Фра́нций — элемент главной подгруппы первой группы седьмого периода периодический системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 87. Обозначается символом Fr (лат. Francium). Простое вещество франций — радиоактивный щелочной металл, обладающий крайне высокой химической активностью.

87 РадонФранцийРадий
Fr

Uue
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонПериодическая система элементов
87Fr
Cubic-body-centered.svg
Electron shell 087 Francium.svg
Внешний вид простого вещества
Около 200000 атомов франция в магнитно-оптической ловушке
Свойства атома
Название, символ, номер

Франций / Francium (Fr), 87

Атомная масса
(молярная масса)

223,0197 а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Rn] 7s1

Химические свойства
Радиус иона

(+1e) 180 пм

Электроотрицательность

0,7 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

Fr←Fr+ −2,92 В

Степени окисления

0; +1

Энергия ионизации
(первый электрон)

 380 кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

1,87 г/см³

Температура плавления

18-21°С; 291-294 K

Температура кипения

640-660°С; 913-933 K

Уд. теплота плавления

~2 кДж/моль

Уд. теплота испарения

~65 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

31,6 Дж/(K·моль)

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

кубическая
объёмноцентрированая

Номер CAS

7440-73-5

87
Франций
(223)
[Rn]7s1

Содержание

ИсторияПравить

Этот элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как Эка-цезий), и был открыт (по его радиоактивности) в 1939 г. Маргаритой Перей, сотрудницей Института радия в Париже. Она же дала ему в 1946 г. название в честь своей родины — Франции.

Нахождение в природеПравить

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.

ИзотопыПравить

На 2012 год известно 34 изотопа франция с массовыми числами 199—232 и 7 метастабильных ядерных изомеров[1]. В природе (в качестве продуктов радиоактивного распада урана и тория) содержатся два изотопа: 223Fr и 224Fr. 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 223Fr (менее 10−15 г), так как из-за отсутствия долгоживущих изотопов франций невозможно получить в весовых количествах[2]. Образуется при альфа-распаде актиния-227:

227Ac → 223Fr (сопровождается α-излучением, вероятность распада приблизительно 1,4 %),

227Ac → 227Th (сопровождается β-излучением, вероятность распада около 98,6 %).

Старое название франция-223 — «актиний К» (AcK). По оценкам, его равновесное содержание в земной коре равно 340 г.

Также 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.

ПолучениеПравить

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.

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 210Fr и 211Fr — три минуты, а 209Fr — 50 секунд).

Физические и химические свойстваПравить

Франций похож по свойствам на цезий. Всегда сокристаллизуется с его соединениями[3]. Практически все соединения франция растворимы в воде. Релятивистские эффекты 6p-оболочки делают связь франция с кислородом в супероксидах, например, состава FrO2, более ковалентной, по сравнению с супероксидами других щелочных металлов[4].

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 металлов. 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[5].

Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.

ПрименениеПравить

В настоящее время франций и его соли практического применения не имеют, в связи с малым периодом полураспада и высокой радиоактивностью.

ПримечанияПравить

  1. CRC Handbook of Chemistry and Physics. — CRC, 2006. — Vol. 11. — P. 180–181. — ISBN 0-8493-0487-3.
  2. Редкол.: Зефиров Н.С. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: НИ «Большая Российская энциклопедия», 1999. — Т. 5. — С. 187. — 783 с. — ISBN 5-85270-310-9.
  3. Winter, Mark Electron Configuration. Francium. The University of Sheffield. Проверено 18 апреля 2007.
  4. Thayer John S. Chemistry of heavier main group elements. — P. 81.
  5. Kozhitov, L. V. (2003). «Evaluation of the Surface Tension of Liquid Francium». Inorganic Materials 39 (11): 1138–1141. DOI:10.1023/A:1027389223381.

СсылкиПравить