Фра́нций (эка-цезий) - элемент главной подгруппы первой группы седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 87. Обозначается символом Fr (лат. Francium). Простое вещество франций (CAS-номер: 7440-73-5) - радиоактивный щелочной металл, обладающий высокой химической активностью.

История

Этот элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как Эка-цезий), и был открыт (по его радиоактивности) в 1939 г. Маргаритой Пере, сотрудницей Института радия в Париже. Она же дала ему в 1964 г. название в честь своей родины - Франции.

Получение

Микроскопические количества франция-223 и франция-224 могут быть химически выделены из минералов урана и тория. Другие изотопы франция получают искусственным путём с помощью ядерных реакций.
Наиболее распространённый способ получения франция путём ядерной реакции: 197 Au + 18 O → 210 Fr + 5n
Интересно, что в данной реакции используется золото. С помощью этой реакции могут быть синтезированы изотопы с массовыми числами 209, 210 и 211. Однако все эти изотопы распадаются быстро (период полураспада 210 Fr и 211 Fr - три минуты, а 209 Fr - за 50 секунд).

Физические и химические свойства

Франций похож по свойствам на цезий. Всегда сокристаллизуется с его соединениями. Так как в распоряжении исследователей имеются лишь мельчайшие образцы, содержащие не более 10 -7 г франция, то сведения о его свойствах известны с достаточно большой погрешностью, однако они все время уточняются. Согласно последним данным, плотность франция при комнатной температуре составляет 1,87 г/см³, температура плавления 27 °C, температура кипения 677 °C, удельная теплота плавления 9,385 кДж/кг.
Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.

К числу вторых - их сосед по периодической системе элемент № 87 - франций.

Франций интересен по двум причинам: во-первых, это самый тяжелый и самый активный щелочной металл; во-вторых, франций можно считать самым неустойчивым из первых ста элементов периодической системы , У самого долгоживущего изотопа франция - 223 Fr - период полураспада составляет всего 22 минуты. Такое редкое сочетание в одном элементе высокой химической активности с низкой ядерной устойчивостью определило трудности в открытии и изучении этого элемента.

Как искали франций

На долю женщин-ученых не так уж часто выпадает счастье открытия новых элементов. Всем известно имя Марии Склодовской-Кюри, которая открыла радий и полоний . Менее известна Ида Ноддак (Такке), обнаружившая рений . Открытие элемента № 87 связано с именем еще одной женщины - француженки Маргариты Пере, кстати, ученицы Марии Склодовской-Кюри. 9 января 1939 г. она заявила об открытии элемента № 87. Вернемся, однако, назад почти на 70 лет и рассмотрим историю открытия этого элемента более подробно.

Возможность существования и основные свойства элемента № 87 были предсказаны Д.И. Менделеевым. В 1871 г. в статье «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов», опубликованной в журнале Русского физико-химического общества, он писал: «Затем в десятом ряду можно ждать еще основных элементов, принадлежащих к I, II и III группам. Первый из них должен образовывать окисел R 2 O, второй - RO, а третий - R 2 O 3 ; первый будет сходен с цезием , второй - с барием , а все их окиси должны обладать, конечно, характером самых энергичных оснований».

Исходя из местоположения экацезия в периодической системе, следовало ожидать, что сам металл будет жидким при комнатной температуре, так как цезий плавится при 28°С. Из-за высокой реакционной способности весь земной экацезий должен бы встречаться только в виде солей, которые по своей растворимости должны превосходить соли остальных щелочных металлов, поскольку при переходе от лития к цезию растворимость солей возрастает.

Однако открыть этот интересный элемент ученым XIX столетия не удалось. После открытия радиоактивных соседей элемента № 87 стало очевидно, что он тоже должен быть радиоактивным. Но и это не прояснило ситуацию.

Ученых, занимавшихся поисками 87-го элемента, условно можно разделить на две большие группы. Первая предполагала существование в природе стабильных или долгоживущих изотопов этого элемента и потому вела поиски его в минералах и концентратах щелочных металлов, в воде морей и океанов, в золе сена и грибов, в патоке и пепле сигар. Вторая группа ученых, ориентируясь на радиоактивность элемента № 87, искала его среди продуктов распада соседних с ним элементов.

При поисках экацезия в воде морей и океанов особый интерес представляла вода Мертвого моря, омывающего земли Палестины. В результате экспедиций было установлено, что в воде этого моря в значительных количествах содержатся ионы щелочных металлов, галогенов и других элементов. «В воде Мертвого моря невозможно утонуть», - сообщали популярные журналы. Английского ученого И. Фриенда, который в июле 1925 г. отправился в эти края, интересовало нечто иное. «Уже несколько лет назад, - писал он, - мне пришло в голову, что если экацезий способен к постоянному существованию, то его можно будет найти в Мертвом море».

Из проб воды удаляли все элементы, кроме щелочных. Хлориды же щелочных металлов разделяли путем дробного осаждения. Хлорид экацезия должен был быть самым растворимым. Однако и проводимый на последнем этапе рентгеноспектральный анализ не позволил обнаружить экацезий.

Тем не менее в литературе вскоре появилось несколько сообщений об открытии 87-го элемента, но все они впоследствии не подтвердились. В 1926 г. английские химики Дж. Дрюс и Ф. Лоринг сообщили, что наблюдали линии экацезия на рентгенограммах сульфата марганца, и предложили для вновь открытого элемента название «алкалиний». В 1929 г. американский физик Ф. Аллисон с помощью в основе своей ошибочного метода магнитооптического анализа обнаружил следы 87-го элемента в редких минералах щелочных металлов - поллуците и лепидолите . Он назвал «свой» элемент виргинием. В 1931 г. американские ученые Дж. Пэпиш и Э. Вайнер вроде бы даже выделили экацезий из минерала самарскита, а в 1937 г. румынский химик Г. Хулубей обнаружил экацезий в минерале поллуците и назвал его молдавием. Но все эти открытия не удалось подтвердить, ибо открыватели алкалиния, Виргиния и Молдавия ни в малой степени не учитывали важнейшего свойства экацезия - его радиоактивности.

Однако неудачи преследовали и вторую группу ученых, занимавшихся поисками 87-го элемента среди продуктов распада радиоактивных семейств. Ни в одном из известных в то время радиоактивных семейств - урана 238 (4n+2), урана-235 (4n+3) и тория-232 (4n) - линии радиоактивных превращений не проходили через изотопы 87-го элемента. Это могло быть по двум причинам: либо элемент № 87 - член отсутствующего ряда (4n+1), либо недостаточно тщательно изучен процесс радиоактивного распада урана-238 или урана-235 на участке радий - полоний. Действительно, уже в самом начале более тщательного изучения ряда урана-238 было обнаружено, что изотоп 214 Bi может распадаться двумя путями: испытывать альфа-распад, превращаясь в 210Т1, или бета-распад, переходя в изотоп 214 Ро. Это явление получило название разветвленного распада, или радиоактивной вилки. Можно было ожидать подобных вилок и на участке радий - полоний.

Первое сообщение об открытии 87-го элемента как продукта радиоактивного распада появилось еще в 1913 г. и принадлежало английскому химику Дж. Крэнстону. Работая с препаратом 228 Ас, он обнаружил наличие у этого изотопа слабого альфа-излучения (помимо известного и ранее бета-излучения). В результате альфа-распада 228 Ас превращается в изотоп 87-го элемента - 224 87 . К сожалению, сообщение Крэнстона осталось незамеченным.

Через год сразу три австрийских радиохимика - Мейер, Гесс и Панет - наблюдали явление разветвленного распада изотопа 227 Ас, принадлежащего к ряду урана-235 (4n+3). Они обнаружили альфа-частицы с длиной пробега в воздухе 3,5 см. «Эти частицы образуются при альфа-распаде обычно бета-активного 227 Ас,- рассуждали они, - ...продуктом распада должен быть изотоп элемента 87».

Однако к выводам этих ученых многие отнеслись с недоверием. Оно было вызвано в основном тем, что наблюдаемая альфа-активность была очень слабой, а это таило в себе возможность ошибки, тем более что препарат актиния-227 мог содержать примесь протактиния, а протактиний способен испускать подобные альфа-частицы.

Наряду с этими экспериментальными работами представляет интерес теоретическое исследование одесского химика Д. Добросердова. В 1925 г. в «Украинском химическом журнале» он опубликовал сообщение, в котором высказал интересные соображения о величине атомного веса, физических и химических свойствах 87-го элемента и о том, где и какими методами следует его искать. В частности, он подчеркнул, что экацезий «непременно должен быть весьма радиоактивным элементом». Однако Добросердов допустил досадную ошибку, предполагая, что известная радиоактивность калия и рубидия объясняется присутствием в них экацезия.

В случае открытия элемента со столь интересными свойствами русскими учеными Добросердов предлагал назвать его руссием.

В следующем году появились сразу две работы: выдающиеся радиохимики О. Ган (Германия) и Д. Хевеши (Венгрия) предприняли попытки доказать присутствие экацезия в радиоактивных рядах. Хевеши изучил альфа- распад 228 Ас и 227 Ас, а также бета-распад эманаций - изотопов радона и показал, что при бета-распаде эманаций изотопы 87-го элемента не образуются, а при распаде актиния-228 если и образуется изотоп 224 87 , то его количество должно составлять менее 1 / 200000 доли исходного количества ядер 228 Ас.

Прошло 12 лет, и в конце 1938 г. к поискам 87-го элемента приступила французский химик Маргарита Пере, сотрудница парижского Института радия. Повторив опыты Мейера, Гесса и Панета, она, естественно, также обнаружила альфа-частицы с пробегом 3,5 см. Чтобы доказать, что эти загадочные частицы испускаются актинием, а не протактинием, Пере очень тщательно очистила актиний от примесей и дочерних продуктов. Соосаждением с гидроокисью четырехвалентного церия она удалила из раствора радиоактиний - изотоп тория; с карбонатом бария были выведены изотопы радия, а с гидроокисью лантана - актиний.

Оставшийся после такой обработки маточный раствор мог содержать только щелочные и аммонийные соли и, как казалось, не должен был быть радиоактивным. Однако в остатке после выпаривания отчетливо регистрировалась бета-активность с периодом полураспада 22 минуты. Стало ясно, что эта активность связана с каким-то щелочным элементом. Можно было предположить, что она возникает в результате альфа-распада актиния и, согласно правилу смещения, принадлежит ядру элемента № 87. Чтобы доказать это, Пере перевела активность в осадок вместе с перхлоратом цезия. Активность полученных кристаллов перхлората цезия также убывала с периодом полураспада 22 минуты.

Таким образом, Пере обнаружила, что в 227 Ас существует радиоактивная вилка: в 1,2% случаев распада при вылете альфа-частиц образуется бета-излучатель со свойствами тяжелого щелочного металла и периодом полураспада 22 минуты:

Долгая и кропотливая работа завершилась успехом, и 9 сентября 1939 г. Пере заявила об открытии элемента № 87. В соответствии с номенклатурой, используемой для естественных радиоэлементов, она выбрала для него название «актиний-К». Позднее, в 1946 г., Пере назвала открытый ею элемент францием в честь своей родины, а в 1949 г. Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) утвердил это название и символ Fr.

Как исследовали франций

Помимо 283 Fr, сейчас известно несколько изотопов элемента № 87. Но только 223 Fr имеется в природе в сколько-нибудь заметных количествах. Пользуясь законом радиоактивного распада, можно подсчитать, что в грамме природного урана содержится 4*10 18 г 223 Fr. А это значит, что в радиоактивном равновесии со всей массой земного урана находится около 500 г франция-223. В исчезающе малых количествах на Земле есть еще два изотопа элемента № 87 - 224 Fr (член радиоактивного семейства тория) и 221 Fr. Естественно, что найти на Земле элемент, мировые запасы которого не достигают килограмма, практически невозможно. Поэтому все исследования франция и его немногих соединений были выполнены на искусственных продуктах.

Франций-223 долгое время был единственным изотопом, который применяли в опытах по изучению химических свойств элемента № 87. Поэтому, естественно, химики искали методы ускоренного выделения его из 227 Ас. В 1953 г. М. Пере и известный ныне французский радиохимик Ж. Адлов разработали экспресс-метод выделения этого изотопа с помощью бумажной хроматографии. По этому методу раствор 227 Ас, содержащий 223 Fr, наносится на конец бумажной ленты, которая погружается в элюирующий раствор. При движении раствора по бумажной ленте происходит распределение по ней радиоэлементов. 223 Fr, будучи щелочным металлом, движется с фронтом растворителя и откладывается позже других элементов. Позднее Адлов предложил использовать для выделения 223 Fr сложное органическое соединение а-теноилтрифторацетон (ТТА). Описанным методом за 10-40 минут удается выделить чистый препарат франция-223. Из-за малого периода полураспада работать с этим препаратом можно не более двух часов, после чего образуется уже заметное количество дочерних продуктов и нужно или очищать франций от них, или выделять его заново.

С развитием техники ускорения ионов были разработаны новые методы получения франция. При облучении торцевых или урановых мишеней протонами высоких энергий образуются и изотопы франция. Самым долгоживущим из них оказался франций-212 с периодом полураспада 19,3 минуты. За 15 минут облучения грамма урана пучком протонов с энергией 660 Мэв на синхроциклотроне Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований в Дубне образуется 5*10 13 г франция-212 с активностью 2,5-107 распадов в минуту.

Выделение франция из облученных мишеней - процесс весьма сложный. За очень короткое время его нужно извлечь из смеси, содержащей почти все элементы периодической системы. Несколько методик выделения франция из облученного урана разработано советскими радиохимиками А.К. Лаврухиной, А.А. Поздняковым я С.С. Родиным, а из облученного тория - американским радиохимиком Э. Хайдом. Выделение франция основано на соосаждении его с нерастворимыми солями (перхлоратом или кремневольфраматом цезия) или со свободной кремневольфрамовой кислотой. Время выделения франция этими методами составляет 25-30 минут.

С помощью всех этих методов получено 27 изотопов франция с массовыми числами от 203 до 229.

Поскольку франций не может быть получен в весомых количествах , его физико-химические константы чаще всего рассчитываются с учетом свойств остальных членов группы щелочных металлов. Вычислили, что температура плавления франция около 8°С, а температура кипения примерно 620°С.

Все опыты по изучению химических свойств франция проводились, естественно, с ультрамалыми количествами этого элемента. В растворах было лишь 10 13 -10 9 г франция. При таких концентрациях могут стать важными процессы, о которых мы обычно забываем, имея дело с макроколичествами вещества. Например, в этих условиях радиоактивный изотоп может «потеряться» из раствора, адсорбировавшись на стенках сосудов, на поверхности осадков, на возможных примесях... Поэтому, казалось бы, изучая свойства франция, следует оперировать более концентрированными растворами. Но в этом случае возникают новые трудности из-за процессов радиолиза и ионизации.

И все же, несмотря на все трудности, получены некоторые достоверные данные о химических свойствах франция. Наиболее полно изучено соосаждение франция с различными нерастворимыми соединениями. Он увлекается из раствора хлороплатинатами цезия и рубидия Cs 2 PtCl 6 и Pb 2 PtCl 6 , хлоровисмутатом Cs 2 BiCl 5 , хлоростаннатом Cs 2 SnCl 6 и хлороантимонатом цезия Cs2SbCl 5 *2,5H 2 0, а также свободными гетерополикислотами - кремневольфрамовой и фосфорновольфрамовой.

Франций легко адсорбируется на ионообменных смолах (сульфокатионитах) из нейтральных и слабокислых растворов. С помощью этих смол легко отделить франций от большинства химических элементов. Вот, пожалуй, и все успехи.

Применение франция

Ожидать широкого использования элемента № 87 на практике, конечно, не приходится. И все же польза от франция есть. Во-первых, с его помощью (по его излучению) можно быстро определять присутствие в природных объектах актиния; во-вторых, франций надеются использовать для ранней диагностики сарком. Проведены предварительные опыты по изучению поведения франция в организме крыс. Было установлено, что франций избирательно накапливается в опухолях, причем и на ранних стадиях заболевания. Эти результаты очень интересны, однако удастся ли использовать их в онкологической практике, покажет лишь будущее.

Элементов Менделеева. К 1925 году он был одним из четырех ненайденных элементов. Это самый тяжелый и наиболее активный существующий в природе, а также это самый быстрый для полураспада существующих химических элементов. Это, а еще невысокая ядерная устойчивость благоприятствовали тому, что продолжительное время было невозможным открытие франция, существование которого был предсказано Менделеевым почти за век до его получения.

История открытия химического элемента франция

Она отличительна тем, что выпала на участь женщины, имя которой Маргарита Пере. Поиски данного вещества основывались на На основе веществ, соседствующих с № 87, выдвигались различные гипотезы о свойствах данного металла:

• из-за того, что соседствующий цезий плавится при комнатной температуре, предполагалось, что 87-й элемент будет также плавиться при малых температурах;
• считалось, что он будет относиться к таким жидким металлам, как цезий или ртуть;
• выдвигались гипотезы о его радиоактивности.

К концу 1938 года к поиску этого вещества подключилась Маргарита Пере. Она акцентировала свое внимание на альфа-частицах, излучаемых актинием. Она хорошо очистила данное вещество от различных примесей, оставив лишь чистый элемент. После продолжительных химических обработок в руках ученой оставался содержащий щелочные соли. Она предполагала, что он не радиоактивен, но после выпаривания хорошо стала заметна бета-активность со временем полураспада 22 минуты. Женщине сразу стало понятно, что такая скорость зависит непосредственно от действия щелочного элемента.

Продолжительная работа Маргариты увенчалась успехом лишь осенью 1939 года. Отталкиваясь от существующей номенклатуры, женщина дала 87-му элементу наименование "Актиний-К", который позже переименовала во франций в память о месте, в котором родилась. Международный союз теоретической и прикладной химии принял наименование, придуманное Маргаритой Пере. Так состоялось открытие франция.

Химический элемент Fr: характеристика

Это самый тяжелый и наиболее активный щелочной металл, существующий в природе, а также это один из самых быстрых для полураспада из существующих химических элементов. Самый долгоживущий из его изотопов можно обнаружить в урановых минералах. Поэтому химический элемент франций очень плохо изучен, так как распадается быстро. Тем более он обладает очень высокой радиоактивностью. Но все же малые количества этого элемента были исследованы, и обнаружены такие свойства:

Это последний химический элемент, открытый в природе. Он относится к самым редким, так как очень неустойчив и быстро распадается. По подсчетам ученых, химический элемент франций присутствует на Земле всего в количестве 30 граммов. Его можно отнести к жидким металлам, но жидкий он ненадолго. Через несколько секунд франций распадается на более устойчивые элементы, в частности получается радий.

Применение франция

Но, несмотря на высокую неустойчивость, этот химический элемент тоже приносит пользу. Он используется, хотя не широко. Прежде всего химический элемент франций полезен для обнаружения в природных объектах актиния. Кроме того, благодаря экспериментам с лабораторными крысами ученые выяснили, что он накапливается в злокачественных опухолях, которые находятся на первой стадии развития. Поэтому его можно использовать для ранней диагностики саркомы. Но исследование этого элемента продолжается. Франций раскрывает ученым все больше своих тайн.

Среди элементов, стоящих в конце периодической системы Д. И. Менделеева, есть такие, о которых много слышали и знают неспециалисты, но есть и такие, о которых мало что сможет рассказать даже химик. К числу первых относятся, например, радон (№ 86) и радий (№ 88). К числу вторых - их сосед по периодической системе элемент № 87 - Франции.

Франции интересен по двум причинам: во-первых, это самый тяжелый и самый активный щелочной металл;

во-вторых, Франции можно считать самым неустойчивым из первых ста элементов периодической системы. У самого долгоживущего изотопа Франция - 223 Fr - период полураспада составляет всего 22 минуты. Такое редкое сочетание в одном элементе высокой химической активности с низкой ядерной устойчивостью определило трудности в открытии и изучении этого элемента.

Как искало Франции

На долю женщин-ученых не часто выпадает счастье открытия новых элементов. Всем известно имя Марии Склодовской-Кюри, которая открыла радий и полоний. Менее известна Ида Ноддак (Такке), обнаружившая рений. Открытие элемента № 87 связано с именем еще одной женщины - француженки Маргариты Пере, кстати, ученицы Марии Склодовской-Кюри. 9 января 1939 года она;

заявила об открытии элемента № 87. Вернемся, однако, назад почти на 70 лет и рассмотрим историю открытия этого элемента более подробно.

Возможность существования и основные свойства элемента № 87 была. предсказаны Д. И. Менделеевым. В 1871 году в статье «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов», опубликованной в журнале Русского физико-химического общества, он писал: «Затем в десятом ряду можно ждать еще основных элементов, принадлежащих к I, II и III группам. Первый из них должен образовывать окисел R2O, второй - RO, а третий - R2О3; первый будет сходен с цезием, второй - с барием, а все их окиси должны обладать, конечно, характером самых энергичных оснований».

Исходя из местоположения экацезия в периодической системе, следовало ожидать, что сам металл будет жидким при комнатной температуре, так как цезий плавится при 28° С. Из-за высокой реакционной способности весь земной экацезий должен бы встречаться только в виде солей, которые по своей растворимости должны превосходить соли остальных щелочных металлов, поскольку при переходе от лития к цезию растворимость солей возрастает. Однако открыть этот интересный элемент ученым XIX столетия не удалось.

После открытия радиоактивных соседей элемента № 87 стало очевидно, что он тоже должен быть радиоактивным. Но и это не прояснило ситуацию.

Ученых, занимавшихся поисками 87-го элемента, условно можно разделить на две большие группы. Первая предполагала существование в природе стабильных или долгоживущих изотопов этого элемента и потому вела поиски его в минералах и концентратах щелочных металлов, в воде морей и океанов, в золе сена и грибов, в патоке и пепле сигар. Вторая группа ученых, ориентируясь на радиоактивность элемента № 87, искала его среди продуктов распада соседних с ним элементов.

При поисках экацезия в воде морей и океанов особый интерес представляла вода Мертвого моря, омывающего земли Палестины. В результате экспедиций было установлено, что в воде этого моря в значительных количествах содержатся ионы- щелочных металлов, галогенов и других, элементов. «В воде Мертвого моря невозможно утонуть», - сообщали популярные журналы. Английского ученого И. Фриенда, который в июле 1925 году отправился в эти края, интересовало нечто иное. «Уже несколько лет назад, - писал он, - мне пришло в голову, что если экацезий способен к постоянному существованию, то его можно будет найти в Мертвом море».

Из проб воды удаляли все элементы, кроме щелочных. Хлориды же щелочных металлов разделяли путем дробного осаждения. Хлорид экацезия должен был быть самым растворимым. Однако и проводимый на последнем этапе рентгеноспектральный анализ не. позволил обнаружить экацезий.

Тем не менее в литературе вскоре появилось несколько сообщений об открытии 87-го элемента, но все они впоследствии не подтвердились. В 1926 году английские химики Дж. Дрюс и Ф. Лоринг сообщили, что наблюдали линии экацезия на рентгенограммах сульфата марганца, и предложили для вновь открытого элемента название «алкалиний». В 1929 году американский физик Ф. Аллисон с помощью в основе своей ошибочного метода магнитооптического анализа обнаружил следы 87-го элемента в редких минералах щелочных металлов - самарските, поллуците и лепидолите. Он назвал «свой» элемент виргинием. В 1931 году американские ученые Дж. Пэпиш и Э. Вайнер вроде бы даже выделили экацезий из минерала самарскита, а в 1937 году румынский химик Г. Хулубей обнаружил экацезий в минерале поллуците и назвал его молдавием. Но все эти открытия не удалось подтвердить, ибо открыватели алкалиния, Виргиния и Молдавия ни в малой степени не учитывали важного свойства экацезия - его радиоактивности.

Однако неудачи преследовали и вторую группу ученых, занимавшихся поисками 87-го элемента среди продуктов распада радиоактивных семейств. Ни в одном из известных в то время радиоактивных семейств - урана-238 (4n + 2), урана-235 (4n + 3) и тория-232 (4n ) - линии радиоактивных превращений не проходили через изотопы 87-го элемента. Это могло быть по двум причинам: либо элемент № 87 - член отсутствующего ряда (4n + 1),

либо недостаточно тщательно изучен процесс радиоактивного распада урана-238 или урана-235 на участке радий-полоний. Действительно, уже в самом начале более тщательного изучения ряда урана-238 было обнаружено, что изотоп 214 Bi может распадаться двумя путями: испытывать альфа-распад, превращаясь в 210 Tl, или бета-распад, переходя в изотоп 214 Ро. Такое явление получило название разветвленного распада или радиоактивной вилки. Можно было ожидать существования подобных вилок и на участке радий-полоний.

Первое сообщение об открытии 87-го элемента как продукта радиоактивного распада появилось еще в 1913 году и принадлежало английскому химику Дж. Крэнстону. Работая с препаратом 227 Ас, он обнаружил наличие у этого изотопа слабого альфа-излучения (помимо известного и ранее бета-излучения). В результате альфа-распада 227 Ас превращается в изотоп 87-го элемента - 224 87. К сожалению, сообщение Крэнстона осталось незамеченным.

Через год сразу три австрийских радиохимика - Мейер, Гесс и Панет - наблюдали явление разветвленного распада изотопа 227 Ас, принадлежащего к ряду урана-235 (4n + 3). Они обнаружили альфа-частицы с длиной пробега в воздухе 3,5 см. «Эти частицы образуются при альфа-распаде обычно бета-активного 227 Ас, - рассуждали они, - ...продуктом распада должен быть изотоп элемента 87».

Однако к выводам этих ученых многие отнеслись с недоверием. Оно было вызвано в основном тем, что наблюдаемая альфа-активность была очень слабой, а это таило в себе возможность ошибки, тем более что препарат актиния-227 мог содержать примесь протактиния, а протактиний способен испускать подобные альфа-частицы.

Наряду с этими экспериментальными работами представляет интерес теоретическое исследование одесского химика Д. Добросердова. В 1925 году в «Украинском химическом журнале» он опубликовал сообщение, в котором высказал интересные соображения о величине атомного веса, физических и химических свойствах 87-го элемента и о том, где и какими методами следует его искать. В частности, он подчеркнул, что экацезий «непременно должен быть весьма радиоактивным элементом». Однако Добросердов допустил досадную ошибку, предполагая, что известная радиоактивность калия и рубидий объясняется присутствием в них экацезия.

В случае открытия элемента со столь интересными свойствами русскими учеными Добросердов предполагал назвать его руссием.

В следующем году появились сразу две работы: выдающиеся радиохимики О. Ган (Германия) и Д. Хевеши (Венгрия) предприняли попытки доказать присутствие экацезия в радиоактивных рядах. Хевеши изучил альфа-распад 228 Ас и 227 Ас, а также бета-распад эманаций - изотопов радона и показал, что при бета-распаде эманаций изотопьг 87-го элемента не образуются, а при распаде ак-тиния-228 если и образуется изотоп 224 87, то его количество должно составлять менее 1 / 200000 доли исходного количества ядер 228 Ас.

Прошло 12 лет, и в конце 1938 года к поискам 87-го элемента приступила французский химик Маргарита Пере, сотрудница парижского Института радия. Повторив опыты Мейера, Гесса и Панета, она, естественно, также обнаружила альфа-частицы с пробегом 3,5 см. Чтобы доказать, что эти загадочные частицы испускаются актинием, а не протактинием, Пере очень тщательно очистила актиний от примесей и дочерних продуктов. Соосаждением с гидроокисью четырехвалентного церия она удалила из раствора радиоактиний - изотоп тория; с карбонатом бария были выведены изотопы радия, а с гидроокисью лантана - актиний.

Оставшийся после такой обработки маточный раствор мог содержать только щелочные и аммонийные соли и, как казалось, не должен был быть радиоактивным. Однако в остатке после выпаривания отчетливо регистрировалась бета-активность с периодом полураспада 22 минуты. Стало ясно, что эта активность связана с каким-то щелочным элементом. Можно было предположить, что она возникает в результате альфа-распада актиния и, согласно правилу смещения, принадлежит ядру элемента № 87. Чтобы доказать это. Пере перевела активность в осадок вместе с перхлоратом цезия. Активность полученных кристаллов перхлората цезия также убывала с периодом полураспада 22 минуты.

Таким образом, Пере обнаружила, что в 227 Ас существует радиоактивная вилка: в 1,2% случаев распада при вылете альфа-частиц образуется бета-излучатель со свойствами тяжелого щелочного металла и периодом полураспада 22 минуты:

Долгая и кропотливая работа завершилась успехом, и 9 сентября 1939 года Пере заявила об открытии элемента № 87. В соответствии с номенклатурой, используемой для естественных радиоэлементов, она выбрала для него название «актиний-К». Позднее, в 1946 году, Пере назвала открытый ею элемент францием в честь своей родины, а в 1949 году Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) утвердил это название и символ Fr.

Как его исследовали

Помимо 223 Fr сейчас известно несколько изотопов элемента № 87. Но только 223 Fr имеется в природе в сколько-нибудь заметных количествах. Пользуясь законом радиоактивного распада, можно подсчитать, что в грамме природного урана содержится 4-10 -18 грамма 223 Fr. А это значит, что в радиоактивном равновесии со всей массой земного урана находится около 500 граммов франция-223. В исчезающе малых количествах на Земле есть еще два изотопа элемента № 87 - 224 Fr (член радиоактивного семейства тория) и 221 Fr. Естественно, что найти на Земле элемент, мировые запасы которого не достигают килограмма, практически невозможно. Поэтому все исследования Франция и его немногих соединений были выполнены на искусственных продуктах.

Франций-223 долгое время был единственным изотопом, который применяли в опытах по изучению химических свойств элемента № 87. Поэтому, естественно, химики искали методы ускоренного выделения его из 227 Ас. В 1953 году М. Пере и известный ныне французский радиохимик Ж. Адлов разработали экспресс-метод выделения этого изотопа с помощью бумажной хроматографии,

По этому методу раствор 227 Ас, содержащий 223 Fr, наносится на конец бумажной ленты, которая погружается в элюирующий раствор. При движении раствора по бумажной ленте происходит распределение по ней радиоэлементов. 223 Fr, будучи щелочным металлом, движется с фронтом растворителя и откладывается позже других элементов. Позднее Адлов предложил использовать для выделения 223 Fr сложное органическое соединение a-тенойлтрифторацетон(ТТА). Описанным методом за 10- 40 минут удается выделить чистый препарат франция-223. Из-за малого периода полураспада работать с этим препаратом можно не более двух часов, после чего образуется уже заметное количество дочерних продуктов и нужно или очищать Франции от них, или выделять его заново.

С развитием техники ускорения ионов и созданием циклотронов были разработаны новые методы получения Франция. При облучении ториевых или урановых мишеней протонами высоких энергий образуются изотопы Франция. Самым долгоживущим из них оказался франций-212 с периодом полураспада 19,3 минуты. За 15 минут облучения грамма урана пучком протонов с энергией 660 Мэв на синхроциклотроне Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований в Дубне образуется 5 10 -13 грамма франция-212 с активностью 2,5 10 7 распадов в минуту.

Выделение Франция из облученных мишеней - процесс весьма сложный. За очень короткое время его нужно извлечь из смеси, содержащей почти все элементы периодической системы. Несколько методик выделения Франция из облученного урана разработано советскими радиохимиками А. К. Лаврухиной, А. А. Поздняковым и С. С. Родиным, а из облученного тория - американским радиохимиком Э. Хайдом. Выделение Франция основано на соосаждении его с нерастворимыми солями (перхлоратом или кремневольфраматом цезия) или со свободной кремневольфрамовой кислотой. Время выделения Франция этими методами составляет 25-30 минут.

Еще один способ получения Франция основан на реакциях, происходящих при облучении мишеней из свинца, таллия или золота многозарядными ионами бора, углерода или неона, ускоренными на циклотронах или линейных ускорителях. Пригодны такие пары мишень- снаряд: Pb + B; Tl + C; Au + Ne. К примеру, франций-212 . образуется при облучении золотой фольги ионами неона-22 с энергией 140 Мэв:

79 197 Au + 10 22 Ne = 89 219 Ac = 87 212 Fr + 2 4 He + 3 0 1 n

Наиболее удобная и быстрая методика выделения изотопов Франция из облученного золота разработана советскими радиохимиками Н. Мальцевой и М. Шалаевским. Франции экстрагируют нитробензолом в присутствии тетрафенилбората из колонки, заполненной силикагелем.

С помощью всех этих методов получено 18 изотопов Франция с массовыми числами от 203 до 213 и от 218 до 224.

Поскольку Франции не может быть получен в весомых количествах, его физико-химические константы чаще всего рассчитываются с учетом свойств остальных членов группы щелочных металлов. Вычислили, что температура плавления Франция около 8°C, а температура кипения примерно 620°С;

Все опыты по изучению химических свойств франция проводились, естественно, с ультрамалыми количествами этого элемента. В растворах было лишь 10 -13 – 10 -9 грамма Франция. При таких концентрациях могут стать важными процессы, о которых мы обычно забываем, имея дело с макроколичествами вещества. Например в этих условиях радиоактивный изотоп может «потеряться» из раствора, адсорбировавшись на стенках сосудов, на поверхности осадков, на возможных примесях... Поэтому, казалось бы, изучая свойства франция, следует оперировать более концентрированными растворами. Но в этом случае возникают новые трудности из-за процессов радиолиза и ионизации.

И все же несмотря на все трудности получены некоторые достоверные данные о химических свойствах Франция. Наиболее полно изучено соосаждение Франция с различными нерастворимыми соединениями. Он увлекается из раствора хлороплатинатами цезия и рубидия Cs2PtCl6 и Rb2PtCl6, хлоровисмутатом Cs2BiCl6, хлоростаннатом Cs2SnCl6 и хлороантимонатом цезия Cs2SbCl6 2,5H2O, а также свободными гетерополикислотами - кремне-вольфрамовои и фосфорновольфрамовой.

Франции легко адсорбируется на ионообменных смолах (сульфокатионитах) из нейтральных и слабокислых растворов. С помощью этих смол легко отделить Франции от большинства химических элементов. Вот, пожалуй, и все успехи.

Ожидать широкого использования элемента № 87 на практике, конечно, не приходится. И все же польза от Франция есть. Во-первых, с его помощью (по его излучению) можно быстро определять присутствие в природных объектах актиния; во-вторых, Франции надеются использовать для ранней диагностики сарком. Проведены предварительные опыты по изучению поведения Франция в организме крыс. Было установлено, что Франции избирательно накапливается в опухолях, причем и на ранних стадиях заболевания. Эти результаты очень интересны, однако удастся ли использовать их в онкологической практике, покажет лишь будущее.

Вещество искали рядом с ним.

Изучали, в основном, минералы. Ученым несколько раз казалось, что они обнаружили металл.

Сначала, радовались химики американского штата Вирджиния, в честь которого и хотели назвать элемент.

Инициативу перехватили ученые Молдовы, тоже решившие, что нашли франций. «Находили» его и в России, именуя руссием.

Но, как видно из итогового названия, открытие металла принадлежит французам, точнее, одной из них – Маргарите Перей.

Она работала в парижском институте Кюри, где и извлекла франций из препарата актиния.

Свойства франция

Актиний – еще один элемент таблицы Менделеева, токсичный, близкий к лантану. Изучая препарат металла, Маргарита Перей обнаружила бета-излучение, не подходившее ни к одному из известных изотопов.

На дворе шел 1939-ый. Франций оставался одним из 4-ех неоткрытых веществ. Период полураспада изотопа, обнаруженного Перей при очистке актиния от радиоактивных продуктов, составлял 21-у минуту.

Изотоп подвергли исследованиям. Свойства вещества полностью совпали с предсказаниями Менделеева, то есть, с параметрами эко-цезия. На исследования ушли почти 10 лет. Франций вписали в таблицу в 1946-ом.

Как уже понятно, франций – элемент таблицы Менделеева с радиоактивными свойствами.

Из-за них металл исследуют в микроскопических количествах, дабы излучение не превышало норму.

Осторожно относиться к францию обязывает и его химическая активность. Из ряда щелочных металлов, к коим относится герой , она самая высокая.

Раз элемент щелочной, значит, располагается в главной подгруппе 1-ой группы таблицы Менделеева. Период седьмой.

Атомный номер франция – 87, соответственна и масса. Степень окисления у металла 1-я, отображается, как +1.

При близости свойств к цезию, стандартный потенциал 87-го элемента более отрицательный.

Это значит, что вещество может быть выделено только на ртутном катоде. Изучение стопорит неустойчивость амальгамы франция, то есть, его соединения с .

Дуэт распадается за считанные минуты, стоит лишь отключить ток. Так что, многие химические свойства самого активного из щелочных металлов провозглашены, так сказать, теоретически, исходя из расчетов, а не опытов.

Франций – элемент , склонный образовывать . Большинство из них легко растворимы в воде.

Исключениями являются: перхлорат, хлороплатинат, пикраткобальтинитрит. Они слаборастворимы.

В контакт 87-ой металл вступает и с гетерополикислотами. Элемент выделяется вместе с ними из кислых растворов.

Образует франций и галогениды. Так называют соединения галогенов, находящихся в главной подгруппе 7-ой группы таблицы Менделеева, с другими элементами.

Среди галогенидов 87-го металла есть летучие, к примеру, хлорид франция . Возгонка начинается при 225-ти градусах на воздухе и при 110-ти в вакууме.

Гораздо ниже температура плавления франция – всего 27 градусов. Закипает вещество при 667-ми по Цельсия.

Высчитанная плотность металла – 1,9 граммов на кубический сантиметр. При этом, все меняется, когда 87-ой элемент проходит полураспад.

Итогом становится превращение франция в изотоп уже другого металла – радия.

Применение франция

Пока, франций интересен науке лишь с теоретической точки зрения. Вещество радиоактивное, быстро распадается, поэтому, работать с ним трудно.

К тому же, франций невозможно получить в больших количествах, а главное, найти в природе. Именно поэтому не увенчались успехом изыскания, связанные с минералами.

Именно поэтому Маргарита Перей обнаружила франций в препаратах актиния, полученных искусственным путем.

В общем, вещество не только опасно, но и дефицитно, поэтому промышленники стараются не прибегать к его «услугам».

В 20-ом веке химический элемент франций , точнее, его хлорид использовали для обнаружения раковых опухолей и их лечения.

У мутировавших клеток непроницаемые мембраны. Кислород не проникает. Внутри начинается брожение глюкозы. Отсюда выплеск энергии, позволяющий опухоли бесконтрольно разрастаться.

У хлорида франция есть свойство проникать сквозь мембраны раковых клеток. Щелочная среда металла приводит Ph в норму, блокирует брожение глюкозы.

Звучит стройно. Но, на это способен и хлорид цезия. Поэтому, медики прекратили тратить дефицитный франций, хоть его эффективность немногим выше.

Добыча франция

Маргарита Перей, когда-то, обнаружила изотоп франция с периодом полураспада в 21-у минуту.

Самый устойчивый изотоп элемента ушел не далеко. Его период полураспада – 22,5 минут.

Такой изотоп можно найти в природных ветвях радиоактивного ряда 235-го урана.

Подобный ряд есть и у тория. Но, в нем находят 224-ый франций с периодом полураспада всего в 3 минуты.

Получается, в земной коре франций, все же, есть. Только вот, количество его столь мало, что запасами это считать не приходиться.

Равновесное содержание 224-го изотопа, к примеру, составляет всего 0,5 граммов.

Равновесным называют относительное массовое содержание вещества в газовой сфере. Общее количество франция в земной коре не превышает 30-ти граммов.

Получают франций, как и в 1940-е, из актиния. Выделить чистый металл не выходит. Из актиния получают только соединения 87-го элемента .

Характеристика франция позволяет отсоединить его ионообменным способом. Разделение проводят на колонке со смолой «Дауэкс-50».

Чистота добытого франция равна 95%. Учитывая, что период полураспада самого «живучего» изотопа составляет 22 минуты, уже через 11 из них количество металла уменьшается вдвое.

Поскольку франций близок по свойствам с цезием, он сокристаллизуется с его соединениями. У цезия есть ряд нерастворимых .

Франций добывают путем соосаждения с ними. Чаще всего берут перхлорат или кремневольфрамат цезия.

Осаждение из растворов проводят в специальных лабораториях, рассчитанных для работы с радиоактивными веществами.

Цена франция

В случае с металлами цену принято устанавливать за грамм. Но, франций – исключение.

Один грамм 87-го элемента количественно сравним с тоннами , , , если ориентироваться на содержание металлов в земной коре.

Поэтому, стоимость франция столь высока, что не объявляется, да, и нужды в этом нет. Как уже говорилось, практическое применение у вещества отсутствует.

Его используют для научных, лабораторных опытов. Но, необходимые микрограммы франция ученые могут добыть сами.

Нет нужды закупать реагент. Поэтому, цена металла столь же теоретическая, как и многие его свойства. Одно из них – стремление растворить самого себя.

Настолько франций радиоактивен и химически подвижен. Возможно, именно поэтому вещества так мало… Не растворил ли 87-ой элемент уже большую часть своих запасов?

Анализируя их, стоит учесть, что франций – самый тяжелый из щелочных металлов. Для образности, представим вату.

Чтобы набрать 30 граммов, нужны большие объемы. Чтобы запастись аналогичным количеством 87-го вещества, хватит крупиц.