Φράγκιο (Fr): χαρακτηριστικά και εφαρμογές

Ο φράγκιο, σύμβολο Fr, ατομικός αριθμός 87, είναι ένα στοιχείο που ανήκει στην Ομάδα 1 του Περιοδικός Πίνακας, τα αλκαλικά μέταλλα. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα άλλα στοιχεία της ομάδας, το φράγκιο δεν έχει σταθερά ισότοπα, γεγονός που δυσκόλεψε ακόμη και την ανακάλυψή του. Στην πραγματικότητα, το φράγκιο ήταν το τελευταίο στοιχείο που πρέπει να ανακαλυφθεί και απομονώνεται σε φυσικά δείγματα.

Η μεγάλη ατομική του αστάθεια δεν επιτρέπει τη λήψη ορατών και βαρέων δειγμάτων, επομένως, οι φυσικοχημικές του ιδιότητες προεκτείνονται από τα δεδομένα άλλων αλκαλικών μετάλλων. Υπολογίζεται ότι υπάρχουν μόνο 30 γραμμάρια φράγκιο στον φλοιό της γης, γεγονός που το καθιστά το δεύτερο πιο σπάνιο στοιχείο στον πλανήτη, πίσω μόνο από την άστατη.

Διαβάστε επίσης: Ρουβίδιο — στοιχείο που χρησιμοποιείται στην κατασκευή ειδικών γυαλιών και ατομικών ρολογιών

περίληψη φραγκίου

• Το φράγκιο είναι ένα αλκαλικό μέταλλο που βρίσκεται στην έβδομη περίοδο του Περιοδικού Πίνακα, σύμβολο Fr, Z = 87.

• Δεν έχει σταθερά ισότοπα και είναι το δεύτερο πιο σπάνιο στοιχείο στον πλανήτη.

• Το πιο σταθερό ισότοπό του έχει χρόνο ημιζωή 22 λεπτά.

• Είναι το στοιχείο με το μεγαλύτερο ατομική ακτίνα του Περιοδικού Πίνακα, εκτός από το ότι είναι το πιο ηλεκτροθετικό.

• Μπορεί να ληφθεί μόνο με πυρηνικές διεργασίες, καθώς είναι δύσκολο να απομονωθεί.

• Δεν υπάρχουν ακόμα πρακτικές εφαρμογές που να σχετίζονται με το φράγκιο.

Ιδιότητες Francium

• Σύμβολο: π.

• ατομική μάζα: 223,02 u.

• Σημείο σύντηξης: 22°C (εκτιμώμενο).

• Σημείο βρασμού: 665 °C (εκτιμώμενο).

• Πυκνότητα: 2,5 g/cm³ (εκτιμώμενο).

• ηλεκτραρνητικότητα: 0,79.

• Ηλεκτρονική διανομή: [Rn] 7s¹.

→ Βίντεο μάθημα για τις περιοδικές και απεριοδικές ιδιότητες των χημικών στοιχείων

Χαρακτηριστικά Φραγκίου

το φράγκιο έχει πολλά ισότοπα, αλλά το ισότοπο 233 είναι το πιο σταθερό, φτάνοντας σε χρόνο ημιζωής 22 λεπτά. Μόνο το ισότοπο 212 έχει παρόμοιο χρόνο ημιζωής 21 λεπτών, ενώ τα άλλα δεν πλησιάζουν καν σε αυτό, και μπορεί ακόμη και να έχουν χρόνο ημιζωής της τάξης των δευτερολέπτων.

Το φράγκιο είναι ένα ραδιενεργό στοιχείο.

όλα αυτά ατομική αστάθεια εμποδίζει τον προσδιορισμό σημαντικών φυσικών χαρακτηριστικών και ιδιοτήτων. Μάλιστα, οι γνωστές ιδιότητες αποκτήθηκαν κάτω από ακραίες συνθήκες. διάλυση (συγκέντρωση της τάξης του 10^-15 φίλη αλήτη).

Ως αλκαλικό μέταλλο, ο αριθμός οξείδωσής του είναι γνωστό ότι είναι +1. Πειράματα έδειξαν επίσης ότι το φράγκιο είναι το πιο στοιχείο ηλεκτρισμένος θετικά του Περιοδικού Πίνακα. Μια άλλη ηγετική θέση που κατέχει αυτό το στοιχείο στον πίνακα είναι αυτό με τη μεγαλύτερη διάμετρο, με 2,7 angström (10^-10 Μ).

Όπως και άλλα αλκαλικά μέταλλα, το φράγκιο παραμένει σε διάλυμα ενώ άλλα στοιχεία καθιζάνουν με τη μορφή υδροξειδίων, ανθρακικών, φθοριδίων, σουλφιδίων, χρωμικών κ.λπ.

Διαβάστε επίσης: Τι είναι τα ραδιενεργά στοιχεία;

Λήψη φραγκίου

Το Francium-223, το πιο σταθερό ισότοπο του Fr, ήταν ανιχνεύθηκε για πρώτη φορά μέσω της εκπομπής άλφα της ακτίνης-227. Είναι επίσης δυνατή η παραγωγή φραγκίου (ισότοπο 212) με βομβαρδισμό χρυσός (¹⁹⁷Au) με οξυγόνο-18 (¹⁸Ο) σε πυρηνικό αντιδραστήρα.

Το Frantium μπορεί να ληφθεί με διάφορους τρόπους. Για παράδειγμα, υπάρχει η πιθανότητα να κατακρημνιστεί με το καίσιο, μέσω άλατα Αρκετά διαλυτά στοιχεία όπως το υπερχλωρικό (ClO₄^-), εξαχλωροπλατινικό (PtCl₆^2-), ιωδικό (ΙΟ₄^-), μεταξύ άλλων. Ωστόσο, ο διαχωρισμός καισίου και φραγκίου αναμένεται να είναι πολύ δύσκολος.

Άλλες μέθοδοι που αναπτύχθηκαν τις δεκαετίες του 1960 και του 1970 το επέτρεψαν διαχωρισμός του φραγκίου από τα διαλύματα καισίου και ρουβιδίου μέσω κατιονανταλλακτικής ρητίνης. Το Frantium-223, το οποίο ανακαλύφθηκε από την εκπομπή άλφα του ακτινίου-227, μπορεί επίσης να διαχωριστεί από το ακτίνιο και άλλα προϊόντα διάσπασης με τεχνικές επιλεκτικής καθίζησης. Υπάρχει επίσης μια άλλη τεχνική που χρησιμοποιείται με σχετική επιτυχία: η εξάχνωση του χλωριούχου φραγκίου (FrCl) σε θερμοκρασίες γύρω στους 300 °C.

Εφαρμογές φραγκίου

Δοκιμές σε αρουραίους κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το φράγκιο συσσωρεύεται στα νεφρά, το ήπαρ και τους σιελογόνους αδένες. Επιπλέον, έγινε προσπάθεια να εφαρμοστεί στην πυρηνική ιατρική, στη διάγνωση του καρκίνου, αλλά η δυσκολία προετοιμασίας και απομόνωσής του έκανε το εγχείρημα ανέφικτο. Αυτό το χαρακτηριστικό, που προστίθεται στον χαμηλό χρόνο ημιζωής του, κάνει το φράγκιο ένας από τους λίγους στοιχεία χωρίς πρακτικές εφαρμογές.

Ωστόσο, το γεγονός της ύπαρξης του μεγαλύτερη ατομική ακτίνα του Περιοδικού Πίνακα και έχοντας μόνο ένα ηλεκτρόνιο στο στρώμα σθένους κρατά ορισμένους ερευνητές περίεργους για τη φύση του. Το 2002, μια ομάδα ερευνητών στις Ηνωμένες Πολιτείες κατάφερε να παγιδεύσει 300.000 άτομα φραγκίου για να μάθει περισσότερα για το στοιχείο.

Δείτε το podcast μας: Σκληρό σαν διαμάντι: τι σημαίνει;

ιστορία του φράγκιου

Αυτό που ξεχωρίζει στην ιστορία του φράγκιου είναι το πόσες φορές οι άνθρωποι είπαν ότι το ανακάλυψαν μετά Ο Mendeleev προέβλεψε την ύπαρξη αυτού του στοιχείου το 1871, στο όνομα του εκα-καισιο.

Είναι από καιρό γνωστό ότι μετά το στοιχείο 83, το βισμούθιο, ο Περιοδικός Πίνακας δείχνει μόνο ραδιενεργά και ασταθή στοιχεία —με εξαιρέσεις όπως το ουράνιο και το θόριο. Ακόμα κι έτσι, αυτό δεν έχει αποθαρρύνει πολλούς επιστήμονες από το να αναζητήσουν το στοιχείο 87 σε φυσικές πηγές και, τις περισσότερες φορές, να διεκδικήσουν την ανακάλυψή του.

Ο εφευρέτης του Περιοδικού Πίνακα, ο Ντμίτρι Μεντελέεφ προέβλεψε το στοιχείο 87.

Για παράδειγμα, το 1925, ο Ρώσος χημικός Dobroserdov παρατήρησε ένα αδύναμο ραδιοενέργεια σε δείγμα του κάλιο, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι αυτό θα ήταν το στοιχείο 87 και ονομάζοντάς το ρωσσίου, προς τιμήν της πατρίδας του. Ωστόσο, η καλύτερη εξήγηση για το γεγονός ήταν ότι, στην πραγματικότητα, ανιχνεύτηκε ραδιενέργεια από το ισότοπο. ⁴⁰Κ, ένας εκπομπός βήτα που αποτελεί περίπου το 0,012% του φυσικού καλίου.

Το 1926, οι Άγγλοι χημικοί Druce και Loring, όταν ανέλυσαν φασματικές γραμμές θειικού μαγγανίου (II), υποθέτουν επίσης ότι παρατηρούν κάποιες γραμμές που σχετίζονται με το στοιχείο 87, για το οποίο αργότερα πρότειναν το όνομα του αλκαλίου. Ωστόσο, η αδυναμία των στοιχείων αποθάρρυνε τους ερευνητές να προχωρήσουν.

Στη συνέχεια, το 1930, ο Φρεντ Άλισον ισχυρίστηκε την ανακάλυψη του στοιχείου 87 μετά από μερικά πειράματα με δείγματα πολυσίτη (μετάλλευμα πλούσιο σε καίσιο) και λεπιδολίτη (μεταλλεύματος με λίθιο στη σύνθεσή του). Η Άλισον πρότεινε το όνομα βιργίνιο προς τιμήν της πολιτείας της Βιρτζίνια των ΗΠΑ. Ωστόσο, το 1934, ο MacPherson έδειξε ανακρίβειες στην ανακάλυψη του Allison.

Δύο χρόνια αργότερα, ο Jean Perrin, ένας Γάλλος φυσικός γνωστός ότι επιβεβαίωσε τη θεωρία του Αϊνστάιν για την κίνηση Brown, παρέχοντας: Έτσι, επαρκή στοιχεία για την ύπαρξη ατόμων, ενώθηκαν με τον Ρωμαίο φυσικό Horia Hulubei σε μια σειρά πειραμάτων με ακτίνες Χ. Έπειτα έλαβαν τα αναμενόμενα αποτελέσματα για το στοιχείο 87, το οποίο ονόμασαν αμέσως μολδαβίου, σε σχέση με την περιοχή της Μολδαβίας, γενέτειρα του Hulubei. Ωστόσο, και πάλι, το έργο επικρίθηκε υπό το φως των ερμηνειών.

Κανένας από τους ερευνητές δεν μπορούσε να καταλάβει, αλλά αυτό που συνέβη είναι ότι το φράγκιο έχει πολύ ασταθή ισότοπα, με πολύ μικρό χρόνο ημιζωής. Η ατυχία ήταν τέτοια που θεωρήθηκε ακόμη και η ανυπαρξία του στοιχείου 87.

Ωστόσο, το 1939, η ανακάλυψη του στοιχείου 87 έγινε από κάποιον που ξεκίνησε ως βοηθός εργαστηρίου σε κανέναν άλλον από Μαρία Κιουρί, στο Παρίσι: ο Γαλλίδα Μαργαρίτα Perey. Με καλή τεχνογνωσία στον χειρισμό και τον καθαρισμό ραδιενεργών δειγμάτων, ο Perey ανέλαβε να αναλύσει ένα ραδιενεργό δείγμα ακτινίου, στοιχείο 89.

ο επιστήμονας ήταν ο πρώτος που παρατήρησε τις εκπομπές άλφα και βήτα που παράγονται από το ακτίνιο, αποκαλύπτοντας ένα νέο στοιχείο με χρόνο ημιζωής 21 λεπτά. Η Γαλλίδα τότε ανακοίνωσε προσεκτικά την ανακάλυψή της και, το 1946, υπερασπίστηκε τη διδακτορική της διατριβή Στοιχείο 87: Ακτίνιο-Κ.

Το νέο στοιχείο στη συνέχεια ονομάστηκε francium, προς τιμήν της πατρίδας του, αρχικά με το σύμβολο του Φα. Το 1949, το Η International Union of Pure and Applied Chemistry (Iupac) επιβεβαίωσε το στοιχείο με το όνομα που έδωσε ο Perey, αλλά το 1951 άλλαξε το σύμβολο σε Fr.

Λυμένες ασκήσεις για το φράγκιο

ερώτηση 1

Το φράντιο (Fr, Z = 87) είναι ένα αλκαλικό μέταλλο με μικρό χρόνο ημιζωής και είναι ασταθές. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι έχει κάποιες ιδιότητες παρόμοιες με άλλα αλκαλικά μέταλλα.

Με βάση τις παραπάνω πληροφορίες, ποια είναι η πιθανή ένωση που σχηματίζεται μεταξύ φραγκίου και βρωμίου (Br, Z = 35);

Α) FrBr₂

Β) Ο π₂br

Γ) FrBr

Δ) FrBr₃

Απάντηση

Το φράντιο, ως αλκαλιμέταλλο, έχει NOX ίσο με +1. Ήδη το βρώμιο, α αλαγόνο, απουσία οξυγόνου έχει ΝΟΧ ίσο με -1. Επομένως, η πιο πιθανή ένωση μεταξύ αυτών είναι το γράμμα C, FrBr.

Ερώτηση 2

Η ατομική ακτίνα είναι μια εξαιρετικά σημαντική περιοδική ιδιότητα, καθώς όχι μόνο διαφοροποιεί τα άτομα ως προς τα μεγέθη τους, αλλά βοηθά επίσης στην κατανόηση της αντιδραστικότητας και άλλων ιδιοτήτων των ατόμων.

Μεταξύ των στοιχείων του Περιοδικού Πίνακα, το στοιχείο που έχει τη μεγαλύτερη ατομική ακτίνα είναι:

Α) ΣΤ

Β) Γσ

Γ) Η

Δ) Ο π

Ε) Ογ

Απάντηση

Είναι γνωστό ότι η ατομική ακτίνα είναι μεγαλύτερη όσο μεγαλύτερη είναι η περίοδος του στοιχείου και τόσο μικρότερος είναι ο αριθμός των ηλεκτρόνια στο στρώμα σθένους. Έτσι, το στοιχείο με τη μεγαλύτερη ακτίνα είναι το φράγκιο, Fr, καθώς βρίσκεται στην έβδομη περίοδο του Περιοδικού Πίνακα και έχει μόνο ένα ηλεκτρόνιο σθένους.

Του Στέφανο Αραούχο Νοβάις
Καθηγητής Χημείας