Франций физические свойства. Химический элемент франций: характеристика и история открытия. История открытия франция

В группе щелочных металлов самым последним был открыт франций . Еще в 1871 г. Д. И. Менделеев предсказал возможность существования элемента № 87 и его свойства, назвав его экацезием. Более шести десятилетий десятки ученых искали элемент № 87. И лишь в 1938-1939 гг. его открыла ученица М. Склодовской-Кюри француженка М. Перей (1909-1975) и назвала новый элемент в честь своей родины францием.

Франций был обнаружен в продуктах распада урана. Позднее было установлено, что один из изотопов франция образуется из актиния при распаде урана. Франций заслуживает особого внимания. В периодической системе металлические свойства нарастают справа налево и сверху вниз, т. е. по своему положению в общей семье элементов это самый «металлический» металл.

Ученые не возлагают больших надежд на практическое применение франция. Пока он используется в научных экспериментах и медицине. Основная причина - франций малоустойчив. Период полураспада наиболее долгоживущего изотопа 21 мин.

Послужной список основных работ щелочных металлов будет не закончен, если не отметить перспективу их применения, которая сегодня уже опирается на реальную основу. Жидкие щелочные металлы оказались незаменимыми теплоносителями для атомных реакторов будущего - реакторов на быстрых нейтронах. Они же обладают теплопроводностью на несколько порядков выше теплопроводности обычных жидкостей. Например, теплопроводность натрия в 300 раз больше, чем воды. И температурный диапазон использования щелочных металлов также намного шире. Вода, которая является теплоносителем в паровых машинах, кипит при 100 °С, а литий - при 1350 °С. А повышение рабочей температуры установки - это повышение ее КПД.

Проведенные исследования показывают, что оптимальными вариантами являются применение натрия, рубидия и цезия при температурах в теплопроводящей системе от 100 до 1200 °С, лития - от 1200 до 2000 °С. Однако при таких высоких температурах у лития есть конкуренты: серебро (самый теплопроводный металл), галлий и нидий.

Щелочные металлы (жидкие и их пары) в перспективе будут применяться в принципиально новых типах энергетических установок в магнитогидродинамических (МГД) преобразователях энергии. Теоретические основы магнитной гидродинамики родились в 1970 г. и отмечены Нобелевской премией по физике. Автор - шведский физик X. Альфвен (р. 1908 г.).

Остальные 10 металлов из группы особолегкоплавких в периодической системе располагаются у границы металлы - неметаллы. Все они имеют существенно большую плотность по сравнению со щелочными металлами; прочностные свойства их низки, они являются плохими проводниками электричества.

Как конструкционные металлы или как основа для получения конструкционных сплавов данные металлы не применяются в основном из-за низкой прочности и низкой температуры плавления.

История открытия:

Франций - один из четырех элементов (№№ 43, 61, 85 и 87) которые остались неоткрытыми к 1925 году. Предсказанный еще Меделеевым эка-цезий искали в качестве спутника цезия в цезиевых минералах. С 1929 по 1939 год эка-цезий "находили" несколько раз, называя то виргинием в честь штата США, то молдавием, то алкалинием или руссием. Однако все эти открытия были ошибочными.
В 1939 г. Маргарита Перей из института Кюри в Париже, занимаясь очисткой препарата актиния (Ас-227) от разнообразных продуктов радиоактивного распада, обнаружила b -излучение, которое не могло принадлежать ни одному из известных в то время изотопов. Когда этот изотоп (период полураспада 21 мин) подвергли химическому исследованию, оказалось, что его свойства соответствуют свойствам эка-цезия.
Окончательно это было подтверждено после второй мировой войны, и в 1946 г. Перей предложила назвать новый элемент францием (Francium) в честь ее родины.

Получение:

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. Его образование из актиния можно выразить уравнением: 227 Ac (-, a ) 223 Fr. 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.
С помощью ядерных реакций получают и другие изотопы франция. Одна из наиболее распространённых реакций: 197 Au + 18 O = 210 Fr + 5n

Физические свойства:

Радоактивный металл. Вследствие высокой радиоактивности исследования проводятся с микроскопическими количествами. Согласно последним данным, плотность франция при комнатной температуре составляет 1,87 г/см 3 , температура плавления 27°C, температура кипения 677°C.
Франций претерпевает b -распад, превращаясь в изотоп радия: 223 Fr (-, b ) 223 Ra

Химические свойства:

Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Электродный потенциал Fr + /Fr = -2,92 В.
Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.
В соединениях проявляет степень окисления +1.

Важнейшие соединения:

Соединения мало изучены вследствие радиоактивности франция. Он обладает большинством свойств, характерных для других щелочных металлов, наиболее похож по свойствам на цезий, всегда сокристаллизуется с его соединениями. Так для выделения франция из смеси с другими продуктами ядерных реакций используется основано на его соосаждении с нерастворимыми солями цезия (перхлоратом или кремневольфраматом цезия). Он извлекается из растворов также хлороплатинатами цезия и рубидия Cs 2 PtCl 6 и Rb 2 PtCl 6 , хлоровисмутатом Cs 2 BiCl 5 , хлоростаннатом Cs 2 SnCl 6 и хлороантимонатом цезия Cs 2 SbCl 5 · 2,5H 2 O, а также свободными гетерополикислотами – кремневольфрамовой и фосфорновольфрамовой.
Образует растворимые соли и гидроксид.

Применение:

Хлорид франция FrCl использовался для обнаружения раковых опухолей, но по причине чрезвычайно высокой стоимости эту соль в масштабных разработках использовать невыгодно.
В настоящее время франций и его соли применения пока что не имеют, в связи с малым периодом полураспада и высокой радиоактивностью.

Тестова Кристина
ХФ ТюмГУ, 581 группа, 2011 г.

Источники: Франций. Популярная библиотека химических элементов http://n-t.ru/ri/ps/pb087.htm
Франций. Википедия, свободная энциклопедия.

Элементов Менделеева. К 1925 году он был одним из четырех ненайденных элементов. Это самый тяжелый и наиболее активный существующий в природе, а также это самый быстрый для полураспада существующих химических элементов. Это, а еще невысокая ядерная устойчивость благоприятствовали тому, что продолжительное время было невозможным открытие франция, существование которого был предсказано Менделеевым почти за век до его получения.

История открытия химического элемента франция

Она отличительна тем, что выпала на участь женщины, имя которой Маргарита Пере. Поиски данного вещества основывались на На основе веществ, соседствующих с № 87, выдвигались различные гипотезы о свойствах данного металла:

• из-за того, что соседствующий цезий плавится при комнатной температуре, предполагалось, что 87-й элемент будет также плавиться при малых температурах;
• считалось, что он будет относиться к таким жидким металлам, как цезий или ртуть;
• выдвигались гипотезы о его радиоактивности.

К концу 1938 года к поиску этого вещества подключилась Маргарита Пере. Она акцентировала свое внимание на альфа-частицах, излучаемых актинием. Она хорошо очистила данное вещество от различных примесей, оставив лишь чистый элемент. После продолжительных химических обработок в руках ученой оставался содержащий щелочные соли. Она предполагала, что он не радиоактивен, но после выпаривания хорошо стала заметна бета-активность со временем полураспада 22 минуты. Женщине сразу стало понятно, что такая скорость зависит непосредственно от действия щелочного элемента.

Продолжительная работа Маргариты увенчалась успехом лишь осенью 1939 года. Отталкиваясь от существующей номенклатуры, женщина дала 87-му элементу наименование "Актиний-К", который позже переименовала во франций в память о месте, в котором родилась. Международный союз теоретической и прикладной химии принял наименование, придуманное Маргаритой Пере. Так состоялось открытие франция.

Химический элемент Fr: характеристика

Это самый тяжелый и наиболее активный щелочной металл, существующий в природе, а также это один из самых быстрых для полураспада из существующих химических элементов. Самый долгоживущий из его изотопов можно обнаружить в урановых минералах. Поэтому химический элемент франций очень плохо изучен, так как распадается быстро. Тем более он обладает очень высокой радиоактивностью. Но все же малые количества этого элемента были исследованы, и обнаружены такие свойства:

Это последний химический элемент, открытый в природе. Он относится к самым редким, так как очень неустойчив и быстро распадается. По подсчетам ученых, химический элемент франций присутствует на Земле всего в количестве 30 граммов. Его можно отнести к жидким металлам, но жидкий он ненадолго. Через несколько секунд франций распадается на более устойчивые элементы, в частности получается радий.

Применение франция

Но, несмотря на высокую неустойчивость, этот химический элемент тоже приносит пользу. Он используется, хотя не широко. Прежде всего химический элемент франций полезен для обнаружения в природных объектах актиния. Кроме того, благодаря экспериментам с лабораторными крысами ученые выяснили, что он накапливается в злокачественных опухолях, которые находятся на первой стадии развития. Поэтому его можно использовать для ранней диагностики саркомы. Но исследование этого элемента продолжается. Франций раскрывает ученым все больше своих тайн.

(Francium; от назв. Франции), Fr - радиоактивный хим. элемент I группы периодической системы элементов; ат. н. 87. Стабильных изотопов неимеет. Получены 18 радиоактивных изотопов с массовыми числами от 204 до 224 и периодами полураспада от 5 10 -3 сек (218Fr) до 23 мин (212Fr). Существование Ф. и некоторые его св-ва предсказал (1870) рус. ученый Д. И. Менделеев, назвав неизвестный в время элемент экацезием. Открыт экацезий в 1939 франц. исследовательницей М. Перей при изучении радиоактивного распада актиния и назван «актинием К». В 1949 «актиний К» переименован во франций. В природе встречаются 223Fr и 221Fr, из них изотоп 223Fr - как продукт радиоактивного распада актиния 227Ас. В 1m природного урана содержится 0,2 мг 227Ас и 3,8 10 -10 г 223Fr. Франций- самый тяжелый элемент среди металлов щелочной группы. Атомный радиус 12,83 А. Ионный радиус Fr+ равен 1,80 А. Плотность (т-ра 20° С) 2,44 г/см3; tпл 20° С; t кип630° С; теплоемкость 0,0338 кал/г-град; электрическое сопротивление (т-ра 18 С)45 10-6 ом-см.

По хим. св-вам франций - полный аналог рубидия и цезия. Гидроокись фторид, хлорид, нитрат, сульфат, сульфид, карбонат, ацетат и оксалат Ф. хорошо растворяются в воде; перхлорат, пикрат, иодат, хлороплатинат, хлоровисмутат, хлоро-антимонат, хлоростаннат и кобаль-тинитрит Ф., а также двойная соль Fr9Bi2I9 и соли франция с гетерополикис-лотами плохо растворимы в воде. Франций выделяют разными методами из продуктов распада 227Ас, из урановой смоляной руды, из продуктов облучения тория и урана быстрыми протонами, а также из продуктов облучения золота ионами 22Ne. При выделении Ф. из продуктов распада 227Ас водный раствор хлорида актиния кипятят с избытком углекислого натрия, осадок отфильтровывают, в фильтрат добавляют соляную к-ту и снова кипятят для разрушения карбонат-ионов. Затем добавляют небольшие количества хлорида лантана и бария, хромата калия и аммония. После этого осадок хроматов отфильтровывают, а фильтрат, содержащий 223Fr, концентрируют упариванием. Для выделения франция из растворов, содержащих, кроме солей Ф., др. соединения, используют ионообменные смолы, методы электрофореза, хрохматографии и др. С помощью франция определяют наличие актиния в природных объектах. Изотоп 223Fr находит применение в биологических исследованиях.

Характеристика элемента

Несомненно одно - его валентный электрон находится на 7 s -орбитали, а радиус атома самый большой среди всех элементов периодической системы. Франций радиоактивный химический элемент. Стабильных изотопов не имеет, а те, что известны - короткоживущие и быстро распадаются, испуская β -излучение (электроны). На всем земном шаре его едва найдется ~500г.

Свойства простого вещества и соединений

Все данные по свойствам франция получены экстраполяцией на основании результатов по совместному осаждению с другими элементами. В химическом отношении I г самый ближайший аналог цезия, по франций еще более электроположителен. Единственная устойчивая степень его окисления +1.

Получение и использование

Получают франций только в виде его соединении путем отделения от актиния. С помощью ионнообменного разделения па колонке со смолой « Дауэкс-50» может быть получено микроскопическое количество франция 95%-пой чистоты. Однако период его полураспада 22 мин, т. е. через каждый такой интервал количество его уменьшается вдвое. Никакого применения пока еще не находит. Радиоизлучение франция помогает отыскивать . Появились публикации, в которых утверждается, что радиоактивность франция может оказаться полезной при диагностике онкологических заболеваний: он избирательно способен накапливаться в опухолях на самых ранних стадиях их развития.

Вы читаете, статья на тему франций

Фра́нций (эка-цезий) - элемент главной подгруппы первой группы седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 87. Обозначается символом Fr (лат. Francium). Простое вещество франций (CAS-номер: 7440-73-5) - радиоактивный щелочной металл, обладающий высокой химической активностью.

История

Этот элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как Эка-цезий), и был открыт (по его радиоактивности) в 1939 г. Маргаритой Пере, сотрудницей Института радия в Париже. Она же дала ему в 1964 г. название в честь своей родины - Франции.

Получение

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: 197 Au + 18 O → 210 Fr + 5n
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 210 Fr и 211 Fr - три минуты, а 209 Fr - за 50 секунд).

Физические и химические свойства

Франций похож по свойствам на цезий. Всегда сокристаллизуется с его соединениями. Так как в распоряжении исследователей имеются лишь мельчайшие образцы, содержащие не более 10 -7 г франция, то сведения о его свойствах известны с достаточно большой погрешностью, однако они все время уточняются. Согласно последним данным, 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.
Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.