ფრანციუმი

 ქიმიური ელემენტი ატომური რიცხვი 87, ადრე ცნობილი იყო როგორც ეკა-ცეზიუმი და აქტინიუმ K. დღეისათვის იგი იწოდება ფრანციუმად და მისი სიმბოლოა Fr და. მას ყველა ცნობილ ელემენტთა შორის ყველაზე დაბალი ელექტროუარყოფითობა აქვს და მეორე ყველაზე იშვიათი ელემენტია ბუნებაში (ასტატის შემდეგ).

ფრანციუმი მაღალი რადიოაქტიურობის ლითონია და ასტატად, რადიუმად და რადონად იშლება. როგორც ტუტე ლითონს, გარე შრეზე გააჩნია ერთი სავალენტო ელექტრონი. ავლენს დაჟანგვის ხარისხს +1.

ფრანციუმი  მ. პერეის მიერ იქნა აღმოჩენილი 1939 წელს საფრანგეთში (აქედან წარმოდგება მისი სახელი). ის იყო ბოლო ელემენტი, რომელიც აღმოაჩინეს ბუნებაში. მალე იგი მიიღეს სინთეზურადაც. ფრანციუმი ძალიან იშვიათი ელემენტია, იგი კვალის სახით ნაპოვნია ურანისა და თორიუმის საბადოებში, სადაც ფრანციუმ-223 იზოტოპი განუწყვეტლივ განიცდის დაშლას.

ფრანციუმის ბუნებრივი იზოტოპის გარდა, ცნობილია მისი 7 იზოტოპი, ნახევარ დაშლის პერიოდის სხვადასხვა სიდიდით. ფრანციუმის ატომების დაშლა ძირითადად მიმდინარეობს ბეტა ნაწილაკების,  იშვიათად ალფა ნაწილაკების გამოყოფით.

ფრანციუმის იონიზაციის ენერგია 392.811(4) კჯ/მოლი  უმნივნელოდ მეტია ცეზიუმისაზე 375.7041(2) კჯ/მოლი.

ისტორია

1870-იან წლებში ქიმიკოსები ფიქრობდნენ, რომ ცეზიუმის ქვემოთ, ქვეჯგუფში უნდა ყოფილიყო ელემენტი, ატომური ნომრით 87. იგი შემდგომ მოიხსენიებოდა, როგორც ეკაცეზიუმი. სამეცნიერო ჯგუფებმა სცადეს გამოეყოთ ეს გამოტოვებული ელემენტი და სულ ცოტა ოთხი განაცხადი იქნა გაკეთებული მეტალის რეალურ აღმოჩენამდე.

საბჭოთა ქიმიკოსმა დ.კ. დობროსერდოვმა, 1925 წელს პირველმა გამოიკვლია ეკა-ცეზიუმი. მან შეისწავლა კალიუმის და სხვა ტუტე მეტალების სუსტი რადიოაქტივობა და შეცდომით დაასკვნა, რომ ნიმუშში იყო ეკა-ცეზიუმი (ნიმუშის რადიოაქტივობა გამოწვეული იყო კალიუმის ბუნებრივი რადიოიზოტოპ-კალიუმ-40-ით). შემდგომში მან გამოაქვეყნა თეზისები, რომელშიც იგი ვარაუდობდა ეკა-ცეზიუმის თვისებებს, მან ამ ელემენტს უწოდა ”russium”, მშობლიური ქვეყნის სახელი. ამის შემდეგ იგი იწყებს მუშაობას ოდესის პოლიტექნიკურ ინსტიტუტში და აღარ აგრძელებს ელემენტის შემდგომ შესწავლას.

შემდგომ წლებში ინგლისელმა ქიმიკოსებმა გ. დრუსემ (Gerald J. F. Druce) და ფ. ლორინგმა (Frederick H. Loring) შეისწავლეს მანგანუმ(II) სულფატის X-სხივების ფოტოები და აღმოაჩინეს სპექტრალური ხაზი და ივარაუდეს, რომ ეს იყო ეკა-ცეზიუმის დამახასიათებელი სპექტრი. მათ განაცხადეს ელემენტ-87 აღმოჩენის შესახებ და დაარქვეს მას ”alkalinium”-ი, რადგანაც იგი უნდა ყოფილიყო ყველაზე მძიმე ტუტე მეტალი.

1930-1936 წლებში ჩატარებულ იქნა კვლევები, მაგრამ ზუსტად ვერ დადგინდა ელემენტი-87 არსებობა. ეკა-ცეზიუმი აღმოჩენილ იქნა 1939 წელს, საფრანგეთში, პარიზის კიურის ინსტიტუტში - მარგარეტ პერეის მიერ, როდესაც იგი ახდენდა, აქტინიუმ-227-ის ნიმუშის გასუფთავებას. ამ დროს გამოყოფილ იქნა უცნობი ელემენტი, რომელიც ამჟღავნებდა ტუტე მეტალის თვისებებს (ასევე გამოილექებოდა ცეზიუმის მარილებთან ერთად), რამაც დაარწმუნა პერეი, რომ ეს იყო ელემენტი-87. მან ელემენტს ჯერ უწოდა ”cation” (რადგანაც მას ჰქონდა ყველაზე ელექტროდადებითი კატიონი), ხოლო შემდეგ მ. პერეის მიერ შემოთავაზებული იქნა ახალი სახელწოდება ”ფრანციუმი” (საფრანგეთის გამო). ეს სახელი ოფიციალურად დამტკიცებულ იქნა 1949 წელს IUPAC-ის მიერ. მისი სიმბოლო თავდაპირველად იყო Fa, მაგრამ იგი მალევე შეიცვალა Fr-ით. ფრანციუმი იყო ბოლო ელემენტი, რომელიც აღმოჩენილ იქნა ბუნებაში.

გავრცელება

ფრანციუმ-223 წარმოადგენს აქტინიუმ-227-ის ალფა დაშლის პროდუქტს. იგი კვალის სახით ნაპოვნია ურანისა და თორიუმის მინერალებში. ურანის ნიმუშში, ფრანციუმის ყოველ ერთ ატომზე მოდის 1×10¹⁸ ურანის ატომი. იგი დედამიწის ქერქში 30 გ-ზე მეტია მუდმივად. ამის გამო იგი წარმოადგენს მეორე იშვიათ ელემენტს ასტატის შემდეგ.

იზოტოპები

მოცემული ურანიტის ნიმუში მოიცავს ფრანციუმ-223-ის 100,000 ატომს (3.3×10^‑20 გ) ნებისმიერ მოცემულ მომენტში

 

ნეიტრალური ფრანციუმი შეიძლება შეგროვილი იქნას მაგნიტური ველის გამოყენებით ლაზერის ნაკადში

ნეიტრალური ფრანციუმი შეიძლება შეგროვილი იქნას მაგნიტური ველის გამოყენებით ლაზერის ნაკადში

ცნობილია ფრანციუმის 34 იზოტოპი, ატომური მასით 199-დან 232-მდე. მას გააჩნია მეტასტაბილური ბირთვული იზომერი. ბუნებაში გვხვდება მხოლოდ ფრანციუმ-223 და ფრანციუმ-221 იზოტოპები. ფრანციუმ-223 წარმოადგენს უფრო სტაბილურ იზოტოპს (ნახევარდაშლის პერიოდია 21.8წთ). ფრანციუმ-223 წარმოადგენს აქტინიუმის დაშლის სერიის მეხუტე პროდუქტს, როგორც აქტინიუმ-227-ის შვილობილი პროდუქტი. ფრანციუმ-223 შემდგომ b-დაშლით იძლევა რადიუმ-223.

ფრანციუმ-211-ის ნახევარდაშლის პერიოდია 4.8 წთ. იგი წარმოადგენს ნეპტუნის დაშლის სერიის მეცხრე პროდუქტს, როგორც აქტინიუმ-225-ის შვილობილი პროდუქტი. ფრანციუმ-211 შემდგომ ალფა დაშლით გადადის ასტატ-217.

ყველაზე ნაკლებ სტაბილურია იზოტოპი - ფრანციუმ-215, ნახევარდაშლის პერიოდით 0.12 მკწ. მისი მეტასტაბილური იზომერი - ფრანციუმ-215 ნაკლებად მდგრადია. მისი ნახევარდაშლის პერიოდი კი მხოლოდ 3.5 ნწმ.

ქიმიური თვისებები

ფრანციუმი წარმოადგენს ტუტე მეტალს, რომლის ქიმიური თვისებები უფრო მეტად ემსგავსება ცეზიუმს. იგი ყველაზე მძიმე ელემენტია, რომელსაც გააჩნია ერთი სავალენტო ელექტრონი. განსაზღვრული იქნა, რომ ფრანციუმის ლღობის ტემპერატურა 27 °C-მდეა, ხოლო მისი დუღილის ტემპერატურაა 677 °C.

ლ. პოლინგმა დაადგინა, რომ ფრანციუმის ელექტროუარყოფითობა ტოლია 0.7 (პოლინგის შკალის მიხედვით).

ფრანციუმი იხსნება წყალსა და მჟანგველებში, როგორიცაა: HCl, H₂SO₄, HNO₃, H₂S.

არ ილექება H₂S, (NH₄)₂S, NH₄OH, Na₂CO₃, NaOH, H₂O₂-ის მოქმედებით.

ფრანციუმის ძნელად ხსნადი ნაერთებია: FrClO₄, ფრანციუმის პიკრატი C₃H₂(NO₃)₃OFr.

ფრანციუმი გამოილექება ცეზიუმის ზოგიერთ მარილთან ერთად, მაგალითად, ცეზიუმის პიროქლორატთან, რომელიც მცირე რაოდენობით შეიცავს ფრანციუმს. ეს პროცესი შეიძლება გამოვიყენოთ ფრანციუმის იზოლაციისათვის გლენდენინის და ნელსონის მეთოდში. თანაგამოლექვა ხდება ცეზიუმის სხვა მარილების თანაობისასაც, მათ შორის იოდატების, პიკრატების, ტარტრატების (რუბიდიუმის ტარტრატი), ქლორპლატინატის და სილიციუმვოლფრამატის თანაობისას. ფრანციუმის გამოლექვა შეიძლება აგრეთვე სილიციუმვოლფრამ მჟავას და პერქლორმჟავას თანაობისას სხვა ტუტე მეტალების გარეშე. ფრანციუმის თითქმის ყველა მარილი წყალში ხსნადია.

აქტინიუმის შემცველი მადნებიდან მიღებულია სუფთა ფრანციუმის ქლორიდი.

მიღება

ფრანციუმი მიიღება ბირთვული რეაქციის შედეგად:

¹⁹⁷Au + ¹⁸O → ²¹⁰Fr + 5 n

ეს პროცესი შეისწავლა ფიზიკოსმა ს. ბრუკმა და მიიღო იზოტოპები, მასით 209, 210 და 211. იზოტოპის წარმოქმნის სიჩქარე დამოკიდებულია ჟანგბადის ნაკადის ენერგიაზე.

სხვა სინთეზური მეთოდები მოიცავს რადიუმის დაბომბვას ნეიტრონებით და თორიუმის დაბომბვას პროტონებით, ნეიტრონებით და ჰელიუმის იონით. მცირე ნახევარდაშლის პერიოდის გამო ფრანციუმის თვისებების შესწავლა ხდება ნიმუშებზე, რომლებიც მას შეიცავენ უმნიშვნელო რაოდენობით.

გამოყენება

იმის გამო, რომ ფრანციუმი არასტაბილური და იშვიათი ელემენტია, მას არა აქვს კომერციული გამოყენება. იგი შეიძლება გამოყენებული იქნეს კვლევითი მიზნებისათვის ბიოლოგიაში და ასევე ატომურ სტრუქტურაში.

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით