Francium (Fr): egenskaper och tillämpningar

DE francium, symbol Fr, atomnummer 87, är ett grundämne som tillhör grupp 1 av Periodiska systemetalkalimetallerna. Men till skillnad från de andra elementen i gruppen har francium inte stabila isotoper, vilket till och med gjorde dess upptäckt svår. Faktum är att francium var sista elementet att upptäcka och isolerade i naturliga prover.

Dess stora atomära instabilitet tillåter inte att erhålla synliga och tunga prover, därför extrapoleras dess fysikalisk-kemiska egenskaper från data från andra alkalimetaller. Man räknar med att det bara finns 30 gram francium i jordskorpan, vilket gör det det näst sällsynta elementet på planeten, bakom endast astatin.

Läs också: Rubidium — element som används vid tillverkning av speciella glasögon och atomur

francium sammanfattning

• Francium är en alkalimetall belägen i den sjunde perioden av det periodiska systemet, symbol Fr, Z = 87.

• Det har inga stabila isotoper och är det näst sällsynta grundämnet på planeten.

• Dess mest stabila isotop har en tid på halva livet 22 minuter.

• Det är elementet med störst atomstråle i det periodiska systemet, förutom att vara den mest elektropositiva.

• Det kan endast erhållas genom nukleära processer, eftersom det är svårt att isolera.

• Det finns fortfarande inga praktiska tillämpningar relaterade till francium.

Francium Egenskaper

• Symbol: Fr.

• atomisk massa: 223,02 u.

• Fusionspunkt: 22°C (uppskattad).

• Kokpunkt: 665 °C (uppskattad).

• Densitet: 2,5 g/cm³ (uppskattad).

• elektronnegativitet: 0,79.

• Elektronisk distribution: [Rn] 7s¹.

→ Videolektion om periodiska och aperiodiska egenskaper hos kemiska grundämnen

Francium egenskaper

francium har flera isotoper, men isotop 233 är den mest stabila och når en halveringstid på 22 minuter. Endast isotop 212 har en liknande halveringstid på 21 minuter, medan de andra inte ens kommer i närheten av det, och kan till och med ha halveringstider i storleksordningen sekunder.

Francium är ett radioaktivt grundämne.

allt detta atomär instabilitet hindrar bestämningen av viktiga fysiska egenskaper och egenskaper. Faktum är att de kända egenskaperna erhölls under extrema förhållanden. utspädning (koncentration i storleksordningen 10^-15 mol/L).

Som alkalimetall är dess oxidationstal känt för att vara +1. Experiment har också visat att francium är det mest element elektropositiv av det periodiska systemet. En annan ledande position som detta element har i tabellen är den med störst diameter, med 2,7 angström (10^-10 m).

Precis som andra alkalimetaller förblir francium i lösning medan andra grundämnen fälls ut i form av hydroxider, karbonater, fluorider, sulfider, kromater, etc.

Läs också: Vad är radioaktiva grundämnen?

Att få francium

Francium-223, den mest stabila isotopen av Fr, var upptäcktes först genom alfa-emissionen av aktin-227. Det är också möjligt att framställa francium (isotop 212) genom att bombardera guld- (¹⁹⁷Au) med oxygen-18 (¹⁸O) i en kärnreaktor.

Frantium kan erhållas på ett antal sätt. Till exempel, det finns möjlighet att fälla ut det med cesium, genom salter svårlösliga grundämnen som perklorat (ClO₄^-hexaklorplatinat (PtCl₆^2-), jodat (IO₄^-), mellan andra. Separationen av cesium och francium förväntas dock bli mycket svår.

Andra metoder som utvecklades på 1960- och 1970-talen möjliggjorde separation av francium från cesium- och rubidiumlösningar genom katjonbytarhartser. Frantium-223, som upptäcktes från alfa-emissionen av aktinium-227, kan också separeras från aktinium och andra nedbrytningsprodukter genom selektiva utfällningstekniker. Det finns också en annan teknik som används med relativ framgång: sublimering av franciumklorid (FrCl) vid temperaturer runt 300 °C.

Tillämpningar av francium

Tester med råttor drog slutsatsen att francium ackumuleras i njurarna, levern och spottkörtlarna. Dessutom gjordes ett försök att tillämpa det i nuklearmedicin, vid diagnos av cancer, men svårigheten att förbereda och isolera det gjorde projektet omöjligt. Denna egenskap, läggs till dess låga halveringstid, gör francium en av de få element inga praktiska tillämpningar.

Men det faktum att ha största atomradien i det periodiska systemet och har bara en elektron i valensskikt det håller vissa forskare nyfikna på dess natur. 2002 lyckades en grupp forskare i USA fånga 300 000 franciumatomer för att få reda på mer om grundämnet.

Kolla in vår podcast: Hård som en diamant: vad betyder det?

franciums historia

Det som sticker ut i franciums historia är antalet gånger människor sa att de upptäckte det efter Mendeleev förutsäger existensen av detta element 1871, under namnet eka-cesium.

Det har länge varit känt att efter grundämnet 83, vismut, visar det periodiska systemet endast radioaktiva och instabila grundämnen – med undantag som uran och torium. Trots det har detta inte avskräckt många forskare från att leta efter element 87 i naturliga källor och, oftare än inte, hävda dess upptäckt.

Uppfinnaren av det periodiska systemet, Dmitri Mendeleev förutspådde element 87.

Till exempel, 1925, ryske kemisten Dobroserdov observerade en svag radioaktivitet i ett urval av kalium, dra slutsatsen att detta skulle vara element 87 och namnge det Ryssland, för att hedra sitt hemland. Den bästa förklaringen till detta var dock att man faktiskt upptäckte radioaktivitet från isotopen. ⁴⁰K, en beta-emitter som utgör cirka 0,012 % av naturligt kalium.

1926 analyserade de engelska kemisterna Druce och Loring spektrallinjer av mangan(II)sulfat, de antog också att observera några linjer relaterade till element 87, för vilka de senare föreslog namn alkalinium. Men bevisens svaghet avskräckte forskare från att gå vidare.

Sedan, 1930, hävdade Fred Allison upptäckten av element 87 efter några experiment med prover av polucit (en malm rik på cesium) och lepidolit (en malm med litium i dess sammansättning). Allison föreslog namnet virginium för att hedra den amerikanska delstaten Virginia. Men 1934 visade MacPherson felaktigheter i Allisons upptäckt.

Två år senare, Jean Perrin, en fransk fysiker känd för att ha bekräftat Einsteins teori om Brownsk rörelse, förutsatt att sålunda, tillräckliga bevis för existensen av atomer, anslöt sig till den romerska fysikern Horia Hulubei i en serie experiment med strålar X. De fick sedan förväntade resultat för element 87, som de omedelbart namngav moldavium, med hänvisning till regionen Moldavien, Hulubeis födelseplats. Men återigen kritiserades arbetet mot bakgrund av tolkningarna.

Ingen av forskarna kunde förstå, men det som hände är att francium har väldigt instabila isotoper, med väldigt kort halveringstid. Olyckan var sådan inexistensen av element 87 övervägdes till och med.

Men 1939, upptäckten av element 87 inträffade av någon som började som laboratorieassistent för ingen mindre än Marie Curie, i Paris: De franska Marguerite Perey. Med god expertis i att hantera och rena radioaktiva prover fick Perey i uppdrag att analysera ett radioaktivt prov av aktinium, grundämne 89.

vetenskapsmannen var den första att observera alfa- och beta-utsläppen från aktinium, avslöjar ett nytt element med en halveringstid på 21 minuter. Den franska kvinnan tillkännagav sedan försiktigt sin upptäckt och försvarade 1946 sin doktorsavhandling Element 87: Actinium-K.

Det nya elementet fick då namnet francium, för att hedra sitt hemland, först med Fa-symbolen. 1949, den International Union of Pure and Applied Chemistry (Iupac) bekräftade grundämnet med namnet från Perey, men ändrade 1951 symbolen till Fr.

Lösta övningar på francium

fråga 1

Frantium (Fr, Z = 87) är en alkalimetall med kort halveringstid och är instabil. Det är dock känt att det har vissa egenskaper som liknar andra alkalimetaller.

Baserat på ovanstående information, vilken är den troliga föreningen som bildas mellan francium och brom (Br, Z = 35)?

A) FrBr₂

B) Fr₂br

C) FrBr

D) FrBr₃

Svar

Frantium, som alkalimetall, har NOX lika med +1. Redan bromet, en halogen, i frånvaro av syre har NOX lika med -1. Därför är den mest troliga föreningen bland dem bokstaven C, FrBr.

fråga 2

Atomradien är en extremt viktig periodisk egenskap, eftersom den inte bara skiljer atomerna åt när det gäller deras storlekar, utan också hjälper till att förstå atomers reaktivitet och andra egenskaper.

Bland elementen i det periodiska systemet är det element som har den största atomradien:

A) F

B) Cs

C) H

D) Fr

E) Og

Svar

Det är känt att atomradien är större ju större period elementet har och ju mindre antalet elektroner i valensskiktet. Således är grundämnet med den största radien francium, Fr, eftersom det är i den sjunde perioden av det periodiska systemet och har bara en valenselektron.

Av Stéfano Araújo Novais
Kemilärare