El francio , conocido por un tiempo con los nombres de eka-cesio y actinio K, es el elemento químico de número atómico 87, símbolo Fr. Es un metal alcalino radiactivo de peso atómico 223. Fue nombrado homenaje a Francia por Marguerite Perey .
Es el segundo elemento más raro entre los primeros 92 elementos de la tabla periódica, después de astato : solo hay unos treinta gramos en la corteza terrestre . Esta escasez se debe a su existencia transitoria, producto de la desintegración del actinio . La vida media del isótopo 223 Fr, más estable, es de 22 minutos , luego se convierte por sí solo en radio por desintegración beta o en astato por radiación alfa . Esta doble radiactividad contribuye al hecho de que el astato es incluso más raro que el francio, aunque el astato 210 tiene una vida media más alta (8,1 h) que la del francio 223. El astato también puede provenir del l uranio o el torio, por lo que el francio no se transforma completamente en astato tiene poco que ver con su relativa escasez. En efecto :
Vemos así que la contribución del francio 223 al astato presente en la Tierra es baja.
El francio fue descubierto en 1939 en el Institut Curie de París por Marguerite Perey , purificando lantano que contiene actinio. Este es el último elemento descubierto por primera vez en la naturaleza, antes de ser sintetizado (algunos elementos, como el tecnecio , se descubrieron en la naturaleza después de haber sido sintetizados en el laboratorio).
Desde la década de 1870 , la comunidad de químicos pensó que debía haber un tipo de metal alcalino de número atómico 87, por debajo del cesio en la tabla periódica . Entonces fue conocido con el nombre provisional de eka-cesium. Los equipos de investigación estaban tratando de encontrar y aislar este elemento faltante. Se hicieron al menos cuatro anuncios prematuros de su descubrimiento antes de que se descubriera realmente.
El primer científico en anunciar el descubrimiento de eka-cesio fue el químico ruso DK Dobroserdov. En 1925 , observó rastros de radiactividad en una muestra de potasio (otro metal alcalino) y concluyó que la muestra estaba contaminada por eka-cesio. Luego publicó una tesis sobre sus predicciones sobre las propiedades de este elemento, en la que lo bautizó russium , en honor a su país. Poco después, Dobroserdov comenzó a concentrarse en su carrera docente en el Instituto Politécnico de Odessa y no prosiguió con su trabajo.
Al año siguiente, los químicos ingleses Gerald JF Druce y Frederick H. Loring analizan fotografías de rayos X de sulfato de manganeso . Se dieron cuenta de las líneas espectrales que atribuyeron a eka-cesio. Luego anunciaron el descubrimiento del elemento 87 para el que propusieron el nombre alcalinio , ya que este elemento sería el más pesado de los metales alcalinos.
En 1930 , el profesor Fred Allison del Instituto Politécnico de Alabama anunció el descubrimiento del elemento 87 después de estudiar el efecto magnetoóptico de muestras de polucita y lepidolita . Allison solicitó que el elemento se llamara virginio , el nombre de su estado de nacimiento , y propuso el símbolo Vi y Vm. Sin embargo, en 1934 , el profesor MacPherson de la Universidad de California en Berkeley demostró que este hallazgo era erróneo y estaba relacionado con problemas con el equipo.
En 1936 , el físico rumano Horia Hulubei y su colega francesa Yvette Cauchois también estudiaron la polucita, esta vez utilizando una máquina de espectroscopia de rayos X de alta resolución. Observaron varias líneas de emisión de intensidades débiles que atribuyeron al elemento 87. Hulubei y Cauchois publicaron su descubrimiento y propusieron bautizar el elemento moldavio , con el símbolo Ml, del nombre de Moldavia , provincia donde nació Hulubei. En 1937 , este trabajo fue criticado por el físico estadounidense FH Hirsh Jr. quien rechazó los métodos de Hulubei. Hirsh estaba seguro de que el eka-cesio no existía en la naturaleza y que Hulubei había observado realmente las líneas espectrales de mercurio o bismuto . Hulubei respondió que su equipo y métodos eran demasiado precisos para cometer tal error. Como resultado, Jean Baptiste Perrin , premio Nobel de Física y mentor de Hulubei, apoyó el moldavio como un eka-cesio real, esto a pesar del descubrimiento del francio por Marguerite Perey . Perey continuó refutando el trabajo de Hulubei hasta que el descubrimiento del elemento 87 se le atribuyó solo a él.
Eka-cesium fue realmente descubierto en 1939 por Marguerite Perey en el Institut Curie de París . Luego estaba trabajando en la purificación de una muestra de actinio 227, un elemento que se desintegra con una energía de desintegración de 220 keV . Sin embargo, también notó partículas emitidas con energía muy por debajo de 80 keV . Perey pensó que esta desintegración radiactiva podría deberse a la presencia de un producto de desintegración no identificado, que se eliminaría durante la purificación pero reaparecería debido a la desintegración de los núcleos de actinio. Las pruebas descartaron la posibilidad de presencia de torio , radio , plomo , bismuto o talio . Las propiedades químicas del nuevo producto eran las de un metal alcalino (por ejemplo, coprecipitación con sales de cesio), lo que llevó a Perey a creer que era el elemento 87, el que apareció como resultado de la desintegración de tipo. Α del actinio 227. Perey entonces trató de determinar la proporción de desintegraciones alfa y beta para el actinio 227. Sus primeras pruebas le permitieron estimar la proporción de desintegración alfa en 0,6%, un valor que ella revisó más tarde en 1%.
Perey nombró al nuevo isótopo actinio-K , ahora conocido como francio 223, y en 1946 propuso bautizar el nuevo elemento catio . Sabía que era el elemento más electropositivo de la tabla periódica. Una de las superiores de Perey, Irène Joliot-Curie , se opuso al nombre porque, al oído, parecía tener más a menudo como origen la palabra gato que catión (en inglés cat significa gato). Luego, Perey propuso francio , en homenaje al país en el que se había producido el descubrimiento. Este nombre fue adoptado oficialmente por la Unión Internacional de Químicos en 1949 y se le dio el símbolo Fa, símbolo que fue cambiado poco después a P. Francium fue el último elemento existente descubierto en la naturaleza, después del renio en 1925 . Entre los trabajos de investigación sobre francio que se han llevado a cabo desde entonces, podemos mencionar en particular el realizado por Sylvain Lieberman y su equipo en el CERN en los años setenta y ochenta .
El francio no tiene ningún isótopo estable. Su radioisótopo más estable, el francio 223, tiene una vida media de menos de 22 minutos . En comparación, el segundo elemento menos estable, el astato, tiene una vida media para el isótopo más estable de menos de 8,5 horas . Todos los isótopos del francio se desintegran para formar astato , radio o radón .
El francio es el menos estable de los elementos más ligeros que el seaborgio ( número atómico 106).
El francio es un álcali con propiedades químicas similares a las del cesio . Al ser un elemento pesado con un solo electrón de valencia , es el elemento con mayor masa equivalente. Asimismo, es el elemento conocido con menor electronegatividad , 0,7 en la escala de Pauling (el segundo elemento menos electronegativo es el cesio, 0,79 en la escala de Pauling). Si se pudiera obtener francio líquido, tendría una tensión superficial de 0.050 92 J m -2 a su temperatura de fusión , que es relativamente baja.
El francio coprecipita con varias sales de cesio, como el perclorato de cesio con el que forma pequeñas cantidades de perclorato de francio . La coprecipitación se puede utilizar para aislar francio, adaptando el método de coprecipitación de cesio de Glendenin y Nelson. Precipita en particular con sales de cesio, incluyendo yodato , picrato , tartrato (también precipita con tartrato de rubidio ), cloroplatinato y silicotungstato (en) . También precipita con ácido silicotúngstico y ácido perclórico , posibilitando otras técnicas de separación. La mayoría de las sales de francio son solubles en agua .
Debido a su naturaleza inestable y su rareza, no existe una aplicación comercial de Francium. Solo se utiliza en investigación, tanto en biología como en física atómica . Se imaginó que podría ser una ayuda en el diagnóstico de enfermedades cancerosas , pero esta aplicación resultó imposible.
La capacidad del francio para sintetizarse, confinarse y enfriarse, combinada con su estructura atómica relativamente simple, lo convirtió en un objeto de estudio para experimentos de espectroscopía. Estos experimentos llevaron al descubrimiento de información sobre los niveles de energía y las constantes de acoplamiento entre partículas subatómicas . El estudio de la radiación emitida por iones de francio 210 confinados por láser ha permitido obtener datos precisos sobre las transiciones entre niveles de energía atómica. Los resultados experimentales se acercan a los predichos por la física cuántica .
El francio es el producto de la desintegración de tipo alfa del actinio 227 y existe en pequeñas cantidades en los minerales de uranio y torio . En una muestra dada de uranio, la cantidad de francio presente se estima en un átomo por cada 10 18 átomos de uranio. Además, los cálculos muestran que no habría, permanentemente, más de 30 g de francio en la corteza terrestre . Como tal, es el segundo elemento entre los primeros 92 elementos más raros de la tabla periódica en la corteza terrestre, después de astato .
El francio se puede sintetizar mediante la reacción nuclear 197 Au + 18 O → 210 Fr + 5n. Este proceso de síntesis, desarrollado en la Universidad Estatal de Nueva York , permite obtener isótopos de masas atómicas 209, 210 y 211, que luego pueden aislarse mediante la explotación de un efecto magnetoóptico. Mediante este método, más de mil átomos del elemento se almacenaron juntos durante unos veinte segundos. El francio también se obtuvo en una trampa magnetoóptica en Legnaro, Italia, en el laboratorio LNL del INFN. Otros métodos sintéticos incluyen en particular el bombardeo de átomos de radio por neutrones o el de átomos de torio por protones , o deuterio o helio ionizado . En la actualidad, nunca se ha producido en cantidades significativas.
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