ფრანციუმი

ფრანციუმი

87Fr

[223]

7s1

ფრანციუმი (ლათ. francium; ქიმიური სიმბოლო — ${\ce {Fr}}$), ეკა-ცეზიუმი (Eka-caesium), აქტინიუმ K — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მეშვიდე პერიოდის, პირველი ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — პირველი ჯგუფის მთავარი ქვეჯგუფის, Iა) რადიოაქტიური ქიმიური ელემენტი. მისი ატომური ნომერია — 87, t_დნ — 27.0 °C, t_დუღ — 677 °C, სიმკვრივე — 2.48 გ/სმ³. 1939 წელს ფრანციუმი (იზოტოპი ${\ce {^{223}Fr}}$; T_1/2=21.8 წთ) აღმოაჩინა ფრანგმა ნეცნიერმა მ. პერეიმ, როგორც ${\ce {^{227}Ac}}$-ის ალფა-დაშლის პროდუქტი. ფრანციუმს სტაბილური იზოტოპები არა აქვს. ცნობილია ხელოვნურად მიღებული ფრანციუმის 20-ზე მეტი იზოტოპი, რომელთა მსაური რიცხვები 203-დან 229-მდეა; ყველა არამდგრადია. ფრანციუმის ჟანგვის ხარისხია +1. ხსნარებში ახასიათებს ტიპური ტუტე ლითონების თვისებები, მისი ყველა მარილი წყალში კარგად იხსნება. იყენებენ ${\ce {^{227}Ac}}$ განსასაზღვრავად.

ფრანციუმი, ₈₇Fr

ზოგადი თვისებები
მასური რიცხვი	223
ფრანციუმი პერიოდულ სისტემაში
წყალბადი ჰელიუმი ლითიუმი ბერილიუმი ბორი ნახშირბადი აზოტი ჟანგბადი ფთორი ნეონი ნატრიუმი მაგნიუმი ალუმინი სილიციუმი ფოსფორი გოგირდი ქლორი არგონი კალიუმი კალციუმი სკანდიუმი ტიტანი ვანადიუმი ქრომი მანგანუმი რკინა კობალტი ნიკელი სპილენძი თუთია გალიუმი გერმანიუმი დარიშხანი სელენი ბრომი კრიპტონი რუბიდიუმი სტრონციუმი იტრიუმი ცირკონიუმი ნიობიუმი მოლიბდენი ტექნეციუმი რუთენიუმი როდიუმი პალადიუმი ვერცხლი კადმიუმი ინდიუმი კალა სტიბიუმი ტელური იოდი ქსენონი ცეზიუმი ბარიუმი ლანთანი ცერიუმი პრაზეოდიმი ნეოდიმი პრომეთიუმი სამარიუმი ევროპიუმი გადოლინიუმი ტერბიუმი დისპროზიუმი ჰოლმიუმი ერბიუმი თულიუმი იტერბიუმი ლუტეციუმი ჰაფნიუმი ტანტალი ვოლფრამი რენიუმი ოსმიუმი ირიდიუმი პლატინა ოქრო ვერცხლისწყალი თალიუმი ტყვია ბისმუტი პოლონიუმი ასტატი რადონი ფრანციუმი რადიუმი აქტინიუმი თორიუმი პროტაქტინიუმი ურანი (ელემენტი) ნეპტუნიუმი პლუტონიუმი ამერიციუმი კიურიუმი ბერკელიუმი კალიფორნიუმი აინშტაინიუმი ფერმიუმი მენდელევიუმი ნობელიუმი ლოურენსიუმი რეზერფორდიუმი დუბნიუმი სიბორგიუმი ბორიუმი ჰასიუმი მეიტნერიუმი დარმშტადტიუმი რენტგენიუმი კოპერნიციუმი ნიჰონიუმი ფლეროვიუმი მოსკოვიუმი ლივერმორიუმი ტენესინი ოგანესონი Cs ↑ Fr ↓ (Uue) რადონი ← ფრანციუმი → რადიუმი
ატომური ნომერი (Z)	87
ჯგუფი	1 ჯგუფი (ტუტე ლითონები)
პერიოდი	7 პერიოდი
ბლოკი	s-ბლოკი
ელექტრონული კონფიგურაცია	[Rn] 7s1
ელექტრონი გარსზე	2, 8, 18, 32, 18, 8, 1
ელემენტის ატომის სქემა
ფიზიკური თვისებები
აგრეგეგატული მდგომ. ნსპ-ში	მყარი სხეული
დნობის ტემპერატურა	27 °C ​(300 K, ​​81 °F)
დუღილის ტემპერატურა	677 °C ​(950 K, ​​1251 °F)
სიმკვრივე (ო.ტ.)	2.48 გ/სმ3
ნაჯერი ორთქლის წნევა P (პა) 1 10 100 1 k 10 k 100 k T (K)-ზე 404 454 519 608 738 946
ატომის თვისებები
ჟანგვის ხარისხი	+1
ელექტროდული პოტენციალი
ელექტრო­უარყოფითობა	პოლინგის სკალა: >0.79
იონიზაციის ენერგია	1: 393 კჯ/მოლ
კოვალენტური რადიუსი (rcov)	260 პმ
ვან-დერ-ვალსის რადიუსი	348 პმ
სხვა თვისებები
ბუნებაში გვხვდება	დაშლის შედეგად
მესრის სტრუქტურა	კუბური მოცულობაცენტრირებული
თერმული გაფართოება	15 µმ/(მ·K)
კუთრი წინაღობა	3 ნომ·მ
მაგნეტიზმი	პარამაგნეტიკი
CAS ნომერი	7440-73-5
ისტორია
სახელწოდება მომდინარეობს	აღმომჩენის სამშობლოს (საფრანგეთის) მიხედვით
აღმომჩენია	მარგარეტ პერეი (1939)
ფრანციუმის მთავარი იზოტოპები
იზო­ტოპი გავრცე­ლება­დობა ნახევ. დაშლა (t1/2) რადიო. დაშლა პრო­დუქტი 212Fr სინთ 7001200000000000000♠20.0 წთ β+ 212Rn α 208At 221Fr კვალი 7000480000000000000♠4.8 წთ α 217At 222Fr სინთ 7001142000000000000♠14.2 წთ β− 222Ra 223Fr კვალი 7001220000000000000♠22.00 წთ β− 223Ra α 219At
ფრანციუმი ვიკისაწყობში •

ფრანციუმს ყველა ცნობილ ელემენტთა შორის ყველაზე დაბალი ელექტრონეგატიურობა ახასიათებს და მეორე ყველაზე იშვიათი ელემენტია ბუნებაში (ასტატის შემდეგ). ფრანციუმი მაღალი რადიოაქტიურობის ლითონია და ასტატად, რადიუმად და რადონად იშლება. როგორც ტუტე ლითონს, მას ერთვალენტიანი ელექტრონი აქვს.

აღმოჩენის ისტორია

1870-იან წლებში ქიმიკოსები ფიქრობდნენ, რომ ცეზიუმის ქვემოთ, ქვეჯგუფში უნდა ყოფილიყო ელემენტი, ატომური ნომრით 87. იგი შემდგომ მოიხსენიებოდა, როგორც ეკაცეზიუმი. სამეცნიერო ჯგუფებმა სცადეს გამოეყოთ ეს გამოტოვებული ელემენტი და სულ ცოტა ოთხი განაცხადი იქნა გაკეთებული მეტალის რეალურ აღმოჩენამდე.

საბჭოთა ქიმიკოსმა დ.კ. დობროსერდოვმა, 1925 წელს პირველმა გამოიკვლია ეკა-ცეზიუმი. მან შეისწავლა კალიუმის და სხვა ტუტე მეტალების სუსტი რადიოაქტივობა და შეცდომით დაასკვნა, რომ ნიმუშში იყო ეკა-ცეზიუმი (ნიმუშის რადიოაქტივობა გამოწვეული იყო კალიუმის ბუნებრივი რადიოიზოტოპ-კალიუმ-40-ით). შემდგომში მან გამოაქვეყნა თეზისები, რომელშიც იგი ვარაუდობდა ეკა-ცეზიუმის თვისებებს, მან ამ ელემენტს უწოდა ”russium”, თავისი მშობლიური ქვეყნის სახელი. ამის შემდეგ იგი იწყებს მუშაობას ოდესის პოლიტექნიკურ ინსტიტუტში და აღარ აგრძელებს ელემენტის შემდგომ შესწავლას.

შემდგომ წლებში ინგლისელმა ქიმიკოსებმა გ. დრუსემ (Gerald J. F. Druce) და ფ. ლორინგმა (Frederick H. Loring) შეისწავლეს მანგანუმ(II) სულფატის X-სხივების ფოტოები და აღმოაჩინეს სპექტრალური ხაზი და ივარაუდეს, რომ ეს იყო ეკა-ცეზიუმის დამახასიათებელი სპექტრი. მათ განაცხადეს ელემენტ-87 არმოცენის შესახებ და დაარქვეს მას ”alkalinium”-ი, რადგანაც იგი უნდა ყოფილიყო ყველაზე მძიმე ტუტე მეტალი.

1930-1936 წლებში ჩატარებულ იქნა კვლევები, მაგრამ ზუსტად ვერ დადგინდა ელემენტი-87 არსებობა. ეკა-ცეზიუმი აღმოჩენილ იქნა 1939 წელს, საფრანგეთში, პარიზის კიურის ინსტიტუტში — მარგარეტ პერეის მიერ, როდესაც იგი ახდენდა, აქტინიუმ-227-ის ნიმუშის გასუფთავებას. ამ დროს გამოყოფილ იქნა უცნობი ელემენტი, რომელიც ამჟღავნებდა ტუტე მეტალის თვისებებს (ასევე გამოილექებოდა ცეზიუმის მარილებთან ერთად), რამაც დაარწმუნა პერეი, რომ ეს იყო ელემენტი-87. მან ელემენტს ჯერ უწოდა ”cation” (რადგანაც მას ჰქონდა ყველაზე ელექტროდადებითი კათიონი), ხოლო შემდეგ მ. პერეის მიერ შემოთავაზებული იქნა ახალი სახელწოდება ”ფრანციუმი” (საფრანგეთის გამო). ეს სახელი ოფიციალურად დამტკიცებულ იქნა 1949 წელს სუფთა და გამოყენებითი ქიმიის საერთაშორისო კავშირის მიერ. მისი სიმბოლო თავდაპირველად იყო Fa, მაგრამ იგი ჩქარა შეიცვალა Fr-ით. ფრანციუმი იყო ბოლო ელემენტი, რომელიც აღმოჩენილ იქნა ბუნებაში.

იზოტოპები

ცნობილია ფრანციუმის 34 იზოტოპი, ატომური მასით 199-დან 232-მდე. მას გააჩნია მეტასტაბილური ბირთვული იზომერი. ბუნებაში გვხვდება მხოლოდ ფრანციუმ-223 და ფრანციუმ-221 იზოტოპები. ფრანციუმ-223 წარმოადგენს უფრო სტაბილურ იზოტოპს (ნახევარდაშლის პერიოდია 21.8წთ). ფრანციუმ-223 წარმოადგენს აქტინიუმის დაშლის სერიის მეხუტე პროდუქტს, როგორც აქტინიუმ-227-ის შვილობილი პროდუქტი. ფრანციუმ-223 შემდგომ b-დაშლით იძლევა რადიუმ-223.

ფრანციუმ-211-ის ნახევარდაშლის პერიოდია 4.8წთ. იგი წარმოადგენს ნეპტუნის დასლის სერიის მეცხრე პროდუქტს, როგორც აქტინიუმ-225-ის შვილობილი პროდუქტი. ფრანციუმ-211 შემდგომ ალფა დაშლით, გადადის ასტატ-217.

ყველაზე ნაკლებ სტაბილურია იზოტოპი - ფრანციუმ-215, ნახევარდაშლის პერიოდით 0.12მკწ. მისი მეტასტაბილური იზომერი - ფრანციუმ-215 ნაკლებად მდგრადია. მისი ნახევარდაშლის პერიოდი კი მხოლოდ 3.5ნწმ.

დახასიათება

ფრანციუმი არასტაბილური ელემენტია. მისი ყველაზე სტაბილური იზოტოპია, ფრანციუმ-223 (ნახევარდაშლის პერიოდი, მხოლოდ 22 წუთია) განსხვავებით ასტატისაგან, რომელიც მეორე არამდგრადი ბუნებრივი ელემენტია, რომლის მაქსიმალური ნახევარდაშლის პერიოდია — 8.5სთ. ფრანციუმის ყველა იზოტოპი იშლება ასტატად, რადიუმად და რადონად. ფრანციუმი წარმოადგენს ტუე მეტალს, რომლის ქიმიური თვისებები უფრო მეტად ემსგავსება ცეზიუმს. იგი ყველაზე მძიმე ელემენტია, რომელსაც გააჩნია ერთი სავალენტო ელექტრონი. მას ყველა ელემენტთან შედარებით აქვს უდიდსი ექვივალენტური წონა. განსაზღვრული იქნა, რომ ფრანციუმის ლღობის ტემპერატურა 27 °C-მდეა (80 °F, 300 K), ხოლო მისი დუღილის ტემპერატურაა 677 °C (1250 °F,950 K).

ლ. პოლინგმა დაადგინა, რომ ფრანციუმის ელექტროუარყოფითობა ტოლია 0.7 (პოლინგის შკალის მიხედვით), ეს კი ტოლია ცეზიუმის ელექტროუარყოფითობისა.

ფრანციუმი გამოილექება ცეზიუმის ზოგიერთ მარილთან ერთად, მაგალითად, ცეზიუმის პიროქლორატთან ერთად, რომელიც მცირე რაოდენობით შეიცავს ფრანციუმს. ეს პროცესი შეიძლება გამოვიყენოთ ფრანციუმის იზოლაციისათვის გლენდენინის და ნელსონის მეთოდში. თანაგამოლექვა ხდება ცეზიუმის სხვა მარილების თანაობისასაც, მათ შორის იოდატების, პიკრატების, ტარტრატების (რუბიდიუმ ტარტრატიც), ქლორპლატინატის და სილიციუმვოლფრამატის თანაობისას. იგი აგრეთვე გამოილექება სილიციუმვოლფრამ მჟავას და პერქლორმჟავას თანაობისას, სხვა ტუტე მეტალების გარეშე. ფრანციუმის თითქმის ყველა მარილი წყალში ხსნადია.

აქტინიუმის შემცველი მადნებიდან მიღებულია ფრანციუმის სუფთა ქლორიდი. ფრანციუმი იხსნება წყალსა და მჟანგველებში, როგორიცაა: HCl, H2SO4, HNO3, H2S. არ ილექება H2S, (NH4)2S, NH4OH, Na2CO3, NaOH, H2O2-ის მოქმედებით.

ფრანციუმის ძნელად ხსნადი ნაერთებია: FrClO4, ფრანციუმის პიკრატი C3H2(NO3)3OFr. ფრანციუმი პერიოდულ სისტემის ყველა ელემენტზე ელექტროდადებითი ელემენტია. რადიოაქტიური ფრანციუმი ფართოდ გამოიყენება ბიოლოგიაში.

გავრცელება

ფრანციუმ-223 წარმოადგენს აქტინიუმ-227-ის ალფა დაშლის პროდუქტს. იგი კვალის სახით ნაპოვნია ურანისა და თორიუმის მინერალებში. ურანის ნიმუშში, ფრანციუმის ყოველ ერთ ატომზე მოდის 1×1018 ურანის ატომი. იგი დედამიწის ქერქში 30გ-ზე მეტია მუდმივად. ამის გამო იგი წარმოადგენს მეორე იშვიათ ელემენტს ასტატის შემდეგ.

სინთეზი

ფრანციუმი სინთეზირდება ბირთვულ რეაქციაში

197Au + 18O → 210Fr + 5 n

ეს პროცესი შეისწავლა ფიზიკოსმა ს. ბრუკმა. მან მიიღო იზოტოპები, მასით 209.210 და 211, რომელიც შემდეგ გამოყოფილ იქნა მაგნიტურ-ოპტიკური ტრაპით (MOT). იზოტოპის წარმოქმნის სიჩქარე დამოკიდებულია ჟანგბადის ნაკადის ენერგიაზე.

სხვა სინთეზური მეთოდები მოიცავს რადიუმის დაბომბვას ნეიტრონებით და თორიუმის დაბომბვას პროტონებით, დეიტრონებით და ჰელიუმის იონით. მცირე ნახევარდაშლის პერიოდის გამო ფრანციუმის თვისებების შესწავლა ხდება ნიმუსებზე, რომლებიც მას შეიცავენ უმნიშვნელო რაოდენობით.

გამოყენება

იმის გამო, რომ ფრანციუმი არასტაბილური და იშვიატი ელემენტია, მას არა აქვს კომერციული გამოყენება. იგი შეიძლება გამოყენებული იქნეს კვლევიტი მიზნებისათვის ბიოლოგიაში და ასევე ატომურ სტრუქტურაში. იგი გამოიყენება, როგორც პოტენციური დიაგნოსტიკური საშუალება სხვადასხვა კანცეროგენების კვლევისათვის, მაგრამ ამ უკანასკნელმა სავარაუდოდ ვერ ჰპოვა პრაქტიკული გამოყენება.

ლიტერატურა

• Хайд И., Радиохимия франция и тория, перевод с англ., Москва 1961

რესურსები ინტერნეტში

• webelements.com // ფრანციუმი
• chemistry.ge // ფრანციუმი

სქოლიო

პორტალი ქიმია