francium - Francium


Da Wikipédia, a enciclopédia livre

Frâncio,   87 Pe
Propriedades gerais
Pronúncia / F r Æ n s i ə m / ( FRAN -ver-əm )
Número de massa 223 (isótopo mais estável)
Frâncio na tabela periódica
hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro argão
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio crômio Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo criptônio
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Indium Lata antimônio Telúrio Iodo xênon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio neodímio Promécio Samário európio gadolínio Térbio disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Conduzir Bismuto Polônio Astatine radão
francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio amerício curandeiro Berkelium californium Einsteinium fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium dubnium seaborgium Bohrium hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium fleróvio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Cs

P.

( Uue )
radonfranciumrádio
Número atómico ( Z ) 87
Grupo grupo 1 (metais alcalinos)
Período período de 7
Quadra s-bloco
categoria de elemento   metal alcalino
configuração eletrônica [ Rn ] 7s 1
Elétrons por shell
2, 8, 18, 32, 18, 8, 1
Propriedades físicas
Fase em  STP sólido (previsto)
Ponto de fusão ? 300  K (30 ° C, 80 ° F)
Ponto de ebulição ? 950 K (680 ° C, 1300 ° F)
Densidade (perto  rt ) 2,8-3,0 g / cm 3 (extrapolada)
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 (a fortemente básico de óxido)
Eletro-negatividade escala Pauling:> 0,79
energias de ionização
  • 1: 393 kJ / mol
raio covalente 260  pm (extrapolada)
Van der Waals raio 348 pm (extrapolada)
outras propriedades
Estrutura de cristal cúbica de corpo centrado (BCC)
estrutura cristalina cúbica de corpo centrado para frâncio

(Extrapolada)
Condutividade térmica 15 W / (mK), (extrapolada)
Resistividade elétrica 3 μΩ · m (calculada)
ordenamento magnético Paramagnético
Número CAS 7440-73-5
História
Naming depois de França , terra natal do descobridor
Descoberta e primeiro isolamento Marguerite Perey (1939)
Principais isótopos de frâncio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) modo de decaimento produtos
221 P. vestígio 4,8 min α 217 No
222 P. syn 14,2 min β - 222 Ra
223 P. vestígio 22.00 min β - 223 Ra
α 219 No
| referências

Frâncio é um elemento químico com o símbolo  Pe e número atômico  87. Ela costumava ser conhecido como eka - césio . É extremamente radioactivo ; seu isótopo mais estável, frâncio-223 (originalmente chamado actínio K após o natural cadeia de decaimento que aparece na), tem uma meia-vida de apenas 22 minutos. É a segunda menos electronegativo elemento, atrás apenas de césio, e é a segunda mais rara que ocorre naturalmente elemento (após astatine ). Os isótopos de decadência francium rapidamente para astatine , rádio e radônio . Como um metal alcalino , que tem um electrão de valência .

francium massa nunca mais foi visto. Por causa da aparência geral dos outros elementos na sua coluna da tabela periódica, presume-se que o frâncio apareceria como um metal altamente reactivo, se o suficiente poderia ser recolhido em conjunto para ser visto como um sólido a granel ou líquido. A obtenção de uma tal amostra é altamente improvável, uma vez que o calor extremo de decaimento (a meia-vida do seu isótopo de vida mais longa é de apenas 22 minutos) iria imediatamente vaporizar 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 pela primeira vez na natureza, em vez de por síntese. Fora do laboratório, francium é extremamente rara, com vestígios encontrados em urânio e tório minérios, onde o isótopo francium-223 formulários e decai continuamente. Tão pouco quanto existe 20-30 g (uma onça) a qualquer momento durante todo o crosta terrestre ; os outros isótopos (excepto para o frâncio-221) são totalmente sintético. A maior quantidade produzida no laboratório era um conjunto de mais do que 300.000 átomos.

Características

Frâncio é um dos mais instáveis de elementos que ocorrem naturalmente: a sua mais longa vida do isótopo, frâncio-223, tem uma meia-vida de apenas 22 minutos. O único elemento comparável é astatine , cujo mais estável isótopo natural, astatine-219 (a filha alfa de frâncio-223), tem uma meia-vida de 56 segundos, embora astatine-210 sintético é muito mais longo duração com uma meia-vida de 8,1 horas. Todos os isótopos de decadência francium em astatine, rádio , ou radon . Frâncio-223 também tem uma meia-vida mais curta do que o isótopo de vida mais longa de cada elemento sintético até e incluindo elemento 105, dubnium .

Frâncio é um metal alcalino, cujas propriedades químicas principalmente se assemelham aos de césio. Um elemento de construção com um único electrão de valência , que tem o maior peso equivalente de qualquer elemento. Frâncio-se o líquido criado-deve ter uma tensão superficial de 0,05092  N / m no seu ponto de fusão. Ponto de fusão de frâncio foi calculada como sendo de cerca de 27 ° C (80 ° F, 300 K). O ponto de fusão é incerto devido à extrema raridade e do elemento de radioatividade . Assim, o valor estimado de ponto de ebulição de 677 ° C (1250 ° F, 950 K) também é incerto.

Pauling estimada a electronegatividade do frâncio a 0,7 na escala de Pauling , o mesmo que o de césio; o valor de césio foi uma vez refinado a 0,79, mas não existem resultados experimentais para permitir um refinamento do valor para o frâncio. Frâncio tem um ligeiramente 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 efeitos relativistas , e isto implicaria que césio é o menos electronegativo do dois. Frâncio também deve ter uma maior afinidade de electrões do que o césio e o P. - ião deve ser mais polarizável do que o Cs - ião. A molécula de RFCE é previsto para ter frâncio no terminal negativo do dipolo, ao contrário de todas as moléculas de metais alcalinos heterodiatomic conhecidos. Francium superóxido (FRO 2 ) deverá ter um mais covalente caráter do que os seus mais leves congêneres ; esta é atribuída aos 6p electrões em frâncio sendo mais envolvidos na ligação frâncio-oxigénio.

Francium 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, por adaptação do método de co-precipitação de césio Lawrence E. Glendenin e Nelson . É, adicionalmente, coprecipitar com muitos outros sais de césio, incluindo o iodato , o picrato , o tartarato (também rubídio tartarato), o cloroplatinato , e o silicotungstate . Também co-precipitados com ácido silicotungsténico , e com ácido perclórico , sem outro metal alcalino como um transportador , que fornece os outros métodos de separação. Quase todos os sais francium são solúveis em água .

isótopos

Há 34 isótopos conhecidos de francium variando em massa atômica de 199 a 232. Francium tem sete metaestáveis isomeria nuclear . Frâncio-223 e frâncio-221 são os únicos isótopos que ocorrem na natureza, embora o primeiro é muito mais comum.

Francium-223 é o isótopo mais estável, com uma meia-vida de 21,8 minutos, e é altamente improvável que um isótopo de francium com uma meia-vida mais longa jamais será descoberto ou sintetizada. Frâncio-223 é o quinto produto do actínio série de decaimento como o isótopo filho de actínio-227. Frâncio-223, em seguida, decai para o rádio-223 por decaimento beta (1,149 MeV de energia de decaimento ), com uma menor (0,006%) alfa decaimento caminho para a astatina-219 (5,4 MeV de energia de decaimento).

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

A menos estável estado fundamental isótopo é frâncio-215, com uma meia-vida de 0,12 mS: ele sofre uma deterioração de alfa 9,54 MeV a astatina-211. O seu isómero metaestável , frâncio-215m, ainda é menos estável, com uma meia-vida de apenas 3,5 ns.

aplicações

Devido à sua instabilidade e raridade, não existem aplicações comerciais para frâncio. Ela tem sido usada para fins de pesquisa nos campos da química e da estrutura atômica . Seu uso como um potencial auxílio diagnóstico para vários tipos de câncer também tem sido explorado, mas este pedido foi considerado impraticável.

Capacidade de frâncio a ser sintetizado, preso, e arrefeceu-se, juntamente com a sua relativamente simples estrutura atómica , tornou objecto de especializados espectroscopia experiências. Estas experiências levaram a informações mais específicas sobre os níveis de energia e as 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 atômicos que são bastante semelhantes aos previstos pela teoria quântica .

História

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

descobertas erradas e incompletas

Químico Soviética DK Dobroserdov foi o primeiro cientista a pretensão de ter encontrado eka-césio, ou frâncio. Em 1925, que observou radioactividade fraco numa amostra de potássio , um outro metal alcalino, e concluiu que incorrectamente EKA-césio foi contaminar a amostra (a radioactividade a partir da amostra foi de radioisótopo de potássio que ocorre naturalmente, de potássio-40 ). Em seguida, ele publicou uma tese sobre suas predições das propriedades de eka-de césio, em que nomeou o elemento russium depois de seu país de origem. Pouco tempo depois, Dobroserdov começou a se concentrar em sua carreira de professora no Instituto Politécnico de Odessa , e ele não prosseguir o elemento.

No ano seguinte, em inglês químicos Gerald JF Druce e Frederick H. Loring analisados raios-X fotografias de manganês (II) sulfato . Eles observaram linhas espectrais que se presume ser de EKA-césio. Eles anunciada a descoberta do elemento 87 e o nome proposto alkalinium , como seria o mais pesado de metal alcalino.

Em 1930, Fred Allison do Instituto Politécnico Alabama alegou ter elemento 87 descobriu ao analisar polucita e lepidolita usando seu magneto-óptica máquina. Allison pediu que fosse chamado virginium depois de seu estado natal da Virgínia , junto com os símbolos VI e VM. Em 1934, HG MacPherson da UC Berkeley refutaram a eficácia do dispositivo de Allison e a validade de sua descoberta.

Em 1936, o físico romeno Horia Hulubei e seu colega francês Yvette Cauchois também analisou polucita, desta vez usando o seu aparelho de raios-X de alta resolução. Eles observaram várias linhas de emissão fracos, que presumivelmente aqueles de elemento 87. Hulubei e Cauchois relatou sua descoberta e propôs o nome moldavium , junto com o símbolo mL, após a Moldávia , a província romena onde Hulubei nasceu. Em 1937, o trabalho de Hulubei foi criticado pelo físico americano FH Hirsh Jr. , que rejeitou os métodos de investigação de Hulubei. Hirsh foi determinado que EKA-césio não seria encontrada na natureza, e que em vez Hulubei tinha observado de mercúrio ou de bismuto linhas de raios-X. Hulubei insistiu que seu aparelho e métodos de raios-X eram muito precisas para fazer um tal erro. Devido a isso, Jean Baptiste Perrin , Prêmio Nobel vencedor e mentor de Hulubei, aprovado moldavium como o verdadeiro eka-de césio sobre Marguerite Perey francium recentemente descoberto 's. Perey se esforçou para ser precisos e detalhados em sua crítica da obra de Hulubei, e, finalmente, ela foi creditado como o único descobridor do elemento 87. Todas as outras descobertas supostos anteriores do elemento 87 foram descartados devido à meia-vida muito limitada da frâncio.

A análise de Perey

Eka-de césio foi descoberto em 1939 por Marguerite Perey do Instituto Curie , em Paris , quando ela purificada uma amostra de actinium -227 que tinha sido relatada a ter uma energia de decaimento de 220 keV. Perey notado partículas de decaimento com um nível de energia inferior a 80 keV. Perey pensou esta actividade decaimento pode ter sido causado por um produto de decomposição anteriormente não identificada, um que foi separado durante a purificação, mas emergiu de novo para fora do actínio-227 puro. Vários testes eliminada a possibilidade do elemento ser desconhecido tório , rádio, chumbo , bismuto, ou tálio . Os novos produtos exibiram propriedades químicas de um metal alcalino (tais como coprecipitando com sais de césio), o que levou Perey para acreditar que era elemento 87, produzido pelo decaimento alfa de actínio-227. Perey depois tentativa de determinar a percentagem de decaimento beta para alfa de decaimento em actínio-227. O seu primeiro teste de colocar o alfa ramificação a 0,6%, um valor que mais tarde ela revista a 1%.

Perey nomeado o novo isótopo actinium-K (que agora é referido como francium-223) e em 1946, ela propôs o nome catium (Cm) para seu elemento recém-descoberto, como ela acreditava ser o mais electropositive cação dos elementos . Irène Joliot-Curie , um dos supervisores do Perey, opôs-se o nome devido à sua conotação de gato , em vez de cação ; Além disso, o símbolo coincidiu com o que uma vez tinha sido atribuído a cúrio . Perey então sugeriu francium , depois da França. Este nome foi adotado oficialmente pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) 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 Fr pouco depois. Frâncio foi o último elemento descoberto na natureza, em vez de sintetizado, seguindo háfnio e rênio . Mais pesquisas na estrutura do frâncio foi realizada por, entre outros, Sylvain Lieberman e sua equipe no CERN em 1970 e 1980.

Ocorrência

A cinza pedaço 5 centímetros brilhante de matéria com uma superfície áspera.
Esta amostra de uraninite contém cerca de 100.000 átomos (3,3 × 10 - 20  g) de frâncio-223, em qualquer momento dado.

223 Pe é o resultado da decomposição alfa de 227 Ac e pode ser encontrado em quantidades residuais em urânio minerais . Em uma dada amostra de urânio, não é estimada em apenas um átomo de frâncio para cada 1 x 10 18 átomos de urânio. Também calcula-se que há, no máximo, 30 g de francium na crosta terrestre a qualquer momento.

Produção

Uma configuração experimental complexo com um tubo de vidro horizontais colocados entre duas bobinas de cobre.
Uma armadilha magneto-óptico, que pode conter átomos de francium neutros por curtos períodos de tempo.
A bola redonda de luz vermelha cercada por um brilho verde
Imagem de luz emitida por uma amostra de 200.000 átomos francium numa armadilha magneto-óptica
Um pequeno ponto branco no meio cercado por um circulo vermelho.  Existe um anel amarelo fora do círculo vermelho, um círculo verde para além do anel de amarelo e azul de um círculo em torno de todos os outros círculos.
imagem calor de 300.000 átomos francium numa armadilha magneto-óptica

Frâncio pode ser sintetizado por uma fusão de reacção quando um alvo de ouro-197 é bombardeado com um feixe de oxigénio-18 átomos a partir de um acelerador linear , em um processo originalmente desenvolvido no no departamento de física na Universidade Estadual de Nova Iorque em Stony Brook em 1995 . Dependendo da energia do feixe de oxigénio, a reacção pode produzir frâncio isótopos com massas de 209, 210, e 211.

197 Au + 18 O → 209 Pe + 6 n
197 Au + 18 O → 210 Pe + 5 n
197 Au + 18 O → 211 Pe + 4 n

Os átomos de francium deixar o alvo de ouro como iões, que são neutralizados por colisão com ítrio e, em seguida, isolados em uma armadilha magneto-óptica (MOT), num estado não consolidado gasoso. Embora os átomos só permanecem na armadilha para cerca de 30 segundos antes de escapar ou de sofrer decaimento nuclear, o processo fornece um fluxo contínuo de átomos de fresco. O resultado é um estado de equilíbrio contendo um número razoavelmente constante de átomos para um tempo muito mais longo. O aparelho original poderia armadilha até alguns milhares de átomos, ao passo que uma concepção melhorada mais tarde poderia armadilha mais de 300.000 de cada vez. Medições sensíveis da luz emitida e absorvida pelos átomos aprisionados desde os primeiros resultados experimentais em várias transições entre os níveis de energia atómica em frâncio. As medições iniciais mostram muito boa concordância entre os valores experimentais e cálculos baseados na teoria quântica. O projecto de pesquisa usando este método de produção transferida para TRIUMF em 2012, em que mais de 10 6 átomos francium foram realizadas ao mesmo tempo, incluindo grandes quantidades de 209 Pe em adição a 207 Fr e 221 P.

Outros métodos de síntese incluem bombardeamento de rádio com neutrões, e tório bombardeando com protões, deutério , ou hélio iões .

223 P. também podem ser isolados a partir de amostras de sua mãe 227 Ac, o frâncio sendo ordenhadas por eluição com NH 4 Cl-CrO 3 a partir de um permutador de catiões contendo actínio e purificou-se fazendo passar a solução através de um dióxido de silício composto carregados com sulfato de bário .

Em 1996, o grupo Stony Brook preso 3000 átomos no seu MOT, o que foi suficiente para uma câmara de vídeo para capturar a luz emitida pelos átomos de uma vez que fluorescem. Francium não foi sintetizado em quantidades grandes o suficiente para pesar.

Veja também

notas de rodapé

Referências

links externos