Academy of Sciences-National Research Council; available from the Office of Technical Services, Dept. of Commerce, 1960.
  13. ^ Maddock, A. G. (1951). „Radioactivity of the heavy elements”. Q. Rev., Chem. Soc. 3 (3): 270–314. doi:10.1039/QR9510500270. 
  14. ^ Winter, Mark. „Uses”. Francium. The University of Sheffield. http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Fr/uses.html. Accesat la 25 martie 2007. 
  15. ^ a b Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 151–153. ISBN 0-19-850341-5. http://books.google.com/books?id=Yhi5X7OwuGkC&pg=PA151 
  16. ^ Gagnon, Steve. „Francium”. Jefferson Science Associates, LLC. http://education.jlab.org/itselemental/ele087.html. Accesat la 1 aprilie 2007. 
  17. ^ Considine, Glenn D., ed (2005). Chemical Elements, in Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. New York: Wiley-Interscience. p. 332. ISBN 0-471-61525-0 
  18. ^ Haverlock, TJ; Mirzadeh, S; Moyer, BA (2003). „Selectivity of calix[4]arene-bis(benzocrown-6) in the complexation and transport of francium ion”. J Am Chem Soc 125 (5): 1126–7. doi:10.1021/ja0255251. PMID 12553788. 
  19. ^ Gomez, E; Orozco, L A; Sprouse, G D (7 noiembrie 2005). „Spectroscopy with trapped francium: advances and perspectives for weak interaction studies”. Rep. Prog. Phys. 69 (1): 79–118. doi:10.1088/0034-4885/69/1/R02. Bibcode2006RPPh...69...79G. 
  20. ^ Peterson, I (11 mai 1996). „Creating, cooling, trapping francium atoms”. Science News 149 (19): 294. doi:10.2307/3979560. http://www.sciencenews.org/pages/pdfs/data/1996/149-19/14919-06.pdf. Accesat la 11 septembrie 2009. 
  21. ^ a b c d e Adloff, Jean-Pierre; Kaufman, George B. (September 25, 2005). Francium (Atomic Number 87), the Last Discovered Natural Element. The Chemical Educator 10 (5). Retrieved on 2007-03-26.
  22. ^ a b c d e Fontani, Marco (10 septembrie 2005). „The Twilight of the Naturally-Occurring Elements: Moldavium (Ml), Sequanium (Sq) and Dor (Do)”. International Conference on the History of Chemistry. Lisbon. pp. 1–8. Arhivat din original la 24 februarie 2006. http://web.archive.org/web/20060224090117/http://5ichc-portugal.ulusofona.pt/uploads/PaperLong-MarcoFontani.doc. Accesat la 8 aprilie 2007. 
  23. ^ a b c d Van der Krogt, Peter (10 ianuarie 2006). „Francium”. Elementymology & Elements Multidict. http://elements.vanderkrogt.net/element.php?sym=Fr. Accesat la 8 aprilie 2007. 
  24. ^ Alabamine & Virginium”. TIME. 15 februarie 1932. http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,743159,00.html. Accesat la 1 aprilie 2007. 
  25. ^ MacPherson, H. G. (1934). „An Investigation of the Magneto-Optic Method of Chemical Analysis”. Physical Review (American Physical Society) 47 (4): 310–315. doi:10.1103/PhysRev.47.310. Bibcode1935PhRv...47..310M. 
  26. ^ „Francium”. McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology. 7. McGraw-Hill Professional. 2002. pp. 493–494. ISBN 0-07-913665-6 
  27. ^ Grant, Julius (1969). „Francium”. Hackh's Chemical Dictionary. McGraw-Hill. pp. 279–280. ISBN 0-07-024067-1 
  28. ^ History”. Francium. State University of New York at Stony Brook. 20 februarie 2007. http://fr.physics.sunysb.edu/francium_news/history.HTM. Accesat la 26 martie 2007. 

Legături externe[modificare | modificare sursă]