פרנסיום (Fr): מאפיינים ויישומים

ה פרנסיום, סמל Fr, מספר אטומי 87, הוא יסוד השייך לקבוצה 1 של טבלה מחזורית, המתכות האלקליות. עם זאת, בניגוד לשאר היסודות של הקבוצה, לפרנציום אין איזוטופים יציבים, מה שאף הקשה על גילויו. למעשה, פרנציום היה האלמנט האחרון שהתגלה ומבודד בדגימות טבעיות.

חוסר היציבות האטומית הגדולה שלו אינה מאפשרת להשיג דגימות גלויות וכבדות, לכן, התכונות הפיזיקליות-כימיות שלו מוחלפות מנתונים של מתכות אלקליות אחרות. ההערכה היא שיש רק 30 גרם פרנציום בקרום כדור הארץ, מה שהופך אותו האלמנט השני הנדיר ביותר על פני כדור הארץ, מאחורי רק האסטטין.

קראו גם: רובידיום - יסוד המשמש לייצור משקפיים מיוחדים ושעונים אטומיים

סיכום פרנסיום

• פרנציום היא מתכת אלקלית הממוקמת בתקופה השביעית של הטבלה המחזורית, סמל Fr, Z = 87.

• אין לו איזוטופים יציבים והוא היסוד השני הנדיר ביותר על פני כדור הארץ.

• לאיזוטופ היציב ביותר שלו יש זמן של חצי חיים 22 דקות.

• זה האלמנט עם הכי גדול קרן אטומית של הטבלה המחזורית, בנוסף להיותו האלקטרופוזיטיבי ביותר.

• ניתן להשיג אותו רק על ידי תהליכים גרעיניים, קשה לבודד.

• עדיין אין יישומים מעשיים הקשורים לפרנציום.

פרנסיום נכסים

• סֵמֶל: Fr.

• מסה אטומית: 223.02 u.

• נקודת היתוך: 22°C (מוערך).

• נקודת רתיחה: 665 מעלות צלזיוס (מוערך).

• צְפִיפוּת: 2.5 גרם/ס"מ³ (מוערך).

• אלקטרושליליות: 0,79.

• הפצה אלקטרונית: [Rn] 7 שניות¹.

→ שיעור וידאו על תכונות מחזוריות וא-מחזוריות של יסודות כימיים

מאפייני פרנציום

הפרנציום יש כמה איזוטופים, אבל איזוטופ 233 הוא היציב ביותר, ומגיע לזמן מחצית חיים של 22 דקות. רק לאיזוטופ 212 יש זמן מחצית חיים דומה של 21 דקות, בעוד שלאחרים אפילו לא מתקרבים לזה, ואולי אפילו יש להם מחצית חיים בסדר גודל של שניות.

פרנציום הוא יסוד רדיואקטיבי.

כל זה חוסר יציבות אטומית מעכב את קביעת המאפיינים והמאפיינים הפיזיים החשובים. למעשה, המאפיינים הידועים הושגו בתנאים קיצוניים. מְהִילָה (ריכוז בסדר גודל של 10^-15 פְּרוּצָה).

כמתכת אלקלית, ידוע שמספר החמצון שלה הוא +1. ניסויים הראו גם כי פרנציום הוא האלמנט הכי גדול אלקטרופוזיטיבי של הטבלה המחזורית. מיקום מוביל נוסף שיש לאלמנט הזה בטבלה הוא זה עם הקוטר הגדול ביותר, עם 2.7 אנגסטרום (10^-10 M).

כמו מתכות אלקליות אחרות, פרנציום נשאר בתמיסה בעוד יסודות אחרים משקעים בצורה של הידרוקסידים, קרבונטים, פלואורידים, סולפידים, כרומטים וכו'.

קראו גם: מהם יסודות רדיואקטיביים?

השגת פרנציום

Francium-223, האיזוטופ היציב ביותר של Fr, היה זוהה לראשונה באמצעות פליטת אלפא של אקטין-227. אפשר גם לייצר פרנציום (איזוטופ 212) בהפצצה זהב (¹⁹⁷Au) עם חמצן-18 (¹⁸O) בכור גרעיני.

ניתן להשיג פרנטיום במספר דרכים. לדוגמה, יש אפשרות לזרז אותו עם צסיום, דרך מלחים יסודות מסיסים בקושי כמו פרכלורט (ClO₄^-), hexachloroplatinate (PtCl₆^2-), יודט (IO₄^-), בין אחרים. עם זאת, ההפרדה בין צסיום ופרנציום צפויה להיות קשה מאוד.

שיטות אחרות שפותחו בשנות ה-60 וה-70 אפשרו את הפרדה של פרנציום מתמיסות צסיום ורובידיום באמצעות שרפים לחילופי קטונים. פרנטיום-223, שהתגלה מפליטת אלפא של אקטיניום-227, ניתן גם להפרדה מאקטיניום ומוצרי פירוק אחרים על ידי טכניקות משקעים סלקטיביות. ישנה גם טכניקה נוספת המשמשת בהצלחה יחסית: סובלימציה של פרנציום כלוריד (FrCl) בטמפרטורות סביב 300 מעלות צלזיוס.

יישומים של פרנציום

בדיקות עם חולדות הגיעו למסקנה כי פרנציום מצטבר בכליות, בכבד ובבלוטות הרוק. בנוסף, היה ניסיון ליישם אותו ברפואה גרעינית, באבחון סרטן, אך הקושי בהכנה ובבידוד הפך את הפרויקט לבלתי אפשרי. מאפיין זה, נוסף על מחצית החיים הנמוכה שלו, עושה פרנציום אחד הבודדים אלמנטים ללא יישומים מעשיים.

עם זאת, העובדה שיש את הרדיוס האטומי הגדול ביותר של הטבלה המחזורית ויש רק אלקטרון אחד ב שכבת ערכיות זה משאיר כמה חוקרים סקרנים לגבי טבעו. בשנת 2002, קבוצת חוקרים בארצות הברית הצליחה ללכוד 300,000 אטומי פרנציום כדי לגלות יותר על היסוד.

בדוק את הפודקאסט שלנו: קשה כמו יהלום: מה זה אומר?

ההיסטוריה של פרנציום

מה שבולט בהיסטוריה של פרנציום הוא מספר הפעמים שאנשים אמרו שגילו אותו לאחר מכן מנדלייב חזה את קיומו של יסוד זה בשנת 1871, תחת השם של אקה-צסיום.

זה זמן רב ידוע שאחרי יסוד 83, ביסמוט, הטבלה המחזורית מציגה רק יסודות רדיואקטיביים ובלתי יציבים - למעט חריגים כמו אורניום ותוריום. למרות זאת, זה לא הרתיע מדענים רבים לחפש את יסוד 87 במקורות טבעיים, ולעתים קרובות יותר, לטעון לגילויו.

ממציא הטבלה המחזורית, דמיטרי מנדלייב חזה את יסוד 87.

לדוגמה, ב-1925, הכימאי הרוסי דוברוסרדוב ראה חלש רדיואקטיבי בדוגמה של אֶשׁלָגָן, מסקנה שזה יהיה רכיב 87 ונותנת לו שם רוסיה, לכבוד מדינת הולדתו. עם זאת, ההסבר הטוב ביותר לעובדה היה שלמעשה זוהתה רדיואקטיביות מהאיזוטופ. ⁴⁰K, פולט בטא המהווה כ-0.012% מאשלגן טבעי.

בשנת 1926, הכימאים האנגלים דרוס ולורינג, כאשר ניתחו קווים ספקטרליים של מנגן (II) גופרתי, הם גם הניחו להבחין בקווים מסוימים הנוגעים לאלמנט 87, שעבורם הציעו מאוחר יותר את שם של אלקליניום. עם זאת, חולשתן של העדויות הרתיעה את החוקרים מלהתקדם.

ואז, בשנת 1930, פרד אליסון טען לגילוי של יסוד 87 לאחר כמה ניסויים עם דגימות של פולוציט (עפרה עשירה בצסיום) ולפידוליט (עפרה עם לִיתִיוּם בהרכבו). אליסון הציעה את השם וירג'יניום לכבוד מדינת וירג'יניה בארה"ב. עם זאת, בשנת 1934, מקפירסון הפגין אי דיוקים בתגלית של אליסון.

שנתיים לאחר מכן, ז'אן פרין, פיזיקאי צרפתי הידוע כמי שאישר את תיאוריית התנועה הבראונית של איינשטיין, וסיפק, לפיכך, עדות מספקת לקיומם של אטומים, הצטרפה לפיזיקאית הרומית הוריה הולוביי בסדרה של ניסויים עם קרניים איקס. לאחר מכן הם השיגו את התוצאות הצפויות עבור רכיב 87, ששמו מיד מולדאביום, בהתייחסות לאזור מולדובה, מקום הולדתה של הולוביי. אולם, שוב, העבודה זכתה לביקורת לאור הפרשנויות.

אף אחד מהחוקרים לא הצליח להבין, אבל מה שקרה הוא שלפרנציום יש איזוטופים מאוד לא יציבים, עם זמן מחצית חיים קצר מאוד. המזל היה כזה חוסר קיומו של אלמנט 87 אפילו נחשב.

עם זאת, בשנת 1939, גילויו של יסוד 87 התרחש על ידי מישהו שהחל את דרכו כעוזר מעבדה ללא אחר מארי קירי, בפריז: ה מרגריט צרפתית פרי. עם מומחיות טובה בטיפול וטיהור דגימות רדיואקטיביות, על פרי הוטל לנתח דגימה רדיואקטיבית של אקטניום, יסוד 89.

המדען היה הראשון שצפה בפליטות אלפא וביטא שנוצרו על ידי אקטיניום, חושף יסוד חדש עם זמן מחצית חיים של 21 דקות. הצרפתייה הודיעה אז בזהירות על תגליתה ובשנת 1946 הגנה על עבודת הדוקטורט שלה יסוד 87: Actinium-K.

היסוד החדש נקרא אז פרנציום, לכבוד מדינת הולדתו, בתחילה עם סמל הפא. בשנת 1949, ה האיגוד הבינלאומי לכימיה טהורה ויישומית (Iupac) אישר את היסוד עם השם שניתן על ידי פרי, אך בשנת 1951 שינה את הסמל לפר.

פתרו תרגילים על פרנציום

שאלה 1

פרנטיום (Fr, Z = 87) היא מתכת אלקלית עם זמן מחצית חיים קצר ואינה יציבה. עם זאת, ידוע שיש לו כמה תכונות הדומות למתכות אלקליות אחרות.

בהתבסס על המידע שלעיל, מהי התרכובת הסבירה שנוצרת בין פרנציום לברום (Br, Z = 35)?

א) FrBr₂

ב) פר₂br

ג) FrBr

ד) FrBr₃

תשובה

לפרנטיום, כמתכת אלקלית, יש NOX שווה ל-+1. כבר הברום, א הלוגן, בהיעדר חמצן יש NOX שווה ל-1. לכן, המתחם הסביר ביותר ביניהם הוא האות C, FrBr.

שאלה 2

רדיוס אטומי הוא תכונה מחזורית חשובה ביותר, מכיוון שהוא לא רק מבדיל בין אטומים מבחינת גודלם, אלא גם עוזר להבין את התגובתיות ותכונות אחרות של אטומים.

בין היסודות של הטבלה המחזורית, היסוד בעל הרדיוס האטומי הגדול ביותר הוא:

א) ו

ב) Cs

ג) ח

ד) פר

ה) אוג

תשובה

ידוע שהרדיוס האטומי גדול יותר ככל שתקופת היסוד גדולה יותר ומספר קטן יותר של אלקטרונים בשכבת הערכיות. לפיכך, היסוד בעל הרדיוס הגדול ביותר הוא פרנציום, Fr, כפי שהוא בתקופה השביעית של הטבלה המחזורית ויש לו רק אלקטרון ערכיות אחד.

מאת Stéfano Araújo Novais
מורה לכימיה