Как сделать франций химия

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 04.10.2024

Фра́нций (Francium, Fr) — химический элемент 1-й группы, щелочной металл, обладающий как радиоактивностью, так и высокой химической активностью.

Содержание

История

Этот элемент открыла (по его радиоактивности) в 1939 г. Маргарита Пере, сотрудница Института радия в Париже. Она же дала ему в 1964 г. название в честь своей родины — Франции.

Нахождение в природе

Франций-223 (самый долгоживущий из изотопов франция, период полураспада 22,3 минуты) содержится в одной из побочных ветвей радиоактивного ряда урана-235 и может быть выделен из природных урановых минералов:

227 Ac → 223 Fr 1,4 процента, сопровождается α-излучением.

227 Ac → 227 Th 98,6 процентов, сопрвождается β-излучением.

Кроме того, 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.

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 Физические и химические свойства

Так как в распоряжении исследователей имеются образцы, содержащие не более 10 −8 —10 −13 г Fr, сведения о его свойствах известны только предположительно. Fr похож по свойствам на цезий. Всегда сокристаллизуется с его соединениями. Плотность Fr может быть 2,5 г/см³, температура плавления 8—11 °C (экстраполяция по щелочным металлам), кипения 640—660 °C.

Применение

Соль франция FrCl использовалась для обнаружения раковых опухолей, но по причине чрезвычайно высокой стоимости эту соль в масштабных разработках использовать не выгодно.

В этой статье речь пойдет об одном из радиоактивных и редких металлов - францие. Химический элемент франций (Fr 87) - один из периодической системы элементов Менделеева. К 1925 году он был одним из четырех ненайденных элементов. Это самый тяжелый и наиболее активный щелочной металл, 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 этого металла отличительна тем, что выпала на участь женщины, имя которой Маргарита Пере. Поиски данного вещества основывались на системе Менделеева.

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 маточный раствор, 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.

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.

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.

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.

Франций , известный в течение времени под именами эка-цезий и актиний K представляет собой химический элемент из атомного номера 87, символ О. Это щелочной металл радиоактивный из атомного веса 223. Он был назван данью Франции по Маргариту Перей .

Это второй по редкости элемент среди первых 92 элементов таблицы Менделеева после астата : его всего около тридцати граммов в земной коре . Это происходит из - за дефицита его преходящего существования, как продукт распада от актиний . Полураспада от более стабильного изотопа 223 Fr составляет 22 минут , тогда получается сам по себе , чтобы радий путем бета - распада или astate с помощью альфа - излучения . Эта двойная радиоактивность способствует тому, что астат встречается даже реже, чем франций, хотя астатин 210 имеет более длительный период полураспада (8,1 ч), чем у франция 223. Астатин также может происходить из L-урана или тория, поэтому тот факт, что франций не превращается полностью в астат, имеет мало общего с их относительной нехваткой. Действительно :

  • с одной стороны, большая часть (99,994%) распадов франция 223 дает радий 223 в результате бета-минус распада, и только 0,006% дает астат 219 в результате альфа-распада,
  • с другой стороны, астат 219 имеет период 56 с, поэтому вклад астатина 219, образованного таким образом, в общую астату (в основном астату 210 - период 8,1 часа) невелик,
  • с другой стороны, радий 223 (период 11,43 дня) дает радон 219 в результате альфа-распада, который радон 219 (период 3,96 с) дает в результате альфа-распада полония 215 (период 1,78 × 10 -3 с), который полоний 215 дает в основном (99,99 с). %) свинец 211 (период 36,1 мин) за счет альфа-распада, при этом свинец 211 дает висмут 211 (период 2,15 мин), а висмут 211 дает таллий 207 (период 4,78 мин), не проходя через астатин; только 0,01% распадов полония 215 дает астат 215 (период 10 -4 с), поэтому вклад астата 215, образованного таким образом, в общую астату также очень низок.

Таким образом, мы видим, что вклад франция 223 в астат, присутствующий на Земле, невелик.

Франций был открыт в 1939 году в Институте Кюри в Париже Маргаритой Перей путем очистки лантана, содержащего актиний. Это последний элемент, впервые обнаруженный в природе перед синтезом (некоторые элементы, такие как технеций , были обнаружены в природе после синтеза в лаборатории).

Резюме

История

С 1870 - х годов , сообщество химиков думали , что должно быть металла типа щелочноземельного по атомным номером 87, ниже цезий в периодической таблице . Тогда он был известен под предварительным названием эка-цезий. Исследовательские группы пытались найти и выделить этот недостающий элемент. По крайней мере, четыре преждевременных объявления о его открытии были сделаны до того, как оно было обнаружено.

Ошибочные или неполные открытия

Первым ученым, объявившим об открытии экацезия, был русский химик Д.К. Добросердов. В 1925 году он обнаружил следы радиоактивности в образце калия (другого щелочного металла) и пришел к выводу, что образец был загрязнен экацезием. Затем он опубликовал диссертацию о своих предсказаниях относительно свойств этого элемента, в которой окрестил его русием в честь своей страны. Вскоре после этого Добросердов начал заниматься преподавательской деятельностью в Одесском политехническом институте и больше не работал.

В следующем году, английские химики Gerald JF Друце и Фредерик Х. Лоринг analysèrent из рентгенограмм из сульфата марганца . Они заметили спектральные линии, которые они приписали экацезию. Затем они объявили об открытии 87-го элемента, которому предложили название алкалиний , поскольку этот элемент будет самым тяжелым из щелочных металлов.

В 1930 году профессор Фред Эллисон из Политехнического института Алабамы объявил об открытии 87-го элемента после изучения магнитооптического эффекта образцов поллуцита и лепидолита . Эллисон попросила, чтобы элемент назывался виргиниум , в честь состояния ее рождения , и предложила символы Vi и Vm. Однако в 1934 году профессор Макферсон из Калифорнийского университета в Беркли показал, что это открытие было ошибочным и связано с проблемами с оборудованием.

В 1936 году румынский физик Хория Хулубей и его французская коллега Иветт Кошуа также изучали поллуцит, на этот раз с помощью рентгеновской спектроскопии высокого разрешения. Они наблюдали несколько линий излучения слабой интенсивности, которые они приписали элементу 87. Хулубей и Кошуа опубликовали свое открытие и предложили окрестить элемент молдавий символом M1 от названия Молдавии , провинции, где родился Хулубей. В 1937 г. эта работа подверглась критике со стороны американского физика Ф. Хирша-младшего, который отверг методы Хулубея. Хирш был уверен, что экацезий не существует в природе и что Хулубей действительно наблюдал спектральные линии ртути или висмута . Хулубей ответил, что его оборудование и методы слишком точны для такой ошибки. В результате Жан Батист Перрен , лауреат Нобелевской премии по физике и наставник Хулубея, поддержал молдавий как настоящий экацезий, несмотря на открытие франция Маргаритой Перей . Перей продолжал опровергать работу Хулубея, пока открытие 87-го элемента не было приписано ему одному.

Работа Перея

Эка-цезий был действительно открыт в 1939 году Маргаритой Перей в Институте Кюри в Париже . Она была затем работает на очистке образца актиний 227, элемент , который распадается с энергией распада от 220 кэВ . Однако она также заметила испускаемые частицы с энергией значительно ниже 80 кэВ . Перей считал, что этот радиоактивный распад мог быть связан с присутствием неидентифицированного продукта распада , который будет удален во время очистки, но снова появится из-за распада ядер актиния. Испытания исключили возможность присутствия тория , радия , свинца , висмута или таллия . Химические свойства нового продукта соответствовали свойствам щелочного металла (например, соосаждение с солями цезия), что привело Перея к выводу, что это был элемент 87, который появился в результате распада типа α актиния 227. Затем Перей. пыталась определить пропорцию альфа- и бета- распада для актиния 227. Его первые тесты позволили ему оценить долю альфа-распада в 0,6%, значение, которое она пересмотрела позже, на 1%.

Перей назвала новый изотоп актиний-К , ныне известный как франций 223, и в 1946 году предложила окрестить новый элемент катиум . Она знала, что это самый электроположительный элемент в периодической таблице. Одна из начальников Перея, Ирен Жолио-Кюри , выступила против этого имени, потому что на слух оно, казалось, чаще имеет происхождение от слова кошка, чем от катиона (на английском языке кошка означает кошка). Затем Перей предложил франций в знак уважения к стране, в которой произошло открытие. Это название было официально принято Международным союзом химиков в 1949 году, и ему был присвоен символ Fa, символ, который вскоре был изменен на отец Франций, который был последним существующим элементом, обнаруженным в природе, после рения в 1925 году . Среди исследований по францию, которые были выполнены с тех пор, мы можем упомянуть, в частности, работу, выполненную Сильвеном Либерманом и его командой в ЦЕРН в 1970-х и 1980- х годах .

Изотопы

Франций не имеет стабильного изотопа. Его наиболее стабильный радиоизотоп , франций 223, имеет период полураспада менее 22 минут . Для сравнения, второй наименее стабильный элемент, астат, имеет период полураспада наиболее стабильного изотопа менее 8,5 часов . Все изотопы франция распадаются с образованием астата , радия или радона .

Характеристики

Франций является наименее стабильным из легких элементов, чем сиборгий ( атомный номер 106).

Франций - щелочь с химическими свойствами, подобными цезию . Будучи тяжелым элементом с одним валентным электроном , это элемент с наибольшей эквивалентной массой. Точно так же это известный элемент с самой низкой электроотрицательностью , 0,7 по шкале Полинга (второй наименее электроотрицательный элемент - цезий, 0,79 по шкале Полинга). Если бы жидкий франций мог быть получен, он имел бы поверхностное натяжение 0,050 92 Дж м -2 при его температуре плавления , что является относительно низкой.

Франций совместно осаждается с несколькими солями цезия, такими как перхлорат цезия, с которыми он образует небольшие количества перхлората франция . Совместное осаждение можно использовать для выделения франция, адаптировав метод соосаждения цезием Гленденина и Нельсона. Он осаждается, в частности, солями цезия, включая йодат , пикрат , тартрат (он также осаждается с тартратом рубидия ), хлороплатинатом и силиковольфраматом (en) . Он также осаждается кремневольфрамовой кислотой и хлорной кислотой , что делает возможными другие методы разделения. Большинство солей франция растворимы в воде .

Приложения

Из-за нестабильности и редкости Франций не применяется в коммерческих целях. Он используется только в исследованиях, как в области биологии, так и в области атомной физики . Предполагалось, что это может быть помощь в диагностике раковых заболеваний , но это приложение оказалось невозможным.

Способность франция синтезироваться, удерживаться и охлаждаться в сочетании с его относительно простой атомной структурой сделали его объектом изучения для спектроскопических экспериментов. Эти эксперименты привели к открытию информации об уровнях энергии и константах связи между субатомными частицами . Исследование излучения , испускаемого франций 210 ионов удерживаемых лазером позволило получить точные данные о переходах между атомными энергетическими уровнями. Результаты экспериментов близки к предсказаниям квантовой физики .

Избыток

Естественный

Франций является продуктом альфа-распада актиния 227 и присутствует в следовых количествах в урановых и ториевых рудах . В данном образце урана количество присутствующего франция оценивается в один атом на каждые 10 18 атомов урана. Кроме того, расчеты показывают, что в земной коре постоянно не будет более 30 г франция . Таким образом, это второй элемент среди первых 92 самых редких элементов периодической таблицы в земной коре после астата .

Синтез

Франций можно синтезировать ядерной реакцией 197 Au + 18 O → 210 Fr + 5n. Этот синтетический процесс, разработанный в Государственном университете Нью-Йорка , позволяет получать изотопы с атомными массами 209, 210 и 211, которые затем можно выделить, используя магнитооптический эффект. Благодаря этому методу более тысячи атомов элемента хранились вместе около двадцати секунд. Франций был также получен в магнитооптической ловушке в Леньяро в Италии, в лаборатории LNL INFN. Другие методы синтеза включают, в частности, бомбардировку атомов радия нейтронами или бомбардировку атомов тория протонами , дейтерием или ионизированным гелием . В настоящее время он никогда не производился в значительных количествах.

Рекомендации

Смотрите также

О других проектах Викимедиа:

Статьи по Теме

Внешние ссылки

Презентация на тему: " Химический элемент Франций (Fr). Общая Характеристика (Fr)" — Транскрипт:

2 Химический элемент Франций (Fr).

3 Общая Характеристика (Fr)

4 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.

5 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.астат Нахождение в природе.

6 Физические и химические свойства. Франций похож по свойствам на цезий. Всегда со кристаллизуется с его соединениями. Практически все соединения франция растворимы в воде. Релятивистские эффекты 6p-оболочки делают связь франция с кислородом в супероксидах, например, состава FrO 2, более ковалентной, по сравнению с супероксидами других щелочных металлов. Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.цезий Релятивистские эффекты 6p-оболочки делают связь франция с кислородом в супероксидах, например, состава FrO 2, более ковалентной, по сравнению с супероксидами других щелочных металлов. Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.

7 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.

Читайте также: