Franzium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Fr und Atomnummer 87. Es war früher bekannt als Eka-Cäsium und Actinium K. Es ist einer zwei kleinste electronegative Elemente, der andere, Cäsium seiend. Franzium ist ein hoch radioaktives Metall, das ins Astat, Radium und radon verfällt. Als ein alkalisches Metall hat es ein Wertigkeitselektron.

Hauptteil-Franzium ist nie angesehen worden. Wegen des allgemeinen Äußeren der anderen Elemente in seiner Periodensystem-Säule wird es angenommen, dass Franzium als ein hoch reflektierendes Metall erscheinen würde, wenn genug zusammen gesammelt werden konnte, um als ein Hauptteil fest oder Flüssigkeit angesehen zu werden. Jedoch Vorbereitung solch einer Probe ist unmöglich, da die äußerste Hitze des Zerfalls (ist seine längste isotopic Hälfte des Lebens nur 22 Minuten), jede viewable Menge des Elements sofort verdunsten würde.

Franzium wurde von Marguerite Perey in Frankreich entdeckt (von dem das Element seinen Namen nimmt) 1939. Es war das letzte Element, das in der Natur, aber nicht durch die Synthese entdeckt ist. Außerhalb des Laboratoriums ist Franzium mit Spur-Beträgen äußerst selten, die in Uran und Thorium-Erzen, wo das Isotop-Franzium 223 ständig Formen und Zerfall gefunden sind. Nur bestehen 20-30 g (eine Unze) zu jeder vorgegebenen Zeit überall in der Kruste der Erde; die anderen Isotope sind völlig synthetisch. Der größte im Laboratorium erzeugte Betrag war eine Traube von mehr als 300,000 Atomen.

Eigenschaften

Franzium ist von den natürlich vorkommenden Elementen am meisten nicht stabil: Sein stabilstes Isotop, Franzium 223, hat eine maximale Halbwertzeit von nur 22 Minuten. Im Gegensatz hat Astat, das zweite am wenigsten stabile natürlich vorkommende Element, eine maximale Halbwertzeit von 8.5 Stunden. Alle Isotope des Franziums verfallen entweder ins Astat, Radium oder in radon. Franzium ist auch weniger stabil als alle synthetischen Elemente bis zum Element 105.

Franzium ist ein alkalisches Metall, dessen chemische Eigenschaften größtenteils denjenigen von Cäsium ähneln. Ein sehr schweres Element mit einem einzelnen Wertigkeitselektron, es hat das höchste gleichwertige Gewicht jedes Elements. Flüssiges Franzium — wenn solch eine Substanz geschaffen werden sollte — sollte eine Oberflächenspannung von 0.05092 N/m an seinem Schmelzpunkt haben. Wie man forderte, war der Schmelzpunkt des Franziums berechnet worden, um ungefähr 27 °C (80 °F, 300 K) zu sein. Jedoch ist der Schmelzpunkt wegen der äußersten Seltenheit und Radioaktivität des Elements unsicher. So ist der geschätzte Siedepunkt-Wert von 677 °C (1250 °F, 950 K) auch unsicher. Weil radioaktive Elemente Hitze abgeben, würde Franzium fast sicher eine Flüssigkeit sein, wenn genug erzeugt werden sollten.

Linus Pauling hat die Elektronegativität des Franziums an 0.7 auf der Skala von Pauling, dasselbe als Cäsium geschätzt; der Wert für Cäsium ist zu 0.79 seitdem raffiniert worden, obwohl es keine experimentellen Angaben gibt, um eine Verbesserung des Werts für das Franzium zu erlauben. Franzium hat eine ein bisschen höhere Ionisationsenergie als Cäsium, 392.811 (4) kJ/mol im Vergleich mit 375.7041 (2) kJ/mol für Cäsium, wie von relativistischen Effekten erwartet würde, und würde das andeuten, dass Cäsium weniger electronegative der zwei ist.

Franzium coprecipitates mit mehreren Cäsium-Salzen, wie Cäsium perchlorate, der auf kleine Beträge des Franziums perchlorate hinausläuft. Dieser coprecipitation kann verwendet werden, um Franzium, durch die Anpassung des radiocaesium coprecipitation Methode von Glendenin und Nelson zu isolieren. Es wird zusätzlich coprecipitate mit vielen anderen Cäsium-Salzen, einschließlich des iodate, des picrate, der tartrate (auch Rubidium tartrate), der chloroplatinate und der silicotungstate. Es auch coprecipitates mit silicotungstic Säure, und mit perchloric Säure, ohne ein anderes alkalisches Metall als ein Transportunternehmen, das andere Methoden der Trennung zur Verfügung stellt. Fast alle Franzium-Salze sind wasserlöslich.

Anwendungen

Wegen seiner Instabilität und Seltenheit gibt es keine kommerziellen Anwendungen für das Franzium. Es ist zu Forschungszwecken in den Feldern der Biologie verwendet worden

und des Atombaus. Sein Gebrauch als eine potenzielle diagnostische Hilfe für verschiedene Krebse ist auch erforscht worden, aber diese Anwendung ist unpraktisch gehalten worden.

Die Fähigkeit des Franziums, synthetisiert zu werden, hat Fallen gestellt und ist kühl geworden, zusammen mit seinem relativ einfachen Atombau haben es das Thema von Spezialspektroskopie-Experimenten gemacht. Diese Experimente haben zu spezifischerer Information bezüglich Energieniveaus und der Kopplungskonstanten zwischen subatomaren Partikeln geführt. Studien auf dem Licht, das durch das lasergefangene Franzium ausgestrahlt ist, das 210 Ionen genauen Daten auf Übergängen zwischen Atomenergie-Niveaus zur Verfügung gestellt haben, die denjenigen ziemlich ähnlich sind, die durch die Quant-Theorie vorausgesagt sind.

Geschichte

Schon in 1870 haben Chemiker gedacht, dass es ein alkalisches Metall außer Cäsium, mit einer Atomnummer 87 geben sollte. Darauf wurde dann durch das provisorische Nameneka-Cäsium verwiesen. Forschungsmannschaften haben versucht, dieses fehlende Element ausfindig zu machen und zu isolieren, und mindestens vier unberechtigte Forderungen wurden gemacht, dass das Element gefunden worden war, bevor eine authentische Entdeckung gemacht wurde.

Falsche und unvollständige Entdeckungen

Sowjetischer Chemiker D. K. Dobroserdov war der erste Wissenschaftler, um zu behaupten, Eka-Cäsium oder Franzium gefunden zu haben. 1925 hat er schwache Radioaktivität in einer Probe des Kaliums, eines anderen alkalischen Metalls beobachtet, und hat falsch beschlossen, dass Eka-Cäsium die Probe verseuchte (die Radioaktivität von der Probe war wirklich das natürlich vorkommende Kalium-Radioisotop, Kalium 40). Er hat dann eine These auf seinen Vorhersagen der Eigenschaften von Eka-Cäsium veröffentlicht, in dem er das Element russium nach seinem Heimatland genannt hat. Kurz danach hat Dobroserdov begonnen, sich auf seine lehrende Karriere am Polytechnikum von Odessa zu konzentrieren, und er hat das Element weiter nicht verfolgt.

Im nächsten Jahr haben englische Chemiker Gerald J. F. Druce und Frederick H. Loring Röntgenstrahl-Fotographien von Mangan (II) Sulfat analysiert. Sie haben geisterhafte Linien beobachtet, die sie gewagt haben, um Eka-Cäsiums zu sein. Sie haben ihre Entdeckung des Elements 87 bekannt gegeben und haben den Namen alkalinium vorgeschlagen, weil es das schwerste alkalische Metall sein würde.

1930 hat Fred Allison vom Alabama Polytechnikum behauptet, Element 87 entdeckt zu haben, als er pollucite und lepidolite das Verwenden seiner mit dem Magnetzünder optischen Maschine analysiert hat. Allison hat gebeten, dass es virginium nach seinem Hausstaat von Virginia, zusammen mit den Symbolen Vi und Vm genannt wird. 1934, jedoch, hat H.G. MacPherson von UC Berkeley die Wirksamkeit des Geräts von Allison und die Gültigkeit dieser falschen Entdeckung widerlegt.

1936 haben rumänischer Physiker Horia Hulubei und sein französischer Kollege Yvette Cauchois auch pollucite dieses Mal mit ihrem hochauflösenden Röntgenstrahl-Apparat analysiert. Sie haben mehrere schwache Emissionslinien beobachtet, die sie gewagt haben, um diejenigen des Elements 87 zu sein. Hulubei und Cauchois haben ihre Entdeckung gemeldet und haben den Namen moldavium, zusammen mit dem Symbol Ml, nach Moldavia, die rumänische Provinz vorgeschlagen, wo Hulubei geboren gewesen ist. 1937 wurde die Arbeit von Hulubei vom amerikanischen Physiker F. H. Hirsh der Jüngere kritisiert., wer die Forschungsmethoden von Hulubei zurückgewiesen hat. Hirsh war sicher, dass Eka-Cäsium in der Natur nicht gefunden würde, und dass Hulubei stattdessen Quecksilber oder Wismut-Röntgenstrahl-Linien beobachtet hatte. Hulubei hat jedoch darauf bestanden, dass sein Röntgenstrahl-Apparat und Methoden zu genau waren, um solch einen Fehler zu machen. Wegen dessen, Jean Baptiste Perrins, Nobelpreisträgers und des Mentors von Hulubei, gutgeheißener moldavium als das wahre Eka-Cäsium über das kürzlich entdeckte Franzium von Marguerite Perey. Perey hat jedoch unaufhörlich die Arbeit von Hulubei kritisiert, bis sie als der alleinige Entdecker des Elements 87 geglaubt wurde.

Die Analyse von Perey

Eka-Cäsium wurde 1939 von Marguerite Perey vom Curie-Institut in Paris, Frankreich entdeckt, als sie eine Probe des Actiniums 227 gereinigt hat, der, wie man berichtet hatte, eine Zerfall-Energie von 220 keV gehabt hatte. Jedoch hat Perey Zerfall-Partikeln mit einem Energieniveau unter 80 keV bemerkt. Perey hat gedacht, dass diese Zerfall-Tätigkeit durch ein vorher unbekanntes Zerfall-Produkt, dasjenige verursacht worden sein könnte, das während der Reinigung getrennt wurde, aber ist wieder aus dem reinen Actinium 227 erschienen. Verschiedene Tests haben die Möglichkeit des unbekannten Elements beseitigt, das Thorium, Radium, Leitung, Wismut oder Thallium ist. Das neue Produkt hat chemische Eigenschaften eines alkalischen Metalls ausgestellt (wie coprecipitating mit Cäsium-Salzen), der Perey dazu gebracht hat zu glauben, dass es Element 87, verursacht durch den Alpha-Zerfall des Actiniums 227 war. Perey hat dann versucht, das Verhältnis des Beta-Zerfalls zum Alpha-Zerfall im Actinium 227 zu bestimmen. Ihr erster Test hat das Alpha gestellt, das sich an 0.6 %, eine Zahl verzweigt, die sie später zu 1 % revidiert hat.

Perey hat das neue Isotop-Actinium-K (jetzt gekennzeichnet als Franzium 223) und 1946 genannt, sie hat den Namen catium für ihr kürzlich entdecktes Element vorgeschlagen, weil sie geglaubt hat, dass es der grösste Teil von electropositive cation von den Elementen war. Irène Joliot-Curie, einer der Oberaufseher von Perey, hat dem Namen wegen seiner Konnotation der Katze aber nicht cation entgegengesetzt. Perey hat dann Franzium nach Frankreich vorgeschlagen. Dieser Name wurde von der Internationalen Vereinigung der Reinen und Angewandten Chemie 1949 offiziell angenommen, das zweite Element nach nach Frankreich zu nennendem Gallium werdend. Es wurde das Symbol Fa zugeteilt, aber diese Abkürzung wurde zu aktuellem Fr kurz danach revidiert. Franzium war das letzte Element, das in der Natur entdeckt ist, aber nicht hat im Anschluss an Rhenium 1925 synthetisiert. Die weitere Forschung in die Struktur des Franziums wurde durch, unter anderen, Sylvain Lieberman und seiner Mannschaft an CERN in den 1970er Jahren und 1980er Jahren ausgeführt.

Ereignis

Natürlich

Franzium 223 ist das Ergebnis des Alpha-Zerfalls des Actiniums 227 und kann in Spur-Beträgen in Uran und Thorium-Mineralen gefunden werden. In einer gegebenen Probe von Uran, dort wird geschätzt, nur ein Franzium-Atom für jeden 1 × 10 Uran-Atome zu sein. Es wird auch berechnet, dass es höchstens 30 g des Franziums in der Kruste der Erde jederzeit gibt.

Synthetisiert

Franzium kann in der Kernreaktion synthetisiert werden:

:Au + O  Fr + 5 n

Dieser Prozess, der durch die Steinige Bach-Physik entwickelt ist, gibt Franzium-Isotope mit Massen 209, 210, und 211 nach, die dann durch die mit dem Magnetzünder optische Falle (MOT) isoliert werden. Die Produktionsrate eines besonderen Isotops hängt von der Energie des Sauerstoff-Balkens ab. Ein O Balken vom Steinigen Bach LINAC schafft Fr im Goldziel mit der Kernreaktion Au + O = Fr + 5n. Die Produktion hat verlangt, dass sich eine Zeit entwickelt und verstanden hat. Es war kritisch, das Goldziel sehr in der Nähe von seinem Schmelzpunkt zu bedienen und sicherzustellen, dass seine Oberfläche sehr sauber war. Die Kernreaktion bettet die Franzium-Atome tief im Goldziel ein, und sie müssen effizient entfernt werden. Die Atome verbreiten sich schnell zur Oberfläche des Goldziels und werden als Ionen veröffentlicht; jedoch geschieht das jedes Mal nicht. Die Franzium-Ionen werden durch elektrostatische Linsen geführt, bis sie in eine Oberfläche von heißem Yttrium landen und neutral wieder werden. Das Franzium wird dann in ein Glasfässchen eingespritzt. Ein magnetisches Feld und Laserbalken kühlen ab und beschränken die Atome. Obwohl die Atome in der Falle seit nur ungefähr 20 Sekunden vor dem Entgehen bleiben (oder das Verfallen), ersetzt ein unveränderlicher Strom von frischen Atomen diejenigen, die verloren sind, die Zahl von gefangenen Atomen grob haltend, unveränderlich seit Minuten oder länger. Am Anfang wurden ungefähr 1000 Franzium-Atome im Experiment gefangen. Das wurde allmählich verbessert, und die Einstellung ist dazu fähig, mehr als 300,000 neutrale Atome des Franziums eine Zeit zu fangen. Obwohl das neutrale "metallische" Atome sind ("Franzium-Metall"), sind sie in einem gasartigen ungeeinigten Staat. Genug Franzium wird gefangen, dass eine Videokamera das Licht gewinnen kann, das durch die Atome als sie fluoresce abgegeben ist. Die Atome erscheinen als ein glühender Bereich ungefähr 1 Millimeter im Durchmesser. Das war das allererste Mal, dass jeder jemals Franzium gesehen hatte. Die Forscher können jetzt äußerst empfindliche Maße des Lichtes ausgestrahlt und gefesselt von den gefangenen Atomen machen, die ersten experimentellen Ergebnisse auf verschiedenen Übergängen zwischen Atomenergie-Niveaus im Franzium zur Verfügung stellend. Anfängliche Maße zeigen sehr gute Abmachung zwischen experimentellen Werten und auf der Quant-Theorie gestützten Berechnungen. Andere Synthese-Methoden schließen Bombardieren-Radium mit Neutronen und das Bombardieren des Thoriums mit Protonen, deuterons, oder Helium-Ionen ein. Franzium ist in Beträgen nicht synthetisiert worden, die groß genug sind, um zu wiegen.

Isotope

Es gibt 34 bekannte Isotope des Franziums, das sich in der Atommasse von 199 bis 232 erstreckt. Franzium hat sieben metastable Kernisomers. Franzium 223 und Franzium 221 ist die einzigen Isotope, die in der Natur vorkommen, obwohl der erstere viel üblicher ist.

Franzium 223 ist das stabilste Isotop mit einer Halbwertzeit von 21.8 Minuten, und es ist hoch unwahrscheinlich, dass ein Isotop des Franziums mit einer längeren Halbwertzeit jemals entdeckt oder synthetisiert wird. Franzium 223 ist das fünfte Produkt der Actinium-Zerfall-Reihe als das Tochter-Isotop des Actiniums 227. Franzium 223 dann Zerfall in Radium 223 durch den Beta-Zerfall (verfallen 1149 keV Energie), mit einem geringen (0.006 %) Alpha-Zerfall-Pfad zum Astat 219 (5.4 Zerfall-Energie von MeV).

Franzium 221 hat eine Halbwertzeit von 4.8 Minuten. Es ist das neunte Produkt der Neptunium-Zerfall-Reihe als ein Tochter-Isotop des Actiniums 225. Franzium 221 dann Zerfall ins Astat 217 durch den Alpha-Zerfall (verfallen 6.457 MeV Energie).

Das am wenigsten stabile Boden-Zustandisotop ist Franzium 215, mit einer Halbwertzeit von 0.12 μs. (9.54 Alpha-Zerfall von MeV zum Astat 211): Sein metastable isomer, Franzium-215m, ist noch mit einer Halbwertzeit von nur 3.5 ns weniger stabil.

Siehe auch

Kommentare

Links

• WebElements.com - Franzium
• Steinige Bach-Universität Physik-Abteilung