Францій

Відео: # 4 Хімія: Лужні Метали

Франц - 87-й елемент періодичної таблиці.
Історія відкриття
Відкритий Маргарет Пере. Відкриття елементу № 87 (а саме під цим номером значиться францій у таблиці елементів) хіміки усього світу чекали довго - практично сім десятиліть. Справа в тому, що багато осередків періодичної таблиці елементів довго залишилися порожніми, хоча їх фізичні та хімічні властивості були передбаченими заздалегідь.
У 1875 році були відкриті галій (Менделєєв називав його ека-алюмінієм, справедливо вважаючи, що по властивостях він буде схожий на свого сусіда зверху в таблиці елементів), в 1879 році - скандій (ека-бор), а в 1886 році - германій ( ека-кремній).
У статті «Природна система хімічних елементів і застосування її до вказівки властивостей невідкритих елементів», опублікованої в 1871 році, Менделєєв писав: «Потім у десятому ряді можна чекати ще основних елементів, що відносяться до I, II і III груп. Перший з них повинен утворювати оксид R 2 O, другий - RO, а третій - R 2 O 3 перший буде подібний із цезієм, другий - з барієм, а всі їхні оксиди повинні володіти, звичайно, характером енергійних основ ».
Йшли роки, науці ставали відомі все нові і нові елементи, але осередок з номером 87, заброньована за ека-цезієм, продовжувала пустувати, незважаючи на численні спроби вчених ряду країн розшукати її законного власника. І хоча йому вдавалося вислизнути від допитливого погляду дослідників, багато його властивостей, зумовлених «географічним положенням» у періодичній системі, вже були відомі науці.
Так, не викликало сумнівів, що елемент № 87 повинен бути надійним хоронителем лужних «традицій", що міцніють від літію до цезію. Цим обумовлювалася насамперед його висока реакційна здатність (вище, ніж у цезію), в зв`язку з чим він міг бути присутнім у природі лише у вигляді солей, що володіють більшою розчинністю, ніж у всіх інших солей лужних металів. Оскільки від літію до цезію знижувалася температура плавлення (від 180,5 до 28,5 ° С), резонно було думати, що ека-цезій у звичайних умовах повинний подібно ртуті знаходитися в рідкому стані. Для лужних металів (крім літію) характерна ще одна закономірність: чим більше масове число елемента (тобто чим нижче він розташований у періодичній таблиці), тим менше його знаходиться в земній корі. Якщо врахувати, що вже на частку цезію в природі приходиться зовсім небагато атомів, то розташований під ним елемент № 87 міг і зовсім виявитися рідкісним з рідкісних. Нарешті, радіоактивні «нахили» його сусідів праворуч - відкритих наприкінці XIX століття радію й актинію - дозволяли стверджувати, що і ека-цезій повинен мати радіоактивність.
Властивості елемента № 87 визначили два основних напрямки пошуку: одні вчені розраховували знайти його в мінералах лужних металів або в багатих ними водах мінеральних джерел і морів-інші вважали за краще вести розшук на радіоактивних стежках, сподіваючись знайти ека-цезій серед продуктів розпаду сусідніх із ним елементів.
У 1913 році англійський радіохімік Дж. Кренстон повідомив, що він помітив у одного з ізотопів актинію слабке альфа-випромінювання (поряд з характерним для цього ізотопу бета-випромінюванням). Вчений припускав, що при цьому може утворитися ізотоп елементу № 87. Через рік подібні результати були отримані австрійськими радіохіміки Мейером, Гессом і Панетом, що знайшли при дослідах з ізотопом актинію «незвані» альфа-частинки. «Ці частки утворяться при альфа-розпаді звичайно бета-активного 227Ас, - писали вони, - ... продуктом розпаду повинен бути ізотоп елементу № 87». Але припущення - не наукова факт, тим більше, що для сумнівів було чимало підстав: по-перше, помічене альфа-випромінювання було настільки слабким, що не виходило за межі можливих похибок експерименту: по-друге, досліджуваний препарат актинію цілком міг містити домішки, «проживає» поряд протактиния, який здатний випромінювати альфа-частинки і тому міг легко ввести вчених в оману. Хоча ці дослідники, як з`ясувалося пізніше, знаходилися на правильному шляху, до відкриття елементу № 87 було ще далеко - цієї події залишалося чекати рівно чверть століття ...
У 1925 році англієць І. Фріенд вирішив відправитися в Палестину, щоб вивчити води Мертвого моря, багаті лужними металами «Уже кілька років тому, - писав він, - мені спало на думку, що якщо ека-цезій здатний до постійного існування, то його можна буде знайти в Мертвому морі »Ідея ця не позбавлена була змісту, але скільки не намагався вчений знайти рентгеноспектральним аналізом хоча б сліди елементу № 87, бажаних результатів він так і не домігся.
За допомогою спектроскопа намагалися виявити невловимий елемент і багато інших дослідників; адже саме він допоміг відкрити рубідій і цезій - найближчих родичів елементу № 87 в лужному сімействі. Не тільки концентрати морських солей, але і крупиці рідкісних мінералів, зола грибів і попіл сигар, спалений цукор і кістки викопних тварин - здавалося б, всі потенційні власники атомів ека-цезію з`являлися перед об`єктивом спектроскопа, але прилад знову і знову засмучував експериментаторів.
Однак у вчених, що шукали ека-цезій, було не тільки засмучення, але і радість, часто, правда, передчасні: деякі їх «відкриття», яскраво спалахнувши спочатку, при перевірці виявлялися помилковими і тому швидко «закривалися». Так, в 1926 році в пресі з`явилося повідомлення англійських хіміків Дж. Дрюс і Ф. Лоринг про те, що вони нібито спостерігали лінії 87-го елементу на рентгенограмах сульфату марганцю і дали йому назву алкалінові. Через три роки американський фізик Ф. Аллісон опублікував дані своїх магнітооптичних досліджень, що дозволили йому, як він думав, знайти сліди шуканого елементу в малопоширених мінералах лужних металів - самарскита, поллуцита і лепідоліт. На честь свого рідного штату вчений пропонував назвати 87-й Віргінія. У 1931 році його співвітчизникам Дж. Пепішу і Е. Вайнеру начебто вдалося спектроскопическим методом підтвердити наявність ліній Віргінія в самарскита, але незабаром з`ясувалося, що причиною появи незнайомих ліній був дефект кальцитових кристалу, встановленого в спектроскоп, яким користувалися вчені.
У 1937 році румунський хімік Г. Хулубей заявив, що ека-цезій знайдений їм у поллуцита, і запропонував іменувати новий елемент Молдовою. Але ні алкалінію, ні Віргінію, ні Молдавію не довелося зайняти вакантну клітинку в лівому нижньому кутку періодичної таблиці. Продовжували пошуки і прихильники радіоактивного напрямку. Ще в 1925 році одеський хімік Д. Добросердов висловив на сторінках «Українського хімічного журналу» розуміння про фізичні і хімічні властивості ека-цезію, підкресливши, зокрема, що він «неодмінно повинен бути досить радіоактивним елементом». Але вчений при цьому помилково припустив, що радіоактивність калію і рубідію обумовлена домішками 87-го елементу, який він пропонував назвати Руссия, якщо честь відкриття випаде на долю вчених-росіян.
Роком пізніше цікаві результати удалося одержати відомим радіохімік А. Гану (Німеччина) і Д. Хевеши (Угорщина). Ретельне дослідження радіоактивних рядів деяких ізотопів актинію показало, що при альфа-розпаді одного з них утворюється ізотоп ека-цезію, щоправда, з кожного мільйона атомів вихідної речовини можна одержати лише кілька атомів 87-го елементу.
Такою була ситуація в науці до 1938 року, коли в пошуки ека-цезію включилася Маргарет Пере - співробітниця паризького Інституту радію, учениця Марії Склодовської-Кюрі. Перш Пере вирішила повторити вже в той час стародавні експерименти Мейера, Гесса і Панета. Недарма кажуть, що часто в науці «нове - це добре забуте старе». Підтвердженням цього може служити історія відкриття елементу № 87.
Проробивши досліди, Пере, подібно своїм попередникам, знайшла присутність тих же альфа-частинок. Необхідно було довести, що їх джерелом не є домішки протактиния, а актиній. Провівши воістину ювелірне очищення актинію від усіх можливих домішок і «дочірніх продуктів» (тобто продуктів його радіоактивного розпаду), а потім Дослідивши отриманий найчистіший препарат актинію, Пере з`ясувала, що ізотоп цього елементу з масовим числом 227 має «радіоактивну вилку», або, інакше кажучи, здатний розпадатися по двох напрямках - з випромінюванням бета- і альфа-частинок. Правда, «зуби» у цієї вилки виявилися далеко не однаковими: лише в 12 випадках з тисячі ядра актинію випускали альфа-частинки, у всіх же інших випадках вони випромінювали бета-частинки (т. Е. Електрони), перетворюючи в ядра ізотопу торію.
Розрахунок показував, що, викинувши альфа-частинку (тобто ядро гелію), ядро ізотопу актинію «худла» рівно настільки, щоб стати не чим іншим, як ядром ізотопу 87-го елемента. Дійсно, в результаті дослідів з`являвся продукт розпаду актинію з властивостями важкого лужного радіоактивного металу. Це і був ніколи раніше не зафіксований у природі довгоочікуваний ека-цезій, точніше, його ізотоп з масовим числом 223. Так в 1939 році був відкритий один з останніх доурановіх елементів. в честь своєї батьківщини Пере назвала його Францією .
походження назви
Францій від фр. France - батьківщини першовідкрівіча.
отримання
Францій-223 довгий час був єдиним ізотопом, що застосовувався в дослідах по вивченню хімічних властивостей елементу № 87. Тому природно, що хіміки шукали методи прискореного виділення його з 227Ас. У 1953 році М. Перрі та відомий французький радіохімік Ж. Адлов розробили експрес-метод виділення цього ізотопу за допомогою паперової хроматографії.
За цим методом розчин 227Ас, що містить 223Fr, наноситься на кінець паперової стрічки, занурюється в спеціальний розчин. При русі розчину паперовою стрічкою відбувається розподіл на ній радіоелементів. 223Fr, як лужний метал, рухається з фронтом розчинника і відкладається після інших елементів. Пізніше Адлов запропонував використовувати для виділення 223Fr складну органічну сполуку? -тенойлтріфторацетон (TTA). Описаним методом по 10-40 хвилин вдається виділити чистий препарат францію-223. Через малий період напіврозпаду працювати з цим препаратом можна не більше двох годин, після чого утворюється помітна кількість дочірніх продуктів і потрібно або очищати францій від них, або виділяти його заново.
З розвитком техніки прискорення іонів і створенням циклотронів були розроблені нові методи одержання францію. При опроміненні торієвих або уранових мішеней протонами високих енергій утворяться ізотопи францію. Найбільш стійким з них виявився францій-212 з періодом напіврозпаду 19,3 хвилини. За 15 хвилин опромінення 1 г урану пучком протонів з енергією 660 МеВ на синхроциклотрон Лабораторії ядерних проблем Об`єднаного інституту ядерних досліджень в Дубні утворюється 5 • 10-13 г франція-212 з активністю 2,5 • 107 розпадів за хвилину.
Виділення франція з опромінених мішеней - процес досить складний. За дуже короткий час його потрібно виділити з суміші, що містить майже всі елементи періодичної системи. Кілька методик виділення францію з опроміненого урану розроблено радянськими радіохіміки А. К. Лаврухіна, А. А. Познякова і С. С. Батьківщина, а з опроміненого торію - американським радіохімік Е. Хайдом. Виділення франція засноване на осадженні його з нерозчинними солями (перхлоратом або кремневольфраматом цезію) або з вільною кремневольфрамовою кислотою. Час виділення франція цими методами складає 25-30 хвилин. Ще один спосіб отримання франція заснований на реакціях, що відбуваються при опроміненні мішеней зі свинцю, талію або золота багатозарядними іонами бору, вуглецю або неону, прискореними на циклотронах або лінійних прискорювачах. Придатні такі пари «мішень + снаряд»: Pb + B- Tl + C- Au + Ne. Наприклад, францій-212 утворюється при опроміненні золотої фольги іонами неону-22 з енергією 140 МеВ: 79Au197 + 10Ne22 = 89Ac219 = 87Fr 212 + 2He4 + 30n1
Як же здійснюються «алхімічні» процеси XX століття? Найтоншу золоту фольгу (товщиною всього кілька мікронів), вміщену в касету, опромінюють прискореними іонами неону - відбувається ядерна реакція, в результаті чого утворюється ізотоп францію з масовим числом 212. Після півгодинної «артпідготовки» касету з фольгою доставляють у лабораторію, де в захисній шафі за допомогою маніпулятора опромінене золото витягають з касети. Зовні фольга виглядає так само, як і до досвіду-ділі ж вона містить десятки тисяч атомів францію. Відверто кажучи, зовсім не густо, але сучасним ученим найчастіше доводиться мати справу буквально з декількома атомами речовини. Так, елемент № 101 (згодом названий Менделевий) був відкритий американськими вченими, коли у них «в руках» побувало всьго 17 атомів, та й то не одночасно, а в підсумку приблизно дюжини експериментів (по 1-2 в кожному). Так що десятки тисяч атомів - це цілий скарб.
Отже, францій одержаний, але робота з ним тільки починається: адже його треба витягти з золота й очистити від усіх інших осколків розпаду атомних ядер, а вже потім піддати детальному дослідженню. Все це потрібно проробити воістину з «космічної» швидкістю, оскільки період напіврозпаду ізотопу франція, одержуваного при «обстрілі» золота, лише 19 хвилин.
Спочатку фольгу розчиняють у «царській горілці» і за допомогою спеціальних «золотоуловлювачів» видаляють весь дорогоцінний (але зовсім зайвий у даній ситуації) метал. Тепер треба переконатися, що ця операція пройшла успішно: електронні прилади, в основі роботи яких лежить метод мічених атомів, категорично «заявляють», що в розчині немає жодного атома золота. Але все ще не вилучені інші домішки. Якщо вони залишаться, то досліджувати францій безглуздо, тому що картина може бути перекручена і вчені отримають неправдиву інформацію. А відпущений час невблаганно скорочується. Позбавлений золота розчин кілька разів проганяють крізь колонку, заповнену речовиною, жадібно поглинає всі зайві продукти ядерних реакцій і пропускає лише францій. І ось нарешті очищення закінчене. Крапельку розчину розміщують в поглиблення на тефлоновій пластинці й опромінюють могутнім потоком інфрачервоних променів. Через кілька секунд від краплі нічого не залишається. Але випарувався тільки розчин, а атоми францію повинні «лежати» на платівці. Щоб переконатися в цьому, її вставляють в камеру чутливого приладу, де створюється вакуум, і крихітна неонова лампочка сигналізує про те, що францій є. Але чому горить лише одна з багатьох лампочок? Це означає, що францій чистий Якби до нього приєднались сторонні атоми, то загорілися би й інші лампочки. Але, на щастя, непотрібної ілюмінації немає - можна приступати до хімічного дослідження францію. А на цю завершальну і, мабуть, саму стадію експерименту відведені лічені хвилини, інакше від францію залишаться лише спогади. Не випадково вчені в жарт називають такі досліди «хімією на бігу».
Найбільш зручна і швидка методика виділення ізотопів францію з опроміненого золота розроблена радянськими радіохіміки Н. Мальцевої та М. Шалаевськім. Францій екстрагують нітробензол в присутності тетрафенілбората з колонки, заповненого силікагелем.
За допомогою всіх цих методів отримано 18 ізотопів францію з масовими числами від 203 до 213 і від 218 до 224.
За роки, що минули з часу відкриття франція, зроблено безліч дослідів, виконані сотні розрахунків. Сьогодні науці відомі основні фізичні і хімічні властивості цього елемента. Його щільність 1,87 г / см3, температура кипіння близько 670 ° С, а ось щодо точки плавлення франція у вчених немає єдиної точки зору. Справа в тому, що виміряти цю температуру поки не вдається, оскільки наука не в змозі синтезувати францій у вагових колічествах- інакше кажучи, було б що плавити, тоді було б і що вимірювати. Правда, сьогодні радіохіміки вміють працювати і з так званими субмикроскопических кількостями речовини (так, маса вперше отриманого в металевому стані Берклі складала всьго п`яти мільйонних часток грама). Але і тоді результати визначення температури плавлення франція не можна було б вважати точними, тому що чим менше розмір часток речовини, тим нижче точка його плавлення (наприклад, частки золота розміром 0,01 мікрона плавляться ні до 1063 ° С, як властиво золоту, а лише при 887 ° С). Тому шукану характеристику франція вчені отримують лише теоретично - шляхом зіставлення властивостей інших лужних металів, з`ясування існуючої між ними взаємозв`язку і екстраполяції, тобто продовження встановленої графічної залежності в область, для якої немає експериментальних даних. Але цей шлях не дає настільки точних результатів, як сучасні способи вимірювання температури. Звідси і відмінності, що залежать від того, які теоретичні передумови покладені в основу розрахунку.
Хімічні властивості
Теоретично францій повинен бути практично повним хімічним аналогом своїх найближчих сусідів в групі лужних металів - цезію та рубідію. Зокрема, його ступінь окислення в з`єднаннях завжди повинен становити +1, а сам елемент в металевому стані повинно бути найактивнішим з усіх металів. Всі досліди з вивчення хімічних властивостей франція проводилися, звичайно, з ультрамалих кількостями цього елемента. У розчинах було лише 10-13 - 10-9 г франція. При таких концентраціях можуть стати важливими процеси, про які ми зазвичай забуваємо, маючи справу з макрокількостями речовини. Наприклад в цих умовах радіоактивний ізотоп може «загубитися» з розчину, адсорбувавшісь на стінках судин, на поверхні опадів, на можливих домішках ... Тому, здавалося б, вивчаючи властивості франція, варто оперувати більш концентрованими розчинами. Але в цьому випадку виникають нові труднощі через процеси радіолізу і іонізації.
І все ж, незважаючи на всі труднощі, отримані деякі достовірні дані про хімічні властивості францію. Найбільш повно вивчені осадження франція з різними нерозчинними сполуками. Він випадає з розчину разом з хлороплатинати цезію і рубідію Cs2PtCl6 і Rb2PtCl6, хлоровісмутатом Cs2BiCl6, хлоростаннатом Cs2SnCl6 і хлороантімонатом цезію Cs2SbCl6 • 2,5 H2O, а також вільними гетерополікислот - кремневольфрамовою і фосфорновольфрамовою. Францій легко адсорбується на іонообмінних смолах (сульфокатіонітах) з нейтральних і слабокислих розчинів. За допомогою цих смол легко відокремити францій від більшості хімічних елементів. Ось, мабуть, і всі успіхи.
Використання
Звичайно, говорити про будь-яке практичне застосування в техніці і виробництві речовини, тривалість «життя» якої становить близько 22 хв, не доводиться, однак певні завдання в науці францій вже виконує.
Ізотоп 223Fr знаходить обмежене застосування - для визначення 227Ac за? -випромінюванням дочірнього 223Fr, а також для дослідження міграції іонів важких лужних металів в біологічних об`єктах.
Характерне для францію випромінювання дозволяє, наприклад, швидко визначити, чи є в тих чи інших природних об`єктах його «прабатько» актиній. Для медицини безсумнівний інтерес представляє здатність францію накопичуватися в пухлинних тканинах, причому (що особливо важливо) навіть на початкових стадіях захворювання. Завдяки цьому елемент можна використовувати для ранньої діагностики саркоми. Такі досліди вже успішно проведені на щурах. Майбутнє безсумнівно розкриє й інші «здібності» франція, а поки ...

Якісні шафи купе на замовлення ви можете придбати на сайті freestyle.od.ua за доступними цінами.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!