Άνοιγμα κυρίου μενού

Το φράγκιο (αγγλικά: francium) είναι το χημικό στοιχείο με το σύμβολο Fr και ατομικό αριθμό 87. Ήταν παλαιότερα γνωστό ως «εκακαίσιο» (eka-casium, με την έννοια ότι βρίσκεται στον περιοδικό πίνακα κάτω από το καίσιο). Το φράγκιο είναι ένα πολύ ραδιενεργό. Το σταθερότερο ισότοπό του, το φράγκιο-223, το οποίο αρχικά ονομάζονταν «ακτίνιο-K», έχει ημιζωή 22 λεπτών. Είναι το δεύτερο πιο ηλεκτροθετικό χημικό στοιχείο, μετά από μόνο το καίσιο. Αποτελεί, ακόμη, το δεύτερο σπανιότερο φυσικό χημικό στοιχείο, μετά από μόνο το αστάτιο. Τα ισότοπα του φραγκίου διασπούνται σε

Φράγκιο
ΡαδόνιοΦράγκιοΡάδιο
Cs

Fr

Uue
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif

Electron shell 087 Francium.svg
Τα ηλεκτρόνια στο άτομο του φράγκιου

Ιστορία
Ταυτότητα του στοιχείου
Όνομα, σύμβολο Φράγκιο (Fr)
Ατομικός αριθμός (Ζ) 87
Κατηγορία αλκάλια
ομάδα, περίοδος,
τομέας
1 (IA) ,7, s
Σχετική ατομική
μάζα (Ar)
223 amu
Ηλεκτρονική
διαμόρφωση
[ Rn ] 7s1
Αριθμός CAS 7440-73-5
Ατομικές ιδιότητες
Ομοιοπολική ακτίνα 260
Ακτίνα van der Waals 348
Ηλεκτραρνητικότητα 0,7 (Pauling)
Κυριότεροι αριθμοί
οξείδωσης
1
Ενέργειες ιονισμού 1η: 380 kJ·mol-1
Φυσικά χαρακτηριστικά
Σημείο τήξης 27°C
Σημείο βρασμού 677°C
Πυκνότητα 1.870 kg/m3
Ειδική ηλεκτρική
αντίσταση
3 µΩ·m
Ειδική θερμική
αγωγιμότητα
5 W·m−1·K−1
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm)
εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

σε αστάτιο, ράδιο και ραδόνιο. Η ηλεκτρονιακή δομή του ατόμου του φραγκίου είναι [Rn] 7s1, οπότε αυτό το χημικό στοιχείο ταξινομείται στα αλκαλιμέταλλα.

Ατόφιο φράγκιο δεν έχει ποτέ παρατηρηθεί. Εξαιτίας της γενικής εμφάνισης των άλλων αλκαλιμετάλλων, υποθέτεται ότι θα είναι πολύ δραστικό μέταλλο, αν ποτέ γίνει εφικτό να ληφθεί (ικανή ποσότητα) ατόφιου φραγκίου, σε στερεή ή υγρή φάση. Ωστόσο για την ώρα αυτό θεωρείται πολύ απίθανο, εφόσον η υψηλή ποσότητα θερμότητας που παράγεται από τη συνεχή ραδιενεργή διάσπασή του, σε συνδυασμό με τη μικρή ημιζωή του, καθιστούν άμεσα εξατμίσιμη κάθε ορατή ποσότητα αυτού του στοιχείου.

Το φράγκιο ανακαλύφθηκε από τη γαλλίδα φυσικό Μαργαρίτα Περέ (Marguerite Perey) το 1939,[1] που του έδωσε το όνομα «φράγκιο», από το όνομα της πατρίδας της (France). Ήταν το τελευταίο φυσικό (δηλαδή που υπάρχει στη φύση) χημικό στοιχείο που ανακαλύφθηκε. Από αυτό και πέρα απλά συντέθηκαν μόνο τεχνητά στοιχεία, με χρήση πυρηνικών αντιδράσεων[2]. Έξω από τα εργαστήρια, το φράγκιο είναι εξαιρετικά σπάνιο, και μόνο ίχνη του βρίσκονται σε ορυκτά του ουρανίου και του θορίου, όπου το 223Fr συνεχώς παράγεται αλλά και διασπάται. Πιστεύεται ότι συνολικά μόλις 20-30 g φραγκίου υπάρχουν σε μια δεδομένη στιγμή σε όλον το φλοιό της Γης. Τα υπόλοιπα ισότοπά του, εκτός από το 221Fr, είναι διαθέσιμα μόνο μετά από πυρηνική σύνθεση. Η μεγαλύτερη ποσότητα που παράχθηκε σε εργαστήριο ήταν ένα σύμπλεγμα περισσότερων από 300.000 ατόμων φραγκίου[3].

Πίνακας περιεχομένων

Φυσική παρουσίαΕπεξεργασία

 
Αυτό το δείγμα ουρανίτη περιέχει περίπου 100.000 άτομα (3,3·10-20 γραμμάρια) 223Fr, ανεξάρτητα από το χρόνο παραμονής[4] (γιατί το φράγκιο παράγεται και διασπάται συνεχώς).

Το 223Fr είναι το αποτέλεσμα α-διάσπασης του 227Ac και μπορεί να βρεθεί σε ιχνοποσότητες στα ορυκτά του ουρανίου,[5] όπου εκτιμάται ότι υπάρχει ένα (1) άτομο φραγκίου για κάθε (περίπου) 1018 άτομα ουρανίου.[4] Επίσης υπολογίστηκε ότι υπάρχουν το πολύ 30 γραμμάρια φραγκίου στο γήινο φλοιό, σε κάθε χρονική στιγμή.[6]

ΙστορίαΕπεξεργασία

Από το 1870 οι χημικοί σκέφτονταν ότι θα έπρεπε να υπήρχε ένα αλκαλιμέταλλο πέρα από το καίσιο, με ατομικό αριθμό 87.[7] Αναφέρονταν με την ονομασία «εκακαίσιο» (eka-caesium).[8] Ερευνητικές ομάδες αποπειράθηκαν να εντοπίσουν και να απομονώσουν το χημικό στοιχείο που (τότε) έλλειπε. Έγιναν τουλάχιστον τέσσερις (4) λανθασμένοι ισχυρισμοί ότι αυτό το χημικό στοιχείο βρέθηκε πριν να γίνει η αυθεντική ανακάλυψη.

Λανθασμένες και ημιτελείς έρευνεςΕπεξεργασία

Ο σοβιετικός χημικός Ντ. Κ. Ντομπροσερντόφ (D. K. Dobroserdov) ήταν ο πρώτος επιστήμονας που ισχυρίστηκε ότι βρήκε το εκακαίσιο. Το 1925, παρατήρησε ασθενή ραδιενέργεια σε ένα δείγμα καλίου, και λανθασμένα συμπέρανε ότι εκακαίσιο μόλυνε το δείγμα. Στην πραγματικότητα όμως το δείγμα περιείχε το φυσικά υπάρχον ραδιενεργό ισότοπο 40K.[9] Τότε δημοσίευσε μια θέση για τις προγνώσεις του για τις ιδιότητες του εκακαισίου, που ο ίδιος ονόμασε «ρώσιο» (russium), από το όνομα της πατρίδας του (Ρωσία).[10] Σύντομα αργότερα, ο Ντομπροσερντόφ άρχισε να εστιάζει στη διδακτική του σταδιοδρομία, στο Πολυτεχνικό Ίδρυμα της Οδησσού (Polytechnic Institute of Odessa) και δεν επιδίωξε επιπλέον έρευνα πάνω στο εκακαίσιο.[9]

Την επόμενη χρονιά (1926), οι άγγλοι χημικοί Τζεράλντ Ντρας (Gerald J. F. Druce) και Φρέντερικ Λόουρινγκ (Frederick H. Loring) ανέλυσαν φωτογραφίες ακτίνων Χ δείγματος θειικού μαγγανίου (MnSO4).[10] Παρατήρησαν φασματικές γραμμές για τις οποίες υπέθεσαν ότι ανήκαν στο εκακαίσιο. Ανακοίνωσαν, τότε, την ανακάλυψη του χημικού στοιχείου με ατομικό αριθμό 87, προτείνοντας την ονομασία «αλκαλίνιο» (alkalinium), αφού θα ήταν (με βάση τις γνώσεις της εποχής) το βαρύτερο αλκαλιμέταλλο.[9]

Το 1930, ο αμερικανός Φρεντ Άλλισον (Fred Allison), του Πολυτεχνικού Ιδρύματος της Αλαμπάμα, ισχυρίστηκε ότι ανακάλυψε το χημικό στοιχείο με ατομικό αριθμό 87, όταν αναλύοντας πολλουσίτη και λεπιδολίτη, χρησιμοποιώντας τη μαγνητοοπτική συσκευή του. Ο Άλλισον ζήτησε να ονομαστεί βιργίνιο (virginium), από τη γενέτειρα πολιτεία του, Βιρτζίνια, μαζί με τα χημικά σύμβολα Vi και Vm.[10][11] Το 1934, ο ΜακΦέρσον του Πανεπιστημίου του Μπέρκλεϋ ανασκεύασε την αποτελεσματικότητα της συσκευής του Άλλισον, και επομένως και την ισχύ της ανακάλυψής του.[12]

Το 1936 ο ρουμάνος φυσικός Χόρια Χουλουμπέι (Horia Hulubei) και η γαλλίδα συναδέλφισσά του Υβέτ Καυχοΐς (Yvette Cauchois), επίσης ανέλυσαν δείγματα πολλουσίτη, χρησιμοποιώντας συσκευή ακτίνων Χ υψηλής ευκρίνειας (για την εποχή τους, τουλάχιστον).[9] Παρατήρησαν αρκετές ασθενείς γραμμές εκπομπής, που υπέθεσαν ότι ανήκαν στο χημικό στοιχείο με ατομικό αριθμό 87, και ανέφεραν την ανακάλυψή τους, προτείνοντας το όνομα μολδάβιο (moldavium), μαζί με το χημικό σύμβολο Ml, από την ονομασία της Μολδαβίας, που ήταν η γενέτειρα περιοχή του Χουλουμπέι[10] (η οποία Μολδαβία τότε ήταν ρουμανική επαρχία). Το 1937, η εργασία του Χουλουμπέι δέχτηκε την κριτική του αμερικανού φυσικό Χιρστ Τζούνιορ, που απέρριψε τις ερευνητικές μεθόδους του Χουλουμπέι. Ο Χιρστ ήταν σίγουρος το εκακαίσιο δεν επρόκειτο να βρεθεί στη φύση, και ότι ο Χουλουμπέι παρατήρησε γραμμές φάσματος ακτίνων Χ υδραργύρου ή βισμουθίου. Ο Χουλουμπέι επέμεινε ότι τόσο η συσκευή ακτίνων Χ που είχε, όσο και οι μέθοδοί του ήταν πολύ ακριβείς για ένα τέτοιο λάθος. Εξαιτίας αυτής της διαμάχης, ο νομπελίστας Ζαν Μπαπτίστ Περρίν (Jean Baptiste Perrin) και μέντορας του Χουλουμπέι, ενέκρινε το μολδάβιο ως πραγματικό εκακαίσιο έναντι της (τότε) πρόσφατης ανακάλυψης του φραγκίου από τη Μαργαρίτα Περέ. Η Περέ με επίπονες προσπάθειες για να πετύχει επαρκή ακρίβεια και λεπτομέρεια έκρινε την εργασία του Χουλουμπέι, με αποτέλεσμα τελικά να πιστωθεί αυτή και μόνο την ανακάλυψη του χημικού στοιχείου με ατομικό αριθμό 87.[9] Όλες οι προηγούμενες υποτιθέμενες ανακαλύψεις του εκακαισίου απέτυχαν εξαιτίας της πολύ περιορισμένης ημιζωής του φραγκίου.[10]

Η ανάλυση της ΠερέΕπεξεργασία

Το εκακαίσιο ανακαλύφθηκε στις 7 Ιανουαρίου 1939 από την Μαργαρίτα Περέ Ιδρύματος Κιουρί, στο Παρίσι,[13] όταν καθάρισε δείγμα 227Ac, που είχε ήδη αναφερθεί ότι έχει ενέργεια διάσπασης 220 keV. Η Περέ σημείωσε σωματίδια διάσπασης με ενεργειακό επίπεδο κάτω των 80 keV. Η Περέ θεώρησε ότι αυτή η δραστηριότητα διάσπασης μπορεί να έχει προκληθεί από ένα προηγουμένως αταυτοποίητο προϊόν διάσπασης, κάποιο που είχε διαχωριστεί κατά τη διάρκεια του καθαρισμού, αλλά ξαναπροστέθηκε από τη διάσπαση του καθαρού 227Ac. Διάφορες δοκιμές εξουδετέρωσαν τις πιθανότητες το άγνωστο χημικό στοιχείο να ήταν θόριο, ράδιο, μόλυβδος, βισμούθιο, ή θάλλιο. Το νέο (τότε) προϊόν είχε χημικές ιδιότητες αλκαλιμετάλλου, όπως να συγκαθιζάνει με τα άλατα καισίου. Αυτό οδήγησε την Περέ να πιστέψει ότι ήταν το χημικό στοιχείο με ατομικό αριθμό 87, που παράχθηκε με α-διάσπαση από το 227Ac.[8] Έπειτα, η Περέ αποπειράθηκε να καθορίσει την αναλογία της β-διάσπασης προς την α-διάσπαση στο 227Ac. Η πρώτη της δοκιμή έβγαλε για την α-διάσπαση ποσοστό 0,6%, ενώ αργότερα αυτό διορθώθηκε σε 1%.[14]

Η Περέ ονόμασε το νέο (τότε) ισότοπο ακτίνιο-Κ (ενώ τώρα αναφέρεται ως 223Fr).[8] Αργότερα, το 1946 πρότεινε την ονομασία κάτιο (catium, Cm) για το νεοανακαλυμένο της (τότε) χημικό στοιχείο, καθώς, όπως πίστευε, θα είχε το πιο ηλεκτροθετικό κατιόν απ' όλα τα χημικά στοιχεία. Η Ειρήνη Ζολιότ-Κουρί (Irène Joliot-Curie), μια από τις επιβλέποντες την Περέ, αντιτάχθηκε στην ονομασία, εξαιτίας της έννοιας του cat αντί cation. Επιπλέον, το χημικό σύμβολο που προτάθηκε είχε ήδη κατοχυρωθεί στο κιούριο.[8] Τότε, η Περέ πρότεινε την ονομασία φράγκιο (francium), από το όνομα της πατρίδας τους (France). Αυτό το όνομα υιοθετήθηκε επίσημα το 1949 από την IUPAC.[7] Αρχικά υιοθετήθηκε το χημικό σύμβολο Fa, αλλά αυτό διορθώθηκε σύντομα αργότερα σε Fr.[15] Το φράγκιο ήταν το τελευταίο χημικό στοιχείο που ανακαλύφθηκε στη φύση. Τα δύο προηγούμενα ήταν το άφνιο (Hf) και το ρήνιο (Re).[8]

Τα επόμενα που ανακαλύφθηκαν στην πραγματικότητα συντέθηκαν. Παραπέρα έρευνα πάνω στη δομή του φραγκίου έγινε, μεταξύ άλλων, από το Συλβαίν Λίμπερμαν και τη ομάδα του, στο CERN, κατά τις δεκαετίες 1970 και 1980.[16]

ΙσότοπαΕπεξεργασία

Υπάρχουν 34 γνωστά ισότοπα του φραγκίου, με ατομικές μάζες που κυμαίνονται από το 199 ως το 232.[17] Το φράγκιο έχει επτά (7) μετασταθή πυρηνικά ισομερή.[5] Τα ισότοπα 223Fr και 221Fr είναι τα μόνα ισότοπα του στοιχείου που υπάρχουν στη φύση, παρόλο που το πρώτο (223Fr) είναι κατά πολύ πιο συνηθισμένο.[18]

Το 223Fr είναι το πιο σταθερό ισότοπο του στοιχείου, με ημιζωή 21,8 λεπτά,[5] και είναι πολύ απίθανο πως κάποιο άλλο ισότοπο του φραγκίου με μακρύτερη ημιζωή πρόκειται στο μέλλον να ανακαλυφθεί ή να συντεθεί.[14] Το 223Fr είναι το πέμπτο (5ο) προϊόν της σειράς ραδιενεργού διάσπασης του ακτινίου (Ac), ως θυγατρικό του ισοτόπου 227Ac.[19] Το 223Fr, με τη σειρά του, διασπάται σε 223Ra με β-διάσπαση, με ενέργεια διάσπασης 1,149 MeV, μαζί με μια ελάσσονα (0,006 %) α-διασπαστική οδό σε 219At, με ενέργεια διάσπασης 5,4 MeV.[20]

Το 221Fr έχει ημιζωή 4,8 λεπτά.[5] Είναι το ένατο (9ο) προϊόν της διασπαστικής σειράς του ποσειδωνίου (Np), ως θυγατρικό του ισοτόπου 225Ac.[19] Το 221Fr διασπάται σε 217At, με ενέργεια διάσπασης 6,457 MeV.[5]

Το λιγότερο σταθερό ισότοπο βασικής κατάστασης είναι το 215Fr, με ημιζωή 120 ns. Δίνει α-διάσπαση σε 211At,[5] με ενέργεια διάσπασης 9,54 MeV. Το μετασταθές ισομερές 215mFr είναι ακόμη λιγότερο σταθερό, με ημιζωή μόλις 3,5 ns.[21]

ΠαραγωγήΕπεξεργασία

Από χρυσό και οξυγόνοΕπεξεργασία

Το φράγκιο μπορεί να συντεθεί με αντίδραση πυρηνικής σύντηξης, όταν 197Au βομβαρδιστεί με ακτίνα 18Ο, που επιταχύνθηκε σε γραμμικό επιταχυντή, μια διεργασία που αρχικά αναπτύχθηκε από το τμήμα Φυσικής του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης στο Στόνυ Μπρουκ (State University of New York at Stony Brook), το 1995.[22]

Εξαρτώμενο από την ενέργεια της ακτίνας οξυγόνου, η αντίδραση αποδίδει ισότοπα φραγκίου με ατομικές μάζες 209, 210 και 211:

 

 

 

Τα παραγόμενα άτομα του φραγκίου αφήνουν το χρυσό στόχο ως ιόντα, τα οποία ουδετεροποιούνται μετά από σύγκρουση με ύττριο και μετά απομονώνονται με μαγνητοοπτική παγίδα (Μagneto-Οptical Τrap, MOT) σε κατάτασταση αέριας διασποράς.[23]

Παρόλο που τα άτομα φραγκίου μένουν στην παγίδα για περίπου 30 δευτερόλεπτα πριν δραπετεύσουν ή υποστούν ραδιενεργή διάσπαση, η διεργασία παρέχει ένα συνεχές ρεύμα φρέσκων ατόμων. Το αποτέλεσμα είναι μια σταθερή κατάσταση που περιέχει μέτρια σταθερό αριθμό ατόμων φραγκίου για πολύ μακρύτερο χρονικό διάστημα.[23]

Η αρχική συσκευή παγίδευε μέχρι μερικές χιλιάδες άτομα, αλλά μεταγενέστερη βελτιωμένου σχεδιασμού συσκευή μπορούσε να παγιδεύσει ως περίπου 300.000 άτομα φραγκίου.[3]

Ευαίσθητες μετρήσεις του φωτός που εκπέμπτηκε και απορροφήθηκε από τα παγιδευμένα άτομα παρείχε τα πρώτα πειραματικά αποτελέσματα για διάφορες μεταπτώσεις ανάμεσα στα ατομικά ενεργειακά επίπεδα στο φράγκιο. Οι αρχικές μετρήσεις δείχνουν πολύ καλά συμφωνία ανάμεσα στις πειραματικές τιμές και στους υπολογισμούς που βασίστηκαν στην κβαντική θεωρία. Ερευνητικό πρόγραμμα, χρησιμοποιώντας αυτήν την παραγωγική μέθοδο, επανατοποθετήθηκε στο TRIUMF το 2012, όπου πάνω από 106 άτομα φραγκίου κρατήθηκαν για ένα χρονικό διάστημα, συμπεριλαμβάνοντας (σχετικά) τεράστιες ποσότητες 209Fr, και επιπρόσθετα 207Fr και 221Fr.[24][25]

Άλλες μέθοδοιΕπεξεργασία

Άλλες συνθετικές μέθοδοι συμπεριλαμβάνουν βομβαρδισμό ράδιου με νετρόνια και βομβαρδισμό θορίου με δευτερόνια (D+), ή με ιόντα ηλίου.[14]

Επίσης, το 223Fr μπορεί να απομονωθεί από το μητρικό 227Ac. Το φράγκιο γίνεται γαλάκτωμα με έκλουση με (μείγμα) χλωριούχου αμμωνίου (NH4Cl) και τριοξειδίου του χρωμίου (CrO3) από εναλλάκτη κατιόντων που περιέχει ακτίνιο. Το γαλάκτωμα αυτό καθαρίζεται περνώντας μέσω διοξειδίου του πυριτίου (SiO2), που είναι «φoρτωμένο» με θειικό βάριο (BaSO4).[26]

To 1996, η ομάδα Στόνυ Μπρουκ παγίδευσε 3.000 άτομα φραγκίου στη MOT τους, που όμως ήταν αρκετά ώστε μια βιντεοκάμερα να μπορεί να συλλάβει το φως που έκπεμπαν τα άτομα αυτά, μέσω του φαινομένου του φθορισμού.[3] Το φράγκιο δεν έχει ποτέ (ως τώρα) συντεθεί σε ποσότητες αρκετά μεγάλες ώστε να αρκούν για να ζυγιστούν.[7][27][4]

ΧαρακτηριστικάΕπεξεργασία

Όπως προαναφέρθηκε, το φράγκιο είναι ένα από τα πιο ασταθή φυσικά υπάρχοντα χημικά στοιχεία. Το πιο μακρόβιο ισότοπό του, το 223Fr, έχει ημιζωή μόλις 22 λεπτών. Το μόνο συγκρίσιμο χημικό στοιχείο είναι το αστάτιο, του οποίου το μακροβιότερο φυσικό ισότοπο είναι το 219At, που είναι θυγατρικό του 223Fr, μετά από α-διάσπαση, έχει ημιζωή μόλις 56 δευτερολέπτων. Ωστόσο, υπάρχει το συνθετικό ισότοπο 210At, που έχει μακρύτερη ημιζωή, πιο συγκεκριμένα 8,1 ώρες.[7] Όλα τα ισότοπα του φραγκίου διασπούνται σε αστάτιο, ράδιο και ραδόνιο.[7] Το 223Fr έχει βραχύτερη ημιζωή, σε σύγκριση με το μακροβιότερο ισότοπο κάθε συνθετικού στοιχείου ως και το ντούμπνιο, με ατομικό αριθμό 105.[5]

Το φράγκιο είναι ένα αλκαλιμέταλλο που οι χημικές ιδιότητές του περισσότερο μοιάζουν με εκείνες του καισίου.[5] Είναι βαρύ χημικό στοιχείο με ένα μόνο ηλεκτρόνιο σθένους (στην 7η ηλεκτρονιακή στοιβάδα).[28] Έχει την υψηλότερη ισοδύναμη μάζα από κάθε άλλο χημικό στοιχείο.[5] Το υγροποιημένο φράγκιο (αν ποτέ παραχθεί) θα πρέπει να έχει επιφανειακή τάση 0,05092 N/m στην (κανονική) θερμοκρασία τήξης του.[29] Η θερμοκρασία τήξης του υπολογίστηκε ότι θα είναι γύρω στους 27 °C.[27] Η θερμοκρασία τήξης του είναι αβέβαιη εξαιτίας της εξαιρετικής σπανιότητας και ραδιερνεργότητας αυτού του χημικού στοιχείου. Η (κανονική) θερμοκρασία βρασμού του εκτιμήθηκε σε 677°C, αλλά είναι επίσης αβέβαιη.

Ο Λάινους Πόλινγκ εκτίμησε την ηλεκτραρνητικότητα του φραγκίου σε 0,7, στην ομώνυμη κλίμακα, δηλαδή την ίδια με το καίσιο.[30] Ωστόσο, η τιμή αυτή για το καίσιο διορθώθηκε σε 0,79, αλλά δεν υπάρχουν πειραματικά δεδομένα για να επιτρέψουν την αντίστοιχη διόρθωση της τιμής για το φράγκιο.[31] Όμως, το φράγκιο έχει ελαφρά υψηλότερη ενέργεια ιονισμού από το καίσιο. Πιο συγκεκριμένα, η ενέργεια πρώτου ιονισμού για το φράγκιο είναι 392,811(4) kJ/mol, έναντι 375,7041(2) kJ/mol, που είναι η πρώτη ενέργεια πρώτου ιονισμού για το καίσιο.[32] Αυτό ήταν αναμενόμενο, εξαιτίας σχετιστικών φαινομένων. Πάντως το στοιχείο αυτό οδηγεί στο συμπέρασμα ότι το καίσιο είναι το λιγότερο ηλεκτραρνητικό, σε σύγκριση των δυο χημικών στοιχείων. Το φράγκιο, επίσης, θα πρέπει να έχει υψηλότερη ηλεκτρονιακή συγγένεια σε σύγκριση με το καίσιο, και το ανιόν Fr- πρέπει να είναι πιο πολώσιμο από το ανιόν Cs-.[33] Στο μόριο CsFr προβλέφθηκε ότι το φράγκιο θα είναι το αρνητικό τέλος του διπόλου, αντίθετα από όλα γνωστά ετεροδιατομικά μόρια των αλκαλιμετάλλων (στα οποία κάθε επόμενο αλκαλιμέταλλο αποτελεί το θετικό τέλος του διπόλου). Το σουπεροξείδιο του φραγκίου (FrO2) αναμένεται να έχει περισσότερο ομοιοπολικό χαρακτήρα από τα ελαφρύτερα ανάλογά του. Αυτό οφείλεται στο ότι τα 6p ηλεκτρόνια του ατόμου του φραγκίου συμμετέχουν περισσότερο στη δεσμολογία φραγκίου - οξυγόνου.[33]

Η συγκαθίζηση του φραγκίου με πολλά άλατα του καισίου, όπως το υπερχλωρικό καίσιο (CsClO4), καταλήγει σε μικρές ποσότητες των αντιστοίχων αλάτων του φραγκίου, όπως το υπερχλωρικό φράγκιο (FrClO4). Η συγκαθίζηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απομόνωση του φραγκίου, υιοθετώντας τη μέθοδο των Λώρενς Ε. Γκλέντενιν (Lawrence E. Glendenin) και Νέλσον (Nelson) για τη ραδιοκαισική συγκαθίζηση. Επιπρόσθετα, το φράγκιο συγκαθιζάνει και με πολλά άλλα άλατα του καισίου, που συμπεριλαμβάνουν τα ιωδικά (CsIO3), τα πικρικά, τα τρυγικά (επίσης και με το τρυγικό ρουβίδιο), τα χλωρολευκοχρυσικά (Cs2PtCl6) και τα πυριτιοβολφραμικά (Cs4W12SiO40). Επίσης, το φράγκιο συγκαθιζάνει με το πυριτιοβολφραμικό οξύ (H4W12SiO40) και με το υπερχλωρικό οξύ (HClO4), χωρίς την παρουσία άλλου αλκαλιμετάλλου ως μεταφορέα, γεγονός που επιτρέπει άλλες μεθόδους διαχωρισμού.[34][35] Σχεδόν όλα τα άλατα του φραγκίου είναι υδατοδιαλυτά.[36]

ΕφαρμογέςΕπεξεργασία

Εξαιτίας της αστάθειας και της σπανιότητάς του, δεν υπάρχουν (καθόλου) εμπορικές εφαρμογές για το φράγκιο.[37][4][38][19] Χρησιμοποιήθηκε, όμως, για ερευνητικούς σκοπούς στη χημεία[39] και στην έρευνα της ατομικής δομής. Η χρήση του ως εν δυνάμει διαγνωστική βοήθεια για διάφορες μορφές καρκίνου επίσης έχει εξερευνηθεί,[7] αλλά αυτή η εφαρμογή κρίθηκε μη πρακτική.[4]

Η ικανότητα του φραγκίου να συντεθεί, να παγιδευτεί και να ψυχθεί, μαζί με τη σχετικά απλή ατομική δομή του, το έχουν καταστήσει αντικείμενο εξειδικευμένων πειραμάτων φασματοσκοπίας. Αυτά τα πειράματα έχουν οδηγήσεις σε πιο εξειδικευμένη πληροφόρηση όσων αφορούν τα ενεργειακά επίπεδα και τις σταθερές ζευγαρώματος μεταξύ υποατομικών σωματιδίων.[40] Μελέτες πάνω στο φως που εκπέμπεται από ιόντα 210Fr που παγιδεύονται με λέιζερ απέδωσαν ακριβή δεδομένα για τις μεταπτώσεις ανάμεσα στα ατομικά ενεργειακά επίπεδα, που είναι μέτρια παρόμοια με αυτά που πρόβλεψε η κβαντική θεωρία.[41]

Παραπομπές και σημειώσειςΕπεξεργασία

  1. Perey, M. (1939-10-01). «L'élément 87 : AcK, dérivé de l'actinium» (στα γαλλικά). Journal de Physique et le Radium 10 (10): 435–438. doi:10.1051/jphysrad:019390010010043500. ISSN 0368-3842. 
  2. Κάποια τεχνητά χημικά στοιχεία, όπως π.χ. το τεχνήτιο, βρέθηκαν αργότερα, μετά τη σύνθεσή τους, και στη φύση.
  3. 3,0 3,1 3,2 Luis A. Orozco (2003). "Francium". Chemical and Engineering News.
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press, σελ. 151–153. ISBN 978-0-19-850341-5. https://books.google.com/books?id=Yhi5X7OwuGkC&pg=PA151. 
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7 5,8 CRC Handbook of Chemistry and Physics. 4. CRC. 2006, σελ. 12. ISBN 978-0-8493-0474-3. 
  6. Winter, Mark. «Geological information». Francium. The University of Sheffield. Ανακτήθηκε στις March 26, 2007. 
  7. 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 Price, Andy (December 20, 2004). «Francium». Ανακτήθηκε στις February 19, 2012. 
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 Adloff, Jean-Pierre; Kaufman, George B. (September 25, 2005). Francium (Atomic Number 87), the Last Discovered Natural Element Αρχειοθετήθηκε June 4, 2013, στο Wayback Machine.. The Chemical Educator 10 (5). Retrieved on 2007-03-26.
  9. 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 Fontani, Marco (September 10, 2005). «The Twilight of the Naturally-Occurring Elements: Moldavium (Ml), Sequanium (Sq) and Dor (Do)». International Conference on the History of Chemistry. Lisbon, pp. 1–8. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις February 24, 2006. https://web.archive.org/web/20060224090117/http://5ichc-portugal.ulusofona.pt/uploads/PaperLong-MarcoFontani.doc. Ανακτήθηκε στις April 8, 2007. 
  10. 10,0 10,1 10,2 10,3 10,4 Van der Krogt, Peter (January 10, 2006). «Francium». Elementymology & Elements Multidict. Ανακτήθηκε στις April 8, 2007. 
  11. «Alabamine & Virginium». TIME. February 15, 1932. http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,743159,00.html. Ανακτήθηκε στις April 1, 2007. 
  12. MacPherson, H. G. (1934). «An Investigation of the Magneto-Optic Method of Chemical Analysis». Physical Review 47 (4): 310–315. doi:10.1103/PhysRev.47.310. Bibcode1935PhRv...47..310M. 
  13. Adloff, Jean-Pierre; Kauffman, George B. (2005). «Francium (Atomic Number 87), the Last Discovered Natural Element». The Chemical Educator 10 (5): 387–394. doi:10.1333/s00897050956a. http://www.perey.org/genealogy/MP%202.pdf. 
  14. 14,0 14,1 14,2 «Francium». McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology. 7. McGraw-Hill Professional. 2002, σελ. 493–494. ISBN 978-0-07-913665-7. 
  15. Grant, Julius (1969). «Francium». Hackh's Chemical Dictionary. McGraw-Hill, σελ. 279–280. ISBN 978-0-07-024067-4. 
  16. «History». Francium. State University of New York at Stony Brook. February 20, 2007. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις February 3, 1999. Ανακτήθηκε στις March 26, 2007. 
  17. Lide, David R., επιμ. (2006). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 11. CRC, σελ. 180–181. ISBN 978-0-8493-0487-3. 
  18. Considine, Glenn D., επιμ. (2005). Francium, in Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. New York: Wiley-Interscience, σελ. 679. ISBN 978-0-471-61525-5. 
  19. 19,0 19,1 19,2 Considine, Glenn D., επιμ. (2005). Chemical Elements, in Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. New York: Wiley-Interscience, σελ. 332. ISBN 978-0-471-61525-5. 
  20. National Nuclear Data Center (1990). «Table of Isotopes decay data». Brookhaven National Laboratory. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις October 31, 2006. Ανακτήθηκε στις April 4, 2007. 
  21. National Nuclear Data Center (2003). «Fr Isotopes». Brookhaven National Laboratory. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις June 30, 2007. Ανακτήθηκε στις April 4, 2007. 
  22. «Production of Francium». Francium. State University of New York at Stony Brook. February 20, 2007. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις October 12, 2007. Ανακτήθηκε στις March 26, 2007. 
  23. 23,0 23,1 «Cooling and Trapping». Francium. State University of New York at Stony Brook. February 20, 2007. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις November 22, 2007. Ανακτήθηκε στις May 1, 2007. 
  24. Orozco, Luis A. (September 30, 2014). Project Closeout Report: Francium Trapping Facility at TRIUMF. U.S. Department of Energy. doi:10.2172/1214938. https://www.osti.gov/servlets/purl/1214938. 
  25. Tandecki, M; Zhang, J.; Collister, R.; Aubin, S.; Behr, J. A.; Gomez, E.; Gwinner, G.; Orozco, L. A. και άλλοι. (2013). «Commissioning of the Francium Trapping Facility at TRIUMF». Journal of Instrumentation 8 (12): P12006. doi:10.1088/1748-0221/8/12/P12006. 
  26. Πρότυπο:Ullmann
  27. 27,0 27,1 «Francium». Los Alamos National Laboratory. 2011. Ανακτήθηκε στις February 19, 2012. 
  28. Winter, Mark. «Electron Configuration». Francium. The University of Sheffield. Ανακτήθηκε στις April 18, 2007. 
  29. Kozhitov, L. V.; Kol'tsov, V. B.; Kol'tsov, A. V. (2003). «Evaluation of the Surface Tension of Liquid Francium». Inorganic Materials 39 (11): 1138–1141. doi:10.1023/A:1027389223381. 
  30. Pauling, Linus (1960). The Nature of the Chemical Bond (Third έκδοση). Cornell University Press, σελ. 93. ISBN 978-0-8014-0333-0. 
  31. Allred, A. L. (1961). «Electronegativity values from thermochemical data». J. Inorg. Nucl. Chem. 17 (3–4): 215–221. doi:10.1016/0022-1902(61)80142-5. 
  32. Andreev, S.V.; Letokhov, V.S.; Mishin, V.I. (1987). «Laser resonance photoionization spectroscopy of Rydberg levels in Fr». Physical Review Letters 59 (12): 1274–76. doi:10.1103/PhysRevLett.59.1274. PMID 10035190. Bibcode1987PhRvL..59.1274A. 
  33. 33,0 33,1 Thayer, John S. (2010). «Chap.10 Relativistic Effects and the Chemistry of the Heavier Main Group Elements». Relativistic Methods for Chemists. Springer, σελ. 81. doi:10.1007/978-1-4020-9975-5_2. ISBN 978-1-4020-9975-5. 
  34. Hyde, E. K. (1952). «Radiochemical Methods for the Isolation of Element 87 (Francium)». J. Am. Chem. Soc. 74 (16): 4181–4184. doi:10.1021/ja01136a066. 
  35. E. N K. Hyde Radiochemistry of Francium, Subcommittee on Radiochemistry, National Academy of Sciences-National Research Council; available from the Office of Technical Services, Dept. of Commerce, 1960.
  36. Maddock, A. G. (1951). «Radioactivity of the heavy elements». Q. Rev. Chem. Soc. 3 (3): 270–314. doi:10.1039/QR9510500270. 
  37. Winter, Mark. «Uses». Francium. The University of Sheffield. Ανακτήθηκε στις March 25, 2007. 
  38. Gagnon, Steve. «Francium». Jefferson Science Associates, LLC. Ανακτήθηκε στις April 1, 2007. 
  39. Haverlock, T. J.; Mirzadeh, S.; Moyer, B. A. (2003). «Selectivity of calix[4]arene-bis(benzocrown-6) in the complexation and transport of francium ion». J Am Chem Soc 125 (5): 1126–7. doi:10.1021/ja0255251. PMID 12553788. 
  40. Gomez, E.; Orozco, L A; Sprouse, G D (November 7, 2005). «Spectroscopy with trapped francium: advances and perspectives for weak interaction studies». Rep. Prog. Phys. 69 (1): 79–118. doi:10.1088/0034-4885/69/1/R02. Bibcode2006RPPh...69...79G. 
  41. Peterson, I. (May 11, 1996). «Creating, cooling, trapping francium atoms». Science News 149 (19): 294. doi:10.2307/3979560. http://www.sciencenews.org/pages/pdfs/data/1996/149-19/14919-06.pdf. Ανακτήθηκε στις September 11, 2009. 


Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Francium της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).