Frâncio

Frâncio
87 P.
Cs ↑ Fr ↓ Uue Tabela periódica radon ← francium → rádio
Aparência
Desconhecida, mas provavelmente metálico
Propriedades gerais
Nome, símbolo, número	francium, Fr, 87
Pronúncia	/ f r æ n s Eu ə m / FRAN -veja-əm
Categoria elemento	metal alcalino
Grupo, período, bloco	(1) metais alcalinos , 7, s
Peso atômico padrão	(223)
Configuração eletrônica	[ Rn ] 7s 1 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1
História
Descoberta	Marguerite Perey (1939)
Primeiro isolamento	Marguerite Perey (1939)
Propriedades físicas
Fase	sólido presumivelmente
Densidade (perto RT)	? 1,87 (extrapolada) · g cm -3
Ponto de fusão	? 300 K ,? 27 ° C,? 80 ° F
Ponto de ebulição	? 950 K,? 677 ° C,? 1250 ° F
Calor de fusão	ca. 2 kJ mol -1 ·
Calor de vaporização	ca. 65 kJ mol -1 ·
Pressão de vapor (extrapolada)
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k em T (K) 404 454 519 608 738 946
Propriedades atômicas
Estados de oxidação	1 (fortemente óxido de base)
Eletronegatividade	0,7 (escala de Pauling)
Energias de ionização	1º: 380 kJ · mol -1
O raio de covalência	260 (extrapolada) pm
Van der Waals raio	348 (extrapolada) pm
Miscelânea
A estrutura de cristal	de corpo centrado cúbico (extrapolada)
Ordenamento magnético	Paramagnético
Resistividade elétrica	3 μ (calculado) Ω · m
Condutividade térmica	15 (extrapolada) W · m -1 · K -1
Número de registo CAS	7440-73-5
A maioria dos isótopos estáveis
Ver artigo principal: Isótopos de frâncio
iso N / D meia-vida DM DE ( MeV) DP 221 P. traço 4,8 min α 6,457 217 No 222 P. syn 14,2 min β - 2.033 222 Ra 223 P. traço 22.00 min β - 1.149 223 Ra α 5.430 219 No

Frâncio é um elemento químico com o símbolo P. e número atômico 87. Foi anteriormente conhecido como eka- césio e actinium K. É um dos dois menos electronegativos elementos, sendo o outro de césio . Frâncio é altamente do metal radioativo que decai em astatine , rádio e radônio . Como um metal alcalino , que tem uma elétron de valência.

Granel francium nunca foi visto. Por causa da aparência geral dos outros elementos na sua coluna da tabela periódica, assume-se que o frâncio apareceria como um metal altamente reflexivo, se o suficiente poderia ser recolhido em conjunto para ser visto como um sólido a granel ou líquido. No entanto a preparar uma tal amostra é impossível, uma vez que o calor extremo de deterioração (sua mais longa meia-vida isotópica é apenas 22 minutos) vaporizaria imediatamente qualquer quantidade visível do elemento.

Frâncio foi descoberto por Marguerite Perey em França (a partir do qual o elemento leva o seu nome), em 1939. Foi o último elemento descoberto em natureza , em vez de síntese. Fora do laboratório, francium é extremamente raro, com vestígios encontrados em urânio e tório minérios, onde o isótopo francium-223 continuamente formas e decai. Tão pouco quanto 20-30 g (uma onça) existe em qualquer momento em toda a crosta terrestre ; os outros isótopos são totalmente sintético. A maior quantidade produzida no laboratório era um conjunto de mais do que 300 mil átomos.

Características

Frâncio é o mais instável dos elementos que ocorrem naturalmente: seu isótopo mais estável, frâncio-223, tem uma semi-vida de apenas 22 minutos. Em contraste, astatine , a segunda menos estável elemento que ocorre naturalmente, tem uma semi-vida de 8,5 horas. Todos os isótopos de decadência francium em qualquer astatine, rádio, ou radônio. Frâncio também é menos estável do que todos os elementos sintéticos até elemento 105 .

Frâncio é um metal alcalino cujas propriedades químicas principalmente se assemelham aos de césio . Um elemento pesado, com um único electrão de valência, que tem a maior peso equivalente de qualquer elemento. Frâncio-se líquido a substância fosse criado-deve ter uma tensão superficial de 0,05092 N / m no seu ponto de fusão. Ponto de fusão do Frâncio foi reivindicado ter sido calculado em cerca de 27 ° C (80 ° F, 300 K). No entanto, o ponto de fusão é incerto devido a extrema raridade e a radioactividade do elemento. Assim, o valor estimado ponto de ebulição de 677 ° C (1250 ° F, 950 K) também é incerto.

Linus Pauling estimou o electronegatividade de frâncio em 0.7 no Escala Pauling, o mesmo que césio ; o valor de césio desde então tem sido aperfeiçoado para 0,79, apesar de não existirem dados experimentais para permitir um refinamento do valor para francium. Frâncio tem um pouco maior energia de ionização de césio, 392,811 (4) kJ / mol, em oposição a 375,7041 (2) kJ / mol para césio, como seria de esperar a partir de os efeitos relativísticos, e isso implicaria que césio é o menos electronegativo dos dois.

Frâncio co-precipitados com vários césio sais, tais como perclorato de césio, o que resulta em quantidades pequenas de perclorato frâncio. Esta co-precipitação pode ser usado para isolar o frâncio, através da adaptação do método de co-precipitação de césio Glendenin e Nelson. Deverá ainda co-precipitado com muitos outros sais de césio, incluindo o iodato, o picrato, o tartarato (também rubídio tartarato), o cloroplatinato, eo silicotungstate. Além disso, co-precipitados com ácido silicotungsténico, e com ácido perclórico, sem outro metal alcalino como um transportadora, que proporciona outros métodos de separação. Quase todos os sais francium são solúveis em água .

Aplicações

Devido à sua instabilidade e raridade, não há aplicações comerciais para francium. Ele tem sido usado para efeitos de investigação nos campos da biologia e da estrutura atómica . Seu uso como auxiliares de diagnóstico potencial para vários tipos de câncer também tem sido explorado, mas este pedido foi considerado impraticável.

A capacidade da Frâncio a ser sintetizado, preso, e arrefeceu-se, juntamente com a sua relativamente simples estrutura atômica fizeram objecto de especializados de espectroscopia de experimentos. Estas experiências levaram a obter informações mais específicas sobre os níveis de energia ea constantes de acoplamento entre partículas subatômicas. Os estudos sobre a luz emitida por francium-210 íons presos por laser forneceram dados precisos sobre as transições entre níveis de energia atômica que são bastante semelhantes a aqueles previstos pela teoria quântica .

História

Já em 1870, os químicos pensaram que deve haver um metal alcalino além de césio , com um número atômico de 87. Em seguida, foi referido pelo nome provisório eka-césio. As equipas de investigação tentou localizar e isolar este elemento em falta, e pelo menos quatro falsas alegações foram feitas que o elemento tinha sido encontrado antes uma autêntica descoberta foi feita.

Descobertas errôneas e incompletas

Químico Soviética DK Dobroserdov foi o primeiro cientista a afirmar ter encontrado eka-césio, ou francium. Em 1925, observou radioactividade fraco numa amostra de potássio , um outro metal alcalino, de forma incorrecta e concluiu que EKA-césio foi contaminar a amostra (a radioactividade da amostra foi, na verdade, o radioisótopo que ocorre naturalmente de potássio, potássio-40). Ele, então, publicou uma tese sobre suas previsões das propriedades de eka-césio, em que ele chamou a russium elemento após seu país de origem. Pouco tempo depois, Dobroserdov começou a se concentrar em sua carreira de professor no Instituto Politécnico de Odessa, e ele não perseguir o elemento mais.

No ano seguinte, Inglês químicos Gerald JF Druce e Frederick H. Loring analisados Fotografias de raios-X de sulfato de manganês (II). Eles observaram linhas espectrais que se presume ser de eka-césio. Eles anunciaram a sua descoberta do elemento 87 e propôs o nome alkalinium, como seria o mais pesado de metal alcalino.

Em 1930, Fred Allison do Instituto Politécnico Alabama afirmou ter descoberto elemento 87 ao analisar pollucite e lepidolita usando seu máquina de magneto-óptica. Allison pediu que fosse nomeado virginium depois de seu estado natal de Virginia, juntamente com os símbolos VI e VM. Em 1934, no entanto, HG MacPherson de UC Berkeley refutaram a eficácia do dispositivo de Allison ea validade dessa falsa descoberta.

Em 1936, o físico romeno Horia Hulubei e seu colega francês Yvette Cauchois também analisou pollucite, desta vez usando o seu aparelho de raios-X de alta resolução. Eles observaram várias linhas de emissão fracos, que eles presumivelmente aqueles de elemento 87. Hulubei e Cauchois relatou sua descoberta e propôs o nome moldavium, junto com o símbolo Ml, após Moldávia, na província romena onde Hulubei nasceu. Em 1937, o trabalho de Hulubei foi criticado pelo físico norte-americano FH Hirsh Jr., que rejeitaram os métodos de investigação de Hulubei. Hirsh estava certo de que eka-césio não seriam encontrados na natureza, e que Hulubei tinha observado em vez de mercúrio ou de bismuto linhas de raios-X. Hulubei, no entanto, insistiu que seu aparelho e os processos de raios-X foram muito precisas para fazer tal erro. Por causa disso, Jean Baptiste Perrin, Ganhador do Prêmio Nobel e mentor de Hulubei, moldavium endossado como o verdadeiro eka-césio sobre Recentemente descoberto francium de Marguerite Perey. Perey, no entanto, continuamente criticado o trabalho de Hulubei até que ela foi creditado como o único descobridor do elemento 87.

A análise de Perey

Eka-césio foi descoberto em 1939 por Marguerite Perey do Instituto Curie, em Paris, França quando ela purificada uma amostra de actinium -227 que tinha sido relatada a ter uma energia de decaimento de 220 keV. No entanto, Perey notou partículas de decaimento com um nível de energia inferior a 80 keV. Perey pensei que esta atividade decadência pode ter sido causada por um produto de decaimento anteriormente não identificado, uma que foi separado durante a purificação, mas saiu novamente para fora do puro actinium-227. Vários testes eliminou a possibilidade de o elemento desconhecido sendo tório , rádio, chumbo , bismuto, ou tálio . Os novos produtos exibiram propriedades químicas de um metal alcalino (tais como sais de césio com coprecipitando), o que levou Perey para acreditar que era elemento 87, causada pela decaimento alfa de actinium-227. Perey em seguida, tentou determinar a proporção de decaimento beta para decaimento alfa em actinium-227. Seu primeiro teste colocar o alfa ramificação em 0,6%, valor que ela mais tarde revisto para 1%.

Perey nomeado o novo isótopo actinium-K (agora referido como francium-223) e, em 1946, ela propôs a catium nome para seu recém-descoberto elemento, como ela acreditava ser a mais electropositiva catião dos elementos. Irène Joliot-Curie, um dos supervisores do Perey, opôs-se o nome devido à sua conotação de gato, em vez de cação. Perey então sugeriu francium, depois da França. Este nome foi oficialmente adoptada pelo União Internacional de Química Pura e Aplicada, em 1949, tornando-se o segundo elemento depois de gálio a ser nomeado após France. Foi atribuído o símbolo Fa, mas esta abreviatura foi revisto para o corrente Pe logo em seguida. Frâncio foi o último elemento descoberto em natureza, em vez de sintetizados, a seguir rénio em 1925. Outros estudos que estrutura do frâncio foi realizada por, entre outros, Sylvain Lieberman e sua equipe na CERN, em 1970 e 1980.

Ocorrência

Esta amostra de uraninite contém cerca de 100 mil átomos (3,3 × 10 ^-20 g) de francium-223, em determinado momento.

Natural

Frâncio-223 é o resultado da decomposição alfa de actínio-227 e pode ser encontrado em quantidades residuais em urânio e tório minerais . Em uma dada amostra de urânio, não é estimada em apenas um átomo de frâncio para cada 1 × 10 ¹⁸ átomos de urânio. Também é calculado que haja, no máximo 30 g de frâncio na crosta terrestre , a qualquer momento.

Síntese

Frâncio pode ser sintetizado na reacção nuclear:

¹⁹⁷ Au + ¹⁸ → O P. ²¹⁰ + 5 n

Este processo, desenvolvido pela Stony Brook Física, rendimentos frâncio isótopos com massas de 209, 210, e 211, as quais são então isoladas pela armadilha magneto-óptica (MOT). A taxa de produção de um isótopo específico depende da energia do feixe de oxigénio. Um jovem ^{de 18} O feixe da Stony Brook LINAC cria ²¹⁰ Fr no alvo de ouro com a reação nuclear ¹⁹⁷ Au + ¹⁸ O → ²¹⁰ Fr + 5n. A produção necessário algum tempo para desenvolver e compreender. Era fundamental para operar o alvo de ouro muito perto de seu ponto de fusão e ter certeza de que sua superfície era muito limpo. A reação nuclear embute os átomos francium profunda no alvo de ouro, e eles devem ser removidos de forma eficiente. Os átomos de difundir rapidamente para a superfície do alvo e ouro são liberados como iões; no entanto, isso não acontece o tempo todo. Os íons francium são guiados por lentes eletrostáticas até que pousar em uma superfície de ítrio quente e tornar-se neutra novamente. O frâncio é então injectado numa ampola de vidro. Um campo e laser vigas magnéticos arrefecer e confinar os átomos. Embora os átomos de permanecer na armadilha para apenas cerca de 20 segundos antes de escapar (ou decomposição), um fluxo constante de átomos frescos substitui os que foram perdidos, tendo o número de átomos presos mais ou menos constante durante minutos ou mais. Inicialmente, cerca de 1000 átomos de francium ficaram presos no experimento. Este foi melhorado gradualmente ea configuração é capaz de prender mais de 300.000 átomos neutros de francium um tempo. Embora estes sejam neutras átomos "metálicos" ("francium de metal"), eles estão em um estado gasoso não consolidada. Francium suficiente é aprisionado que uma câmera de vídeo pode capturar a luz emitida pelos átomos como eles fluorescência. Os átomos de aparecer como uma esfera brilhante cerca de 1 milímetro de diâmetro. Esta foi a primeira vez que alguém já tinha visto francium. Os pesquisadores podem agora fazer medições extremamente sensíveis da luz emitida e absorvida pelos átomos aprisionados, fornecendo os primeiros resultados experimentais em diversas transições entre níveis de energia atômica em francium. Medições iniciais mostram boa concordância entre os valores experimentais e os cálculos baseados na teoria quântica. Outros métodos de síntese incluem bombardeando rádio com nêutrons, e bombardeando tório com prótons, deuterons, ou hélio íons . Frâncio não tem, a partir de 2012, foram sintetizados em quantidades grandes o suficiente para pesar.

Isótopos

Existem 34 conhecidos isótopos de frâncio que variam em massa atômica de 199 a 232. Frâncio tem sete metastable isómeros nucleares. Frâncio-223 e francium-221 são os únicos isótopos que ocorrem na natureza, embora o primeiro é muito mais comum.

Frâncio-223 é o isótopo mais estável, com uma semi-vida de 21,8 minutos, e é altamente improvável que um isótopo de frâncio com uma meia-vida mais longa vai sempre ser descobertos ou sintetizados. Frâncio-223 é o quinto produto da actinium série de decaimento como o isótopo filha de actinium-227. Frâncio-223, em seguida, decai em rádio-223 por decaimento beta (1.149 keV energia decadência), com um menor (0,006%) alfa caminho decadência para astatine-219 (5,4 MeV decadência de energia).

Frâncio-221 tem uma meia-vida de 4,8 minutos. É o produto da nona neptunium série de decaimento de um isótopo filha de actinium-225. Frâncio-221 decai em seguida, astatine-217 por decaimento alfa (6,457 MeV de energia decadência).

A menos estável isótopo estado fundamental é francium-215, com meia-vida de 0,12 mS. (9,54 MeV alfa decaimento para astatine-211): Sua isômero metastable, francium-215m, é menos estável ainda, com uma meia-vida de apenas 3,5 ns.