رادونفرانسیمرادیم
Cs

Fr

Uue
ظاهر
فلزی

Francio.JPG

ویژگی‌های کلی
نام، نماد، عدد فرانسیم، Fr، 87
تلفظ به انگلیسی ‎/ˈfrænsiəm/‎
FRAN-see-əm
نام گروهی برای عناصر مشابه فلزات قلیایی
گروه، دوره، بلوک ۱۷, s
جرم اتمی استاندارد (۲۲۳) g·mol
آرایش الکترونی [Rn] 7s
الکترون به لایه 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1
ویژگی‌های فیزیکی
حالت جامد
چگالی (نزدیک به دمای اتاق) 1.87 g·cm
نقطه ذوب  ? 300 K, ? 27 °C, ? 80 °F
نقطه جوش  ? 950 K, ? 677 °C, ? 1250 °F
گرمای هم‌جوشی ca. 2 kJ·mol
گرمای تبخیر ca. 65 kJ·mol
فشار بخار (extrapolated)
فشار (پاسکال) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱k ۱۰k ۱۰۰k
دما (کلوین) 404 454 519 608 738 946
ویژگی‌های اتمی
وضعیت اکسید شدن ۱ (اکسید بازی بسیار قوی)
الکترونگاتیوی ۰.۷ (مقیاس پاولینگ)
شعاع کووالانسی 260 pm
شعاع واندروالانسی ۳۴۸ آنگستروم pm
متفرقه
ساختار کریستالی cubic body-centered
مغناطیس پارامغناطیس
مقاومت الکتریکی 3 µΩ·m
رسانایی گرمایی (300 K) 15 W·m·K
عدد کاس 7440-73-5
پایدارترین ایزوتوپ‌ها
مقاله اصلی ایزوتوپ‌های فرانسیم
ایزوتوپ NA نیم‌عمر DM DE (MeV) DP
Fr syn 4.8 min α 6.457 At
Fr syn 14.2 min β 2.033 Ra
Fr trace 22.00 min β 1.149 Ra
α 5.430 At

فرانسیُم (به فرانسوی: Francium) با نام قدیمی اکا-سزیم و یا اکتینیمK،‏ عنصری شیمیایی با نماد Fr و عدد اتمی ۸۷ است که در گروه IA (فلزهای قلیایی) و دورهٔ هفتم قرار گرفته‌است. این عنصر، یک الکترون ظرفیتی دارد و در میان همهٔ عناصر جدول تناوبی، دارای کمترین الکترونگاتیوی است.

دمای ذوب و جوش فرانسیم به ترتیب ۲۷ و ۶۷۷ درجه سانتی‌گراد، و شعاع اتمی آن ۲۷۰ پیکومتر است.

مارگریت پری، فرانسیم را در سال ۱۹۳۹ در فرانسه کشف کرد، به همین دلیل این عنصر فرانسیم نام گرفت. این عنصر آخرین عنصر کشف شده‌ای است که در طبیعت به طور آزاد وجود دارد و پس از آستاتین کمیاب‌ترین عنصر شناخته شده‌است.

فرانسیم در بیرون از آزمایشگاه، به طور بسیار ناچیزی در سنگ معدن اورانیوم و توریوم یافت می‌شود، جایی که ایزوتوپ ۲۲۳ آن به طور پی در پی تشکیل و متلاشی می‌شود. تخمین زده می‌شود که حدود ۳۰ گرم فرانسیم در پوسته زمین وجود داشته باشد. سایر ایزوتوپ‌های فرانسیم به طور مصنوعی و در آزمایشگاه ساخته می‌شوند. بیشترین مقداری که تاکنون از فرانسیم به طور مصنوعی ایجاد شده، یک خوشه ۱۰٬۰۰۰ اتمی بوده‌است که از طریق ابر اتمی سرد و در دانشگاه استونی بروک و در سال ۱۹۹۷ ساخته شده‌است. فرانسیم پس از فروپاشیدن به آستاتین، رادیوم و رادون تبدیل می‌شود.

محتویات

تاریخچه

در حدود سال‌های دهه ۱۸۷۰ شیمی‌دان‌ها متوجه شدند که باید عنصری با عدد اتمی ۸۷ در گروه فلزات قلیایی زیر سزیم وجود داشته باشد. این عنصر با نام اکا سزیم پیش‌بینی شد. گروه‌های پژوهشی تلاششان را برای یافتن و خالص‌سازی این عنصر ناشناخته آغاز کردند و پس از ۴ تلاش ناموفق، این عنصر ساخته شد.

اکتشافات ناقص و ناتمام

دوبروسردوف شیمیدان روسی اولین شخصی بود که ادعای کشف عنصری به نام فرانسیم یا اکا سزیم را عنوان کرد. در سال ۱۹۲۵ او متوجه وجود رادیواکتیویته ضعیفی در یک نمونه پتاسیم شده و پی برد که این نمونه ممکن است حاوی مقداری از عنصر جدید باشد. سپس او رساله‌ای در مورد خواص این عنصر نوشت و بخاطر نام کشورش آنرا روسیوم نام گذاری کرد. اندکی پس از آن دوبروسردوف به تدریس در انستیتوی پلیمر اودسای اوکراین پرداخت و تحقیقات بیشتری در زمینه این عنصر به عمل نیاورد.

سال بعد، شیمیدانان انگلیسی جرالد دروس و فردریک لورینگ عکس‌های اشعه ایکس منگنز(II) سولفات را بررسی کردند. آنان در این مشاهده به خطوط طیفی برخورد کردند که گمان می‌بردند مربوط به اکا سزیم باشد. آنان این کشفیات را اعلام نموده و آنرا آلکالینیوم نامگذاری کردند.

در سال ۱۹۳۰ فرد آلیسون در موسسه پلی‌تکنیک آلاباما مدعی شد که هنگام بررسی پلوسیت و لپیدولیت با ماشین نور-مغناطیس عنصر ۸۷ را کشف کرده‌اند. آلیسون پیشنهاد کرد که بخاطر زادگاهش یعنی ایالت ویرجینیا این عنصر ویرجنیوم نامگذاری شود و نماد Vi یا Vm داشته باشد. البته در سال ۱۹۳۴ مک فرسون از دانشگاه برکلی این اکتشاف نادرست را رد کرد.

در سال ۱۹۳۶ هوریا هولوبی شیمیدان فرانسوی به همراه دوست فرانسوی‌اش ایوت کاچویس پولوسیت را با استفاده از دستگاه اشعه ایکس با دقت بالا آنالیز کردند. آنان متوجه وجود چندین خطوط نشر ضعیف شدند که به عنصر ۸۷ نسیت دادند. این عنصر به افتخار مولداوی که آزمایش‌ها در آنجا انجام شد مولداویوم نام گرفت و نماد آن هم Ml تعیین گشت. در سال ۱۹۳۷ تحقیقات هولوبی بوسیلهٔ یک فیزیکدان آمریکایی بنام اف اچ هرش رد شد. هرش اطمینان داشت که اکا سزیم در طبیعت وجود ندارد و آنان به اشتباه خطوط نشر جیوه یا بیسموت را مشاهده کرده‌اند. اگرچه هولوبی تأکید می‌کرد که دستگاه‌های او آنچنان دقیق اند که چنین اشتباهی را مرتکب نمی‌شوند.

به همین خاطر ژان باتیست پرن برندهٔ جایزه نوبل و استاد هولوبی به کمک مارگریت پری مولداویوم را به عنوان فرانسیم مورد تأیید قرار داد.

ویژگی‌ها

هستهٔ اتم فرانسیم

به علت نایابی و ناپایداری امکان جدا کردن اتم‌های فرانسیم به حدی که قابل اندازه‌گیری باشند نیست به همین دلیل برای خواص آن بیشتر بر روی مکان آن در جدول تناوبی تکیه می‌کنند.

فرانسیم یکی از فلزهای قلیایی است که ویژگی‌های نزدیک به سزیم دارد. فرانسیم ناپایدارتر از هر عنصر سبکتر از دابنیوم (عنصر شماره ۱۰۵) است. پایدارترین ایزوتوپ آن فرانسیم ۲۲۳ با نیم عمر کمتر از ۲۲ دقیقه‌است. عنصر ناپایدار بعدی آستاتین نیم عمری حدود ۸٫۵ ساعت دارد. تمام ایزوتوپ‌های فرانسیم پس از فروپاشی به آستاتین، رادیوم و رادون تبدیل می‌شوند.

با توجه به اینکه فرانسیم یکی از عناصر چگال جدول تناوبی است و اینکه تعداد الکترون لایه ظرفیت آن ۱ است، بنابراین وزن اکی والان آن از همه عناصر بیشتر است. به محاسبه لینوس پاولینگ مقدار الکترونگاتیوی فرانسیم باید با سزیم برابر و حدود ۰٫۷ باشد گرچه محاسبات جدیدتر مقدار آن را ۰٫۷۹ نشان می‌دهند اما این مقدار به طور تجربی تأیید نشده‌است. به طور مشابه فرانسیم کمترین الکترونگاتیوی را در بین عناصر دارد.

فرانسیم مایع -در صورتی که تشکیل شود- در دمای ذوبش تنش سطحی برابر ۰٫۰۵۰۹۲ نیوتن بر متر خواهد داشت. فرانسیم همچنین می‌تواند با بسیاری از نمک‌های سزیم مانند پرکلرات، یدات، تارتارات، کلروپلاتینات و سیلیکوتنگستات سزیم (همچنین روبیدیوم تاتارات) واکنش دهد. همچنین با سیلیسیوم تنگستن و کلورپلاتینید واکنش داده و به ترتیب تولید سیلیکو تنگستن اسید و پرکلریک اسید می‌کند. نمک‌های فرانسیم عمدتاً محلول در آب هستند.

کاربردها

فرانسیم به علت ناپایداری و کمیاب بودن، کاربرد تجاری ندارد.

پژوهش‌هایی دربارهٔ کاربرد فرانسیم در درمان سرطان انجام شده‌است، ولی انجام این عمل ناممکن به نظر می‌رسد. قابلیت‌های فرانسیم مانند سنتز شدن و همچنین ساختار اتمی ویژه‌اش باعث شده که از آن در آزمایش‌های طیف‌سنجی استفاده کنند. این آزمایش‌ها به درک اطلاعات بیشتری در زمینه پتانسیل شیمیایی و ذرات زیر اتمی انجامیده‌است. به نظر می‌رسد که می‌توان از فرانسیم در آزمایش‌های مربوط به نیروگاه‌های هسته‌ای و سیکلوترون‌ها استفاده کرد.

مطالعات بر روی نور گسیل شده توسط یون‌های فرانسیم-۲۱۰ به دام‌انداخته شده توسط لیزر، داده‌های دقیقی راجع به گذارهای بین ترازهای انرژی اتمی در اختیار گذاشته‌اند که شباهت زیادی به نتایج پیش‌بینی شدهٔ نظریه کوانتمی دارد.

وجود

یک سنگ اورانیت با حدود ۱۰۰٬۰۰۰ اتم (۳٫۳‎×۱۰ g) از فرانسیم-۲۲۳.

در طبیعت

فرانسیم ۲۲۳ نتیجه فروپاشی آلفای آکتینیوم ۲۲۷ است که در سنگ معدن توریوم و اورانیوم یافت می‌شود. در مقدار مشخصی از اورانیوم، گمان می‌رود که به ازای یکصد میلیون اتم اورانیوم یک اتم فرانسیم یافت شود. همچنین تخمین زده می‌شود که در تمام پوسته زمین حدود ۳۰ گرم فرانسیم موجود باشد. بنابراین فرانسیم بعد از آستاتین کمیاب‌ترین عنصر در روی زمین است.

حاصل از سنتز

فرانسیم می‌تواند از واکنش هسته‌ای Au(۱۹۷) + O(۱۸) → Fr(۲۱۰) + ۵n بدست آید و از این طریق دانشگاه استونی بروک توانست مقدار زیادی از ایزوتوپ‌های ۲۰۹٬۲۱۰ و ۲۱۱ فرانسیم را تهیه کند. که روش مشتق شدهٔ تله مغناطونوری است. بجز این، روش‌های بمباران رادیوم با نوترون و بمباران توریوم با پروتون، دوتریوم و یون‌های هلیوم در سنتز فرانسیم بکار می‌رود. فرانسیم از سال ۲۰۰۸ تاکنون در مقیاس قابل توجه سنتز نشده‌است.

در روش تله مغناطونوری اتم‌های فرانسیم از طریق میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط مس جدا شده و توسط لیزر به دام انداخته می‌شوند.

ایزوتوپ‌ها

تاکنون ۳۴ ایزوتوپ فرانسیم از عدد جرمی ۱۹۹ تا ۲۳۲ شناخته شده‌اند. فرانسیم هفت ایزومر دارد. ۲۲۳ و ۲۲۱ تنها ایزوتوپهایی هستند که در طبیعت یافت می‌شوند، اگرچه ایزوتوپ بسیار دوم بیشتر یافت می‌شود.

فرانسیم ۲۲۳ پایدارترین ایزوتوپ فرانسیم با نیم عمر ۲۱٫۸ دقیقه‌است. بعد از آن فرانسیم ۲۱۲ با ۲۰ دقیقه نیمه عمر می‌باشد فرانسیم ۲۲۳ پنجمین محصول فروپاشی آکتینیوم ۲۲۷ می‌باشد. سپس آن با واپاشی بتا به رادیوم ۲۲۳ (با انرژی واپاشی ۱۱۴۹ کیلوالکترون ولت)و درصد جزئی از آن(۰٫۰۰۶٪) از مسیر دیگری با واپاشی آلفا به آستاتین ۲۱۹ تبدیل می‌شود.

فرانسیم ۲۲۱ نیم عمری حدود ۴٫۸ دقیقه دارد و نهمین محصول فروپاشی نپتونی آکتینیوم ۲۲۵ است. سپس آن با فروپاشی آلفا به آستاتین ۲۱۷ تبدیل می‌شود (با انرژی واپاشی ۶٫۴۵۷ مگاالکترون ولت). آخرین ایزوتوپ پایدار، فرانسیم ۲۱۵ با نیم عمر ۰٫۱۲ میکرو ثانیه‌است (انرژی واپاشی ۹٫۵۴ کیلوالکترون ولت). ایزومر ناپایدارتر آن، فرانسیم ۲۱۵m با نیم عمر ۳٫۵ نانو ثانیه می‌باشد.

فرانسیم ۲۱۸ نیز به طور تخمینی نیمه عمر ۵‎×۱۰ ثانیه دارد و با واپاشی آلفا و با انرژی ۷٫۸۵ مگا الکترون ولت به آستاتین تبدیل می‌شود.

عمومی:
ویژه:

جستارهای وابسته