Фра́нций — элемент главной подгруппы первой группы седьмого периода периодический системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 87. Обозначается символом Fr (лат. Francium). Простое вещество франций — радиоактивный щелочной металл, обладающий крайне высокой химической активностью.

История

Этот элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как Эка-цезий), и был открыт (по его радиоактивности) в 1939 г. Маргаритой Перей, сотрудницей Института радия в Париже. Она же дала ему в 1946 г. название в честь своей родины — Франции.

Нахождение в природе

Франций — один из редчайших элементов. Среди элементов, постоянно существующих в земной коре, только астат имеет меньшее содержание. Весь природный франций является радиогенным, его радиоактивный распад компенсируется одновременным возникновением новых атомов франция в качестве промежуточных продуктов распада урана-235 и тория-232. Общее содержание франция в земной коре оценивается в 340 граммов.

Изотопы

На 2012 год известно 34 изотопа франция с массовыми числами 199—232 и 7 метастабильных ядерных изомеров^[1]. В природе (в качестве продуктов радиоактивного распада урана и тория) содержатся два изотопа: ²²³Fr и ²²⁴Fr. Франций-223 (самый долгоживущий из изотопов франция, период полураспада 22,3 минуты) входит в одну из побочных ветвей природного радиоактивного ряда урана-235 и содержится в крайне малых количествах в урановых минералах. Исследования свойств франция проводят с индикаторными количествами нуклида ²²³Fr (менее 10⁻¹⁵ г), так как из-за отсутствия долгоживущих изотопов франций невозможно получить в весовых количествах^[2]. Образуется при альфа-распаде актиния-227:

²²⁷Ac → ²²³Fr (сопровождается α-излучением, вероятность распада приблизительно 1,4 %),

²²⁷Ac → ²²⁷Th (сопровождается β-излучением, вероятность распада около 98,6 %).

Старое название франция-223 — «актиний К» (AcK). По оценкам, его равновесное содержание в земной коре равно 340 г.

Также в одной из побочных ветвей радиоактивного ряда тория содержится франций-224 с периодом полураспада 3,0 минуты. Его равновесное содержание в земной коре составляет лишь 0,5 г.

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:

${\displaystyle {}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{18}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{210}{\textrm {Fr}}+{5}_{0}^{1}{\textrm {n}}}$

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 ²¹⁰Fr и ²¹¹Fr — три минуты, а ²⁰⁹Fr — 50 секунд).

Физические и химические свойства

Франций похож по свойствам на цезий. Всегда сокристаллизуется с его соединениями^[3]. Практически все соединения франция растворимы в воде. Релятивистские эффекты 6p-оболочки делают связь франция с кислородом в супероксидах, например, состава FrO₂, более ковалентной, по сравнению с супероксидами других щелочных металлов^[4].

Так как в распоряжении исследователей имеются лишь мельчайшие образцы, содержащие не более 10⁻⁷ г франция, то сведения о его физических свойствах могут быть определены только путём расчета, основываясь на данных для стабильных щелочных металлов. Согласно таким расчетам, 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^[5].

Франций имеет самую низкую электроотрицательность из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом.

Применение

В настоящее время франций и его соли практического применения не имеют, в связи с малым периодом полураспада и высокой радиоактивностью.