Francio

Francium, tidligere kendt som eka- cæsium og actinium K, er et grundstof med symbolet Fr og atomnummer 87. Dens elektronegativitet er den laveste kendte og er den anden mindst udbredte grundstof i naturen. Francium er et højradioaktivt alkalimetal reagens og opløsning astatin, radium og radon. Ligesom de andre alkalimetaller, har det kun en elektron i sin valensskal.

Marguerite Perey dette element opdaget i 1939. Francium var den sidste grundstof opdaget i naturen, snarere end syntetiseret. Uden for laboratoriet, francium er yderst sjælden, fundet i spormængder i uran malm og thorium, hvor Fr løbende formgivning og gå itu. Mængden af ​​Fr i jordskorpen på et tidspunkt, som muligvis ikke overstige 30 gram; andre isotoper er syntetiske. Mest genvundet noget af sin isotop var en klynge af 10.000 millioner atomer syntetiseret som en ultra-kold gas ved Stony Brook i 1996.

Fysiske og kemiske egenskaber

Francium er mindre stabil end nogen anden bestanddel lettere end nobelium; dens mest stabile isotop, Fr, har en kortere halveringstid på 22 minutter. Astatin, som er den næste mindste stabile element har maksimal halveringstid på 8,5 timer. Alle isotoper af francium henfald til enten astatin, radium og radon.

Francium er et alkalimetal, hvis kemiske egenskaber ligner cæsium. Da det er en meget tung element med en enkelt valenselektron, det har den højeste ækvivalente vægt af alle grundstoffer. Francium har den laveste elektronegativitet af alle kendte elementer, med en værdi på 0,7 på en skala fra Pauling. Det følger cæsium med en værdi på 0,79. Flydende francium, forudsat at de kan opnås, har en overfladespænding på 0,05092 J · m i smeltepunktet.

Francium copræcipitater med flere cæsium salte såsom cæsium perchlorat, der danner små mængder af francium perchlorat. Denne co-udfældning kan anvendes til at isolere francium, tilpasning fældningsmetoden og Nelson Glendenin radioaktivt cæsium. Også co-præcipitater med andre cæsiumsaltene som iodat, picrat, tartrat, chloroplatinate og silicotungstate. Også co-præcipitater med silicowolframsyre og perchlorsyre, uden anden alkalimetal er til stede som bærer, lade andre separationsmetoder til francium. Næsten alle francium salte er vandopløselige.

Applikationer

Der er ingen kommercielle applikationer til francium grund af sin knaphed og ustabilitet. Det er kun blevet anvendt i forskning, inden for biologi og den atomare struktur. Francium mente, der kunne hjælpe til at diagnosticere kræft sygdomme; Imidlertid er denne ansøgning blevet endeligt anset uigennemførlig.

Evnen til at syntetisere francium, fangst og cool, med dens relativt simple atomare struktur har gjort det til genstand for specialiserede spektroskopi eksperimenter. Disse eksperimenter har ført til få mere specifikke oplysninger om den energi niveauer og koblingskonstanter mellem subatomare partikler. Undersøgelser af lyset udsendes af ioner fanget Fr laser har produceret nøjagtige data om overgange mellem atomare energiniveauer. Det har vist sig, at disse eksperimentelle resultater er meget lig dem forudsagt af kvanteteorien.

Historie

Så tidligt som i 1870 mente, kemikere at der skal være et alkalimetal ud cæsium, med et atomnummer på 87. Han kaldes med den foreløbige navn eka- cæsium. Nogle forskerhold forsøgt at finde og isolere det pågældende element og er klar over mindst fire falske offentlige meddelelser, der hævdede at have opdaget det element, før det rent faktisk blev opdaget.

Fejlagtige og ufuldstændige opdagelser

Den russiske kemiker DK Dobroserdov var den første videnskabsmand, der hævdede at have fundet eka- cæsium. I 1925 observerede han svag radioaktivitet i en prøve af kalium, et andet alkalimetal, og konkluderede, at eka- cæsium forurenet prøven. Han udgav en afhandling om sine forudsigelser af egenskaberne af eka- cæsium, hvori han opkaldt elementet med russio navn, til ære for sit hjemland. Kort tid efter begyndte han at fokusere på hans undervisning karriere på Polytechnic Institute of Odessa, helt at opgive deres bestræbelser på at isolere eka- cæsium.

Det følgende år, i 1926, engelske kemikere Gerald JF Druce og Frederick H. Loring analyserede røntgen radiografi mangan sulfat. De observerede spektrallinier tilhørsforhold menes at eka- cæsium. De annoncerede opdagelsen af ​​elementet 87 og foreslog navnet alcalinio for, hvad der ville være den tungeste alkalimetal.

I 1930, professor Fred Allison i Alabama Polytechnic Institute annonceret opdagelsen af ​​elementet 87 analysere pollucite og lepidolit ved hjælp af hans magneto maskine - optik. Allison foreslog Virginio blev opkaldt til ære for sin hjemstat Virginia, samt symbolerne VI og Vm blev brugt. I 1934 dog professor MacPherson fra UC Berkeley underkendte effektiviteten af ​​Allison s enhed og gyldigheden af ​​hans falske opdagelse.

I 1936, rumænsk kemiker Horia Hulubei og hans franske kollega Yvette Cauchois analyserede også pollucite, denne gang ved hjælp af hans røntgen høj opløsning. De observerede flere svage emission linjer ville antages, at på grund af elementet 87. Hulubei og Cauchois annonceret deres opdagelse og foreslog navnet moldavium med symbolet Ml, efter Moldova, den rumænske provins, hvor de gennemførte deres arbejde. I 1937 blev Hulubei arbejde kritiseret af amerikanske fysiker FH Hirsh Jr., der afviste forskningsmetoder i den rumænske kemikalie. Hirsh var sikker på, at eka- cæsium ikke findes i naturen, og at Hulubei havde observeret linjer var på grund af kviksølv eller bismuth. Den rumænske kemiske, dog insisterede på, at hans røntgen apparater og metoder var for korrekt at foretage sådanne fejltagelser. Jean Baptiste Perrin, nobelpristager og Hulubei mentor, godkendte moldavium som den sande eka- cæsium i stedet for den nyopdagede francium af Marguerite Perey. Perey dog ​​løbende kritiseret Hulubei arbejde, indtil hun blev krediteret som den eneste opdageren af ​​elementet 87.

Analyse Perey

Eka-cæsium blev virkelig opdaget i 1939 af Marguerite Perey, Curie Instituttet i Paris, da hun renset en prøve af Ac, som havde en henfald energi på 220 keV. Men Perey advarede i desintegreringsprodukter partikler med en energi niveau under 80 keV. Han mente, at denne aktivitet skal være forårsaget af en tidligere henfald produkt uidentificeret, et særskilt produkt under rensning, men opstod igen ren Ac. Forskellige tests eliminerede muligheden for, at uden thorium, radium, bly, bismuth eller thallium, således er tale om en ukendt element. Det nye produkt viste et alkalimetal egne kemiske egenskaber, som førte til Perey at tro, at han var imod elementet 87, der genereres af alfa henfald af Ac. Perey forsøgte derefter at bestemme andelen af ​​beta henfald og alfa henfald af Ac. Hans første test viste, at alfahenfald nåede 0,6%, et resultat, der blev revideret op til værdien af ​​1%.

Perey udnævnt som ny isotop actinium K, der henvises til, hvad der nu er kendt som Fr, og i 1946 foreslog navnet catio for nyopdagede element, da hun troede det var den mest elektropositive kation af alle grundstoffer. Irène Joliot-Curie, en af ​​vejlederne Perey, indsigelse mod navnet, fordi det syntes at gøre mere henvisning til "kat", som kation. Perey foreslog derefter francium navn som en hyldest til det land, hvor det blev opdaget. Dette navn blev officielt vedtaget af Den Internationale Union af kemikere i 1949, og blev tildelt symbolet Fa, men dette forkortelse blev ændret af Fr kort tid derefter. Francium er den sidste af de elementer, der findes i naturen for at blive opdaget, med den tidligere rhenium i 1925. Yderligere forskning på strukturen af ​​francium blev udført af Sylvain Lieberman og hans team på CERN i årene 70 og 80, blandt andre.

Overflod

Naturlig

Den Fr følge af alfa henfald af Ac og kan findes i spormængder i uran og thorium. I en prøve af uran, anslås det, at der er en francium atom for hver 1 × 10 atomer af uran. Efter astatin, francium er det mindst rigelige element i jordskorpen.

Syntetiseret

Francium kan syntetiseres i kernereaktion:

Denne proces, som er udviklet af Stony Brook Physics, genererer francium isotoper med massen 209, 210 og 211, som kan isoleres på en magneto-optisk fælde. Produktionshastigheden af ​​en bestemt isotop afhænger af stråleenergi oxygen. Den Stony Brook Linac stråle producerer Fr i guld mål med kernereaktion Au + O → Fr + 5n. Produktionen kræver en vis tid til at udvikle og forstå. Dette er afgørende for at betjene guld target lukke dets smeltepunkt og sikre, at deres overflade er meget ren. Den kernereaktion dybt indlejret francium atomer med guld mål, og bør fjernes effektivt. Atomerne diffunderer hurtigt i linsens overflade guld og udgivet som ioner, men dette sker ikke hele tiden. Francium ioner er styret af elektrostatiske linser, indtil de lander på en overflade af varmt yttrium og blive neutral igen. Francium injiceres derefter i en glasampul. Lasere og et magnetfelt til at afkøle og begrænse atomer. Selv atomerne forbliver i fælden med kun omkring 20 sekunder, før de slipper ud, en stadig strøm af frisk atom erstatter den tabte, at holde antallet af indfangede atomer ca. konstant i flere minutter eller længere. De blev oprindelig fanget omkring 1000 francium atomer i forsøget. Dette blev gradvist forbedret, og installationen er i stand til at fange flere end 300.000 neutrale atomer francium tid. Selv om det er neutrale atomer "Metal" er i en tilstand, der ikke anses gas. Francio tilstrækkeligt, at lys udsendt af atomer kan opfanges af et videokamera, når de fluorescerende fanget. Atomerne fremstå som en sfære omkring 1 millimeter i diameter. Dette var første gang, nogen har set francium. Forskere kan nu gøre meget følsomme målinger af lys udsendt og absorberet af atomer fanget, hvilket giver de første eksperimentelle resultater på forskellige overgange mellem atomare energiniveauer i Francium. Indledende målinger viser meget god overensstemmelse mellem de eksperimentelle data og beregninger baseret på kvanteteori. Andre syntesemetoder indbefatter bombardere radium med neutroner og bombardere thorium med protoner, deuteroner eller heliumioner. Francium har ikke været, og vil formentlig ikke blive syntetiseret i mængder store nok til at blive vejet.

Isotoper

34 francium isotoper omfatter atommasser spænder fra 199 til 232. Francium har syv metastabile nukleare isomerer er kendt. Den Fr og Fr er de eneste isotoper, der forekommer i naturen, selv om førstnævnte er langt mere almindelig end sidstnævnte.

FR er den mest stabile med en halveringstid på 21,8 minutter isotop, og forventes ikke at nogensinde blive opdaget eller syntetiseret en isotop af francium med en længere periode. Fr er den femte produkt actinium henfald serie fra AC. Den Fr nedbrydes til frembringelse af Ra betahenfald, med en lavere alfahenfald vej generering af.

Den Fr har en halveringstid på 4,8 minutter. Det er den niende produktet af antallet af henfald af plutonium fra AC. Den Fr opløses efter at generere Ved alfa henfald.

Den mindre stabile isotop i grundtilstanden er Fr, med en halveringstid på 0,12 mikrosekunder. Dens metastabile isomer, Fr, er endnu mindre stabil, med en halveringstid på 3,5 ns.

Forrige artikel Fair viden
Næste artikel Første slag ved Benghazi