แฟรนเซียม

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
แฟรนเซียม
ไฮโดรเจน (อโลหะวาเลนซ์เดียว)
ฮีเลียม (แก๊สมีตระกูล)
ลิเทียม (โลหะแอลคาไล)
เบริลเลียม (โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท)
โบรอน (ธาตุกึ่งโลหะ)
คาร์บอน (อโลหะหลายวาเลนซ์)
ไนโตรเจน (อโลหะวาเลนซ์เดียว)
ออกซิเจน (อโลหะวาเลนซ์เดียว)
ฟลูออรีน (อโลหะวาเลนซ์เดียว)
นีออน (แก๊สมีตระกูล)
โซเดียม (โลหะแอลคาไล)
แมกนีเซียม (โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท)
อะลูมิเนียม (โลหะหลังทรานซิชัน)
ซิลิกอน (ธาตุกึ่งโลหะ)
ฟอสฟอรัส (อโลหะหลายวาเลนซ์)
กำมะถัน (อโลหะหลายวาเลนซ์)
คลอรีน (อโลหะวาเลนซ์เดียว)
อาร์กอน (แก๊สมีตระกูล)
โพแทสเซียม (โลหะแอลคาไล)
แคลเซียม (โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท)
สแกนเดียม (โลหะทรานซิชัน)
ไทเทเนียม (โลหะทรานซิชัน)
วาเนเดียม (โลหะทรานซิชัน)
โครเมียม (โลหะทรานซิชัน)
แมงกานีส (โลหะทรานซิชัน)
เหล็ก (โลหะทรานซิชัน)
โคบอลต์ (โลหะทรานซิชัน)
นิกเกิล (โลหะทรานซิชัน)
ทองแดง (โลหะทรานซิชัน)
สังกะสี (โลหะทรานซิชัน)
แกลเลียม (โลหะหลังทรานซิชัน)
เจอร์เมเนียม (ธาตุกึ่งโลหะ)
สารหนู (ธาตุกึ่งโลหะ)
ซีลีเนียม (อโลหะหลายวาเลนซ์)
โบรมีน (อโลหะวาเลนซ์เดียว)
คริปทอน (แก๊สมีตระกูล)
รูบิเดียม (โลหะแอลคาไล)
สตรอนเชียม (โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท)
อิตเทรียม (โลหะทรานซิชัน)
เซอร์โคเนียม (โลหะทรานซิชัน)
ไนโอเบียม (โลหะทรานซิชัน)
โมลิบดีนัม (โลหะทรานซิชัน)
เทคนีเชียม (โลหะทรานซิชัน)
รูทีเนียม (โลหะทรานซิชัน)
โรเดียม (โลหะทรานซิชัน)
แพลเลเดียม (โลหะทรานซิชัน)
เงิน (โลหะทรานซิชัน)
แคดเมียม (โลหะทรานซิชัน)
อินเดียม (โลหะหลังทรานซิชัน)
ดีบุก (โลหะหลังทรานซิชัน)
พลวง (ธาตุกึ่งโลหะ)
เทลลูเรียม (ธาตุกึ่งโลหะ)
ไอโอดีน (อโลหะวาเลนซ์เดียว)
ซีนอน (แก๊สมีตระกูล)
ซีเซียม (โลหะแอลคาไล)
แบเรียม (โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท)
แลนทานัม (แลนทานอยด์)
ซีเรียม (แลนทานอยด์)
เพรซีโอดิเมียม (แลนทานอยด์)
นีโอดิเมียม (แลนทานอยด์)
โพรมีเทียม (แลนทานอยด์)
ซาแมเรียม (แลนทานอยด์)
ยูโรเพียม (แลนทานอยด์)
แกโดลิเนียม (แลนทานอยด์)
เทอร์เบียม (แลนทานอยด์)
ดิสโพรเซียม (แลนทานอยด์)
โฮลเมียม (แลนทานอยด์)
เออร์เบียม (แลนทานอยด์)
ทูเลียม (แลนทานอยด์)
อิตเทอร์เบียม (แลนทานอยด์)
ลูทีเทียม (แลนทานอยด์)
ฮาฟเนียม (โลหะทรานซิชัน)
แทนทาลัม (โลหะทรานซิชัน)
ทังสเตน (โลหะทรานซิชัน)
รีเนียม (โลหะทรานซิชัน)
ออสเมียม (โลหะทรานซิชัน)
อิริเดียม (โลหะทรานซิชัน)
แพลตทินัม (โลหะทรานซิชัน)
ทองคำ (โลหะทรานซิชัน)
ปรอท (โลหะทรานซิชัน)
แทลเลียม (โลหะหลังทรานซิชัน)
ตะกั่ว (โลหะหลังทรานซิชัน)
บิสมัท (โลหะหลังทรานซิชัน)
พอโลเนียม (โลหะหลังทรานซิชัน)
แอสทาทีน (ธาตุกึ่งโลหะ)
เรดอน (แก๊สมีตระกูล)
แฟรนเซียม (โลหะแอลคาไล)
เรเดียม (โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท)
แอกทิเนียม (แอกทินอยด์)
ทอเรียม (แอกทินอยด์)
โพรแทกทิเนียม (แอกทินอยด์)
ยูเรเนียม (แอกทินอยด์)
เนปทูเนียม (แอกทินอยด์)
พลูโทเนียม (แอกทินอยด์)
อะเมริเซียม (แอกทินอยด์)
คูเรียม (แอกทินอยด์)
เบอร์คีเลียม (แอกทินอยด์)
แคลิฟอร์เนียม (แอกทินอยด์)
ไอน์สไตเนียม (แอกทินอยด์)
เฟอร์เมียม (แอกทินอยด์)
เมนเดลีเวียม (แอกทินอยด์)
โนเบเลียม (แอกทินอยด์)
ลอว์เรนเซียม (แอกทินอยด์)
รัทเทอร์ฟอร์เดียม (โลหะทรานซิชัน)
ดุบเนียม (โลหะทรานซิชัน)
ซีบอร์เกียม (โลหะทรานซิชัน)
โบห์เรียม (โลหะทรานซิชัน)
ฮัสเซียม (โลหะทรานซิชัน)
ไมต์เนเรียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
ดาร์มสตัดเทียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
เรินต์เกเนียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
โคเปอร์นิเซียม (โลหะทรานซิชัน)
อูนอูนเทรียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
ฟลีโรเวียม (โลหะหลังทรานซิชัน)
อูนอูนเพนเทียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
ลิเวอร์มอเรียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
อูนอูนเซปเทียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
อูนอูนออกเทียม (ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี)
แฟรนเซียมมีโครงสร้างผลึกแบบรูปลูกบาศก์กลางตัว
ชั้นพลังงานอิเล็กตรอนของแฟรนเซียม (2, 8, 18, 32, 18, 8, 1)
87Fr
Cs

Fr

Uue
เรดอนแฟรนเซียมเรเดียม
แฟรนเซียมในตารางธาตุ
คุณสมบัติทั่วไป
ชื่อ สัญลักษณ์ และเลขอะตอม แฟรนเซียม, Fr, 87
การออกเสียง /ˈfrænsiəm/
fran-see-əm
อนุกรมเคมี โลหะแอลคาไล
หมู่ คาบและบล็อก 1 (โลหะแอลคาไล), 7, s
มวลอะตอมมาตรฐาน (223)
การจัดเรียงอิเล็กตรอน [Rn] 7s1
2, 8, 18, 32, 18, 8, 1
ชั้นพลังงานอิเล็กตรอนของแฟรนเซียม (2, 8, 18, 32, 18, 8, 1)
ประวัติ
การตั้งชื่อ ตาม ประเทศฝรั่งเศส บ้านเกิดของผู้ค้นพบ
การค้นพบ มาร์เกอไรต์ เปเรย์ (1939)
การแยกครั้งแรก มาร์เกอไรต์ เปเรย์ (1939)
คุณสมบัติกายภาพ
สถานะ ของแข็ง presumably
ความหนาแน่น (ใกล้ r.t.)  ? 1.87 (extrapolated) g·cm−3
จุดหลอมเหลว  ? 300 K, ? 27 °C, ? 80 °F
จุดเดือด  ? 950 K, ? 677 °C, ? 1250 °F
ความร้อนของการหลอมเหลว ca. 2 kJ·mol−1
ความร้อนของการกลายเป็นไอ ca. 65 kJ·mol−1
ความดันไอ (extrapolated)
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
ที่ T (K) 404 454 519 608 738 946
คุณสมบัติอะตอม
สถานะออกซิเดชัน 1 (strongly basic oxide)
อิเล็กโตรเนกาติวิตี 0.7 (Pauling scale)
พลังงานไอออไนเซชัน  : 380 kJ·mol−1
รัศมีโควาเลนต์ 260 (extrapolated) pm
รัศมีวานเดอร์วาลส์ 348 (extrapolated) pm
จิปาถะ
โครงสร้างผลึก รูปลูกบาศก์กลางตัว แฟรนเซียมมีโครงสร้างผลึกแบบรูปลูกบาศก์กลางตัว
(extrapolated)
ความเป็นแม่เหล็ก พาราแมกเนติก
สภาพนำไฟฟ้า 3 µ (calculated)Ω·m
สภาพนำความร้อน 15 (extrapolated) W·m−1·K−1
เลขทะเบียน CAS 7440-73-5
ไอโซโทปเสถียรที่สุด
บทความหลัก: ไอโซโทปของแฟรนเซียม
ไอโซโทป NA ครึ่งชีวิต DM DE (MeV) DP
221Fr trace 4.8 min α 6.457 217At
222Fr syn 14.2 min β 2.033 222Ra
223Fr trace 22.00 min β 1.149 223Ra
α 5.430 219At
    
อ้างอิง
มาร์เกอริต เปอแร ผู้ค้นพบแฟรนเซียม

แฟรนเซียม (อังกฤษ: Francium) เป็นธาตุที่มีเลขอะตอม 87 สัญลักษณ์ Fr แฟรนเซียมเคยเป็นที่รู้จักในชื่อ เอคา-ซีเซียม และ แอกทิเนียม K[note 1] แฟรนเซียมเป็นกัมมันตรังสีอย่างสูง สามารถสลายไปเป็นแอสทาทีน เรเดียม และเรดอนได้ ด้วยที่มันเป็นโลหะแอลคาไล มันจึงมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว

ยังไม่เคยมีใครเห็นแฟรนเซียมเป็นก้อนในปริมาณมากเลย คุณสมบัติทั่วไปของธาตุอื่น ๆ ในแถวเดียวกัน ทำให้นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าแฟรนเซียมเป็นโลหะที่สะท้อนแสงได้สูง ถ้าเก็บแฟรนเซียมมาไว้รวมกันเป็นก้อนหรือของเหลวปริมาณมากพอ การได้สารตัวอย่างดังกล่าวมานั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากความร้อนจากการสลายตัว (ครึ่งชีวิตของไอโซโทปที่ยาวนานที่สุดคือเพียง 22 นาที) จะทำให้ธาตุปริมาณมากพอที่จะมองเห็น กลายเป็นไอได้

แฟรนเซียมถูกค้นพบโดยมาร์เกอริต เปอแรที่ฝรั่งเศส (ซึ่งได้นำมาตั้งเป็นชื่อธาตุนี้) ในปี พ.ศ. 2482 แฟรนเซียมเป็นธาตุสุดท้ายที่ค้นพบครั้งแรกจากในธรรมชาติ แทนที่ได้จากการสังเคราะห์[note 2] นอกห้องปฏิบัติการ แฟรนเซียมหายากมาก พบเป็นปริมาณน้อยมากในสินแร่ยูเรเนียมและทอเรียม ซึ่งแฟรนเซียม-223 เกิดขึ้นและสลายตัวตลอดเวลา ในเปลือกโลกสามารถพบแฟรนเซียม-223 ได้แค่ 20-30 กรัม (1 ออนซ์) ส่วนไอโซโทปอื่น ๆ (ยกเว้นแฟรนเซียม-221) ถูกสังเคราะห์ขึ้นทั้งหมด จำนวนแฟรนเซียมที่ผลิตมากที่สุดในห้องปฏิบัติการคือ 300,000 อะตอม[1]

ลักษณะ[แก้]

แฟรนเซียมเป็นธาตุที่ไม่เสถียรที่สุดที่เกิดตามธรรมชาติ เนื่องจากไอโซโทปที่เสถียรที่สุดคือ แฟรนเซียม-223 มีครึ่งชีวิตแค่ 22 นาทีเท่านั้น เทียบกับแอสทาทีนซึ่งเป็นธาตุที่ไม่เสถียรเป็นอันดับที่ 2 ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ มีครึ่งชีวิต 8.5 ชั่วโมง[2]ไอโซโทปของแฟรนเซียมทั้งหมดสลายตัวไปเป็นแอสทาทีน เรดอน หรือ เรเดียม อย่างใดอย่างหนึ่ง[2] แฟรนเซียมยังเสถียรน้อยกว่าธาตุสังเคราะห์ทุกธาตุนับจนถึงธาตุที่ 105 ขึ้นไป[3]

แฟรนเซียมเป็นธาตุในหมู่โลหะแอลคาไลซึ่งมีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกับซีเซียม[3] แฟรนเซียมเป็นธาตุหนักที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอนเดียว[4]มันมีน้ำหนักสมมูลสูงกว่าธาตุอื่นใด[3] แฟรนเซียมเหลว ถ้าสร้างขึ้นได้แล้วควรจะมีแรงตึงผิว 0.05092 นิวตัน/เมตร ที่จุดหลอมเหลว[5] มีการคำนวณว่า จุดหลอมเหลวของแฟรนเซียมมีค่าใกล้เคียงกับ 27 °C (80 ° F, 300 K) [6] จุดหลอมเหลวของแฟรนเซียมนั้นไม่แน่นอน เนื่องจากแฟรนเซียมเป็นธาตุหายากและเป็นกัมมันตรังสีสูง ดังนั้นค่าประมาณของจุดเดือดคืออุณหภูมิที่ 677 °C (1250 °F, 950 K) ก็ไม่แน่นอนเช่นกัน

ไลนัส พอลิงได้ประมาณค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของแฟรนเซียมไว้คือ 0.7 ในพอลิงสเกล เหมือนกับอิเล็กโทรเนกาติวิตีของซีเซียม[7] จากนั้นมีการคำนวณค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของซีเซียมได้เท่ากับ 0.79 แม้ว่าจะไม่มีข้อมูลการทดลองใด ๆ ที่จะมาเป็นค่าของแฟรนเซียม[8] แฟรนเซียมมีพลังงานไอออไนเซชันสูงกว่าซีเซียมเล็กน้อย[9] แฟรนเซียมมีพลังงานไอออไนเซชั่นอยู่ 392.811 (4) กิโลจูล/โมล ส่วยซีเซียมมีค่า 375.7041 กิโลจูล/โมล ดังที่คาดการณ์จากปรากฏการณ์สัมพัทธภาพ และสามารถบอกได้ว่าซีเซียมมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยกว่าแฟรนเซียม แฟรนเซียมควรจะมีค่าสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนมากกว่าซีเซียมและ Fr- ควรจะเป็นขั้วได้มากกว่า Cs-[10] มีการทำนายว่าโมเลกุลของ CsFr มีปลายขั้วลบเป็นแฟรนเซียม ต่างจากโมเลกุลโลหะแอลคาไลที่อะตอมคู่ต่างกัน แฟรนเซียมซูเปอร์ออกไซด์ (FrO2) คาดว่าจะมีพันธะโคเวเลนต์ มากกว่าสารในตระกูลเดียวกัน เกิดจากอิเล็กตรอน 6p ในแฟรนเซียมเกี่ยวพันกับพันธะระหว่างแฟรนเซียมและออกซิเจนมากกว่า[10]

แฟรนเซียมตกตะกอนร่วมกับเกลือซีเซียมหลายชนิด เช่น ซีเซียมเปอร์คลอเรต ได้เป็นแฟรนเซียมเปอร์คลอเรตปริมาณเล็กน้อย การตกตะกอนร่วมนี้สามารถใช้แยกแฟรนเซียม โดยปรับใช้วิธีการตกตะกอนร่วมรังสีซีเซียมของเกล็นเดนิน และเนลสัน มันจะตกตะกอนร่วมกับเกลือซีเซียมชนิดอื่น ๆ เพิ่มอีก เช่น ไอโอเดต พิเครต ทาร์เทรต (รูบิเดียมทาร์เทรต เช่นกัน) คลอโรพลาทิเนต และซิลิโคทังสเตต มันยังตกตะกอนร่วมกับกรดซิลิโคทังสติก และกรดเปอร์คลอริก โดยไม่ต้องใช้โลหะแอลคาไลอื่นเป็นตัวพา ทำให้มีวิธีการแยกสารแบบอื่นด้วย[11][12] เกลือแฟรนเซียมเกือบทุกชนิดละลายน้ำได้[13]

การนำไปใช้[แก้]

เนื่องจากความไม่เสถียรและหายาก แฟรนเซียมจึงไม่ได้ถูกนำไปใช้งานเชิงพาณิชย์[14][15][16][17] แต่ส่วนใหญ่จะถูกใช้ไปกับการวิจัยทางชีววิทยา[18] และโครงสร้างอะตอม มีการค้นพบการใช้แฟรนเซียมเป็นตัวช่วยในการวินิจฉัยโรคมะเร็งหลายชนิดแล้วด้วย[2] แต่การกระทำเช่นนี้ยังปฏิบัติจริงไม่ได้[15]

ความสามารถของแฟรนเซียมที่จะสังเคราะห์ ตรวจสอบ และทำให้เย็นลง พร้อมกับโครงสร้างอะตอมที่เรียบง่าย ได้ทำให้มันเป็นเป้าหมายการทดลองสเปกโทรสโกปี การทดลองเหล่านี้ได้นำไปสู่การเพิ่มเติมของข้อมูลเกี่ยวกับระดับพลังงานและค่าคงที่คู่ควบ (Coupling constant) ระหว่างอนุภาคมูลฐานด้วยกัน[19] การศึกษาบนพื้นฐานของแสงที่ปล่อยออกมาโดยการจับด้วยเลเซอร์ของไอออนแฟรนเซียม-210 ได้ให้ข้อมูลที่ถูกต้องเกี่ยวกับการเปลี่ยนระหว่างระดับพลังงานของอะตอมซึ่งคล้ายกับผลที่ได้จากการทำนายของกลศาสตร์ควอนตัม[20]

ประวัติ[แก้]

เมื่อปี พ.ศ. 2413 นักเคมีคิดว่าควรจะมีโลหะแอลคาไลที่เกินซีเซียมที่มีเลขอะตอม 87[2] ในขณะนั้นเรียกกันว่า เอคา-ซีเซียม[21] ทีมวิจัยพยายามที่จะหาตำแหน่งและแยกธาตุที่หายไปนี้ และมีคำกล่าวอ้างอย่างน้อย 4 คำกล่าวเกิดขึ้นก่อนจะเกิดการค้นพบที่แท้จริง

การค้นพบที่ผิดพลาดและไม่สำเร็จ[แก้]

นักเคมีของสหภาพโซเวียต ดีเค เดอโบรเซอร์ดอฟ เป็นนักวิทยาศาสตร์คนเแรกที่อ้างว่าได้ค้นพบเอคา-ซีเซียม ใน พ.ศ. 2468 เขาสังเกตเห็นกัมมันตรังสีอย่างอ่อนในสารตัวอย่างโพแทสเซียม ซึ่งเป็นโลหะแอลคาไลอีกชนิดหนึ่ง และเขาจึงสรุปว่า เอคา-ซีเซียมปนเปื้อนอยู่ในตัวอย่าง (ส่วนกัมมันตรังสีที่ปนเปื้อนในตัวอย่างนั้น ภายหลังได้ตรวจสอบแล้วพบว่าเป็นโพแทสเซียม-40) ซึ่งไม่ถูกต้อง[22] หลังจากนั้นก็ได้ตีพิมพ์บทความที่เล่าถึงการพยากรณ์คุณสมบัติของธาตุเอคา-ซีเซียม ให้ชื่อว่า รัสเซียม ซึ่งตั้งชื่อตามประเทศบ้านเกิดของเขา[23] หลังจากนั้นไม่นาน เดอโบรเซอร์ดอฟเริ่มให้ความสำคัญกับอาชีพครูในวิทยาลัยโพลีเทคนิคโอเดสซา และไม่ได้ศึกษาธาตุเอคา-ซีเซียมอีก[22]

ปีถัดมา นักเคมีอังกฤษ เจอรัลด์ เจ. เอฟ. ดรูซ และเฟรดเดอริก เอช. ลอริง ได้วิเคราะห์ภาพถ่ายรังสีเอกซ์ของแมงกานีส (II) ซัลเฟต[23] พวกเขาสังเกตเห็นเส้นสเปกตรัมซึ่งสันนิษฐานว่าเป็นของเอคา-ซีเซียม พวกเขาได้ประกาศการค้นพบธาตุที่ 87 นี้และเสนอชื่อว่า แอลคาไลเนียม เนื่องจากมันจะเป็นโลหะแอลคาไลที่หนักที่สุด[22]

ในปี พ.ศ. 2473 เฟรด แอลลิสัน จากสถาบันโพลีเทคนิคแอละแบมา อ้างว่าได้ค้นพบธาตุที่ 87 เมื่อวิเคราะห์แร่โพลูไซต์และเลพิโดไลต์ โดยใช่อุปกรณ์ magneto-optical แอลลิสันขอให้ตั้งชื่อมันว่า เวอร์จิเนียม ตามชื่อรัฐบ้านเกิดของเขา เวอร์จิเนีย และให้สัญลักษณ์ว่า Vi หรือ Vm.[23][24] แต่ใน ค.ศ. 1934 เอช. จี. แมกเฟอร์สัน จากมหาวิทยาลัยเบอร์คีเลย์ได้พิสูจน์แย้งประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่แอลลิสันใช้ และพิสูจน์ว่าสิ่งที่แอลลิสันค้นพบนั้นเป็นเท็จ[25]

ในปี พ.ศ. 2479 นักฟิสิกส์ชาวโรมาเนีย โฮเรีย ฮูลูไบ และเพื่อนร่วมงานชาวฝรั่งเศส อีเวตต์ คาวชอยส์ ได้วิเคราะห์แร่โพลูไซต์อีกครั้ง แต่ในครั้งนี้ได้ใช้เครื่องมือรังสีเอกซ์คุณภาพสูง[22] เขาสังเกตเห็นเส้นที่คล้ายกับแก๊สถูกปล่อยออกมาอย่างอ่อน ทำให้ทั้งคู่สันนิษฐานว่าคือธาตุที่ 87 ฮูลูไบตีพิมพ์รายงานการค้นพบดังกล่าวและเสนอชื่อว่า โมลดาเวียม ตามชื่อของโมลดาเวีย พร้อมด้วยสัญลักษณ์ Ml จังหวัดหนึ่งในโรมาเนียที่ฮูลูไบเกิด[23] ปีถัดมา นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน เอฟ. เอช. เฮิร์ช จูเนียร์ ได้วิจารณ์การค้นพบของฮูลูไบ ไม่ยอมรับวิธีการวิจัยของฮูลูไบ เฮิร์ชแน่ใจว่าเอคา-ซีเซียมไม่มีทางพบได้ในธรรมชาติ และสิ่งที่ฮูลูไบค้นพบจริง ๆ นั้น คือรังสีเอกซ์ของปรอท หรือบิสมัท ฮูลูไบยืนหยัดว่าเครื่องมือรังสีเอกซ์และวิธีการของเขาแม่นยำเกินที่จะผิดพลาดได้ ด้วยเหตุนี้ ฌ็อง-บัพติท แปแร็ง ผู้ได้รับรางวัลโนเบลและผู้ช่วยของฮูลูไบ ให้การรับรองว่าโมลดาเวียมเป็นเอคา-ซีเซียมจริง มิใช่แฟรนเซียมอย่างที่มาร์เกอริต เปอแรเพิ่งค้นพบ เปอแรวิจารณ์งานของฮูลูไบจนกระทั่งเธอได้รับเครดิตว่าเป็นผู้ค้นพบธาตุที่ 87 ได้เพียงคนเดียว[22]

การวิเคราะห์ของเปอแร[แก้]

เอคา-ซีเซียม ถูกค้นพบใน พ.ศ. 2482 โดยมาร์เกอริต เปอแร จากสถาบันคูรี ในปารีส ประเทศฝรั่งเศส เมื่อเธอทำให้ตัวอย่างของแอกทิเนียม-227 บริสุทธิ์ ซึ่งเธอได้รับรายงานว่ามีพลังงานสลายกัมมันตรังสี 220 KeV เปอแรเห็นว่าอนุภาคสลายตัวที่ระดับพลังงานต่ำกว่า 80 KeV เปอแรคิดว่ากิจกรรมการสลายตัวนี้อาจเกิดจากการสลายตัวของผลิตภัณฑ์อีกตัวหนึ่ง ซึ่งไม่ทราบแน่ชัด ผลิตภัณฑ์ตัวหนึ่งถูกแยกออกระหว่างกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ แต่ปรากฏออกมาอีกครั้งเป็นธาตุอื่นที่ไม่ใช่แอกทิเนียม-227 การทดลองหลายครั้งได้ตัดความเป็นไปได้ว่าธาตุดังกล่าวจะเป็นทอเรียม เรเดียม ตะกั่ว บิสมัท หรือแทลเลียม ผลิตภัณฑ์ใหม่แสดงคุณสมบัติทางเคมีของโลหะแอลคาไล (เช่น การตกตะกอนร่วมกับเกลือซีเซียม) ทำให้เปอแรเชื่อว่ามันคือธาตุที่ 87 เกิดจากการสลายให้อนุภาคแอลฟา ของไอโซโทปแอกทิเนียม-227[21] แล้วเปอแรก็พยายามกำหนดสัดส่วนของการสลายให้อนุภาคบีตา ต่อการสลายตัวให้อนุภาคแอลฟา ในแอกทิเนียม-227 การทดลองครั้งแรกของเธอให้ผลออกมาว่ามีโอกาสเกิดการสลายตัวแอลฟา 0.6 % ซึ่งต่อมาเธอแก้ไขให้เป็น 1 %[26]

เปอแรได้ให้ชื่อไอโซโทปใหม่นี้ว่า แอกทิเนียม-เค (ในภายหลังได้พิสูจน์ว่าคือ แฟรนเซียม-223) [21] และในปี พ.ศ. 2489 เปอแรได้ให้ชื่อว่า คาเทียม สำหรับธาตุที่ค้นพบใหม่ เนื่องจากเธอเชื่อว่าธาตุนี้จะเป็นไอออนประจุบวกที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากที่สุด แต่อีเรน ฌูลีโอ-กูรี หนึ่งในผู้ดูแลของเปอแร ได้แย้งว่าคำว่า cat จะหมายถึงแมว มากกว่า cation (ไอออนประจุบวก) [21] ต่อมาเปอแรเสนอแนะชื่อธาตุใหม่นี้ว่า แฟรนเซียม ตามประเทศฝรั่งเศส เป็นชื่อทางการที่ได้รับการยืนยันโดยสหภาพเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ เมื่อปี พ.ศ. 2492[2] กลายเป็นธาตุตัวที่สองที่ตั้งชื่อตามประเทศฝรั่งเศส ถัดจากแกลเลียม มีการเสนอสัญลักษณ์ให้ธาตุนี้ว่า Fa แต่ภายหลังก็ถูกเปลี่ยนเป็น Fr หลังจากนั้นไม่นาน[27] แฟรนเซียมเป็นธาตุสุดท้ายที่พบในธรรมชาติ มิได้สังเคราะห์ขึ้น ถัดจากรีเนียมที่ค้นพบเมื่อ พ.ศ. 2468[21] ซิลเวน ไลเบอร์แมน และทีมของเขาได้งานวิจัยเกี่ยวกับโครงสร้างของแฟรนเซียมต่อไปอีกที่องค์การวิจัยนิวเคลียร์ยุโรป ในช่วงคริสตทศวรรษ 1970 และ 1980[28]

การปรากฏ[แก้]

ตัวอย่างแร่ยูเรไนต์นี้มีอะตอมของแฟรนเซียมอยู่ในทุก ๆ 100,000 อะตอมของยูเรเนียม[15]

ธรรมชาติ[แก้]

แฟรนเซียม-223 เป็นผลผลิตที่ได้จากการสลายตัวแอลฟาของแอกทิเนียม-227 และพบได้ในแร่ยูเรเนียมและทอเรียม[3] ในตัวอย่างยูเรเนียมตัวอย่างหนึ่ง จะมีแฟรนเซียมที่ถูกผลิตขึ้นอยู่ทุก ๆ 1 × 1018 อะตอมของยูเรเนียม[15] และยังมีการคำนวณว่า ที่เวลาใด ๆ จะพบแฟรนเซียมในเปลือกโลกอย่างมาก 30 กรัม[29]

สังเคราะห์[แก้]

A complex experimental setup featuring a horizontal glass tube placed between two copper coils.
อะตอมแฟรนเซียมที่เป็นกลางสามารถติดกับใน MOT ที่ใช้สนามแม่เหล็กและลำแสงเลเซอร์[30]
แสงที่เปล่งออกจากตัวอย่างแฟรนเซียม 200,000 อะตอม ในกับดัก magneto-optical แสงที่เปล่งออกจากตัวอย่างแฟรนเซียม 200,000 อะตอม ในกับดัก magneto-optical
แสงที่เปล่งออกจากตัวอย่างแฟรนเซียม 200,000 อะตอม ในกับดัก magneto-optical
ภาพจับความร้อนของแฟรนเซียม 300,000 อะตอม ในกับดัก magneto-optical

แฟรนเซียมสามารถสังเคราะห์ขึ้นได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์:

197Au + 18O → 210Fr + 5 n

ในกระบวนการนี้ ซึ่งพัฒนาโดยมหาวิทยาลัยสโตนีบรูก แฟรนเซียมที่ผลิตออกมาสามารถเป็นแฟรนเซียม-209 210 และ 211[31] ที่ถูกแยกด้วยกับดัก magneto-optical (MOT)[30] อัตราการผลิตไอโซโทปแฟรนเซียมขึ้นอยู่กับปริมาณพลังงานของลำแสงออกซิเจน-18 ลำแสงออกซิเจน-18จากเครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้น หรือลิแนก (LINAC) ของสโตนีบรูกนี้ สร้างแฟรนเซียม-210 โดยการยิงไปที่อะตอมของทองคำด้วยปฏิกิริยานิวเคลียร์ 197Au + 18O → 210Fr + 5n การผลิตนี้ต้องใช้เวลาพัฒนาและทำความเข้าใจ เนื่องด้วยอุณหภูมิระหว่างการเกิดปฏิกิริยาใกล้เคียงกับจุดหลอมเหลวของทองคำและต้องมั่นใจว่าบริเวณนั้นสะอาดที่สุด ปฏิกิริยานิวเคลียร์นี้ได้ทำให้อะตอมของแฟรนเซียมฝังลึกเข้าไปในทองคำ และพวกมันจะต้องสลายไปอย่างมีประสิทธิภาพ อะตอมของแฟรนเซียมจะกระจายไปทั่วผิวของทองคำอย่างรวดเร็วและถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของไอออน สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นทุกครั้ง ไอออนของแฟรนเซียมถูกนำโดยเลนส์ไฟฟ้าสถิตจนกระทั่งมันลงมาถึงผิวของอิตเทรียมร้อนและกลับมาเป็นกลางอีกครั้ง จากนั้นแฟรนเซียมจะถูกฉีดไปในหลอดแก้ว สนามแม่เหล็กและลำแสงเลเซอร์จะเย็นตัวลงและจำกัดอะตอม ถึงแม้ว่าอะตอมจะอยู่ภายในกับดักเพียงประมาณ 20 วินาทีก่อนที่มันจะหลุดออกมา (หรือสลายตัว) แต่กลุ่มอะตอมใหม่จะมาแทนที่ส่วนที่หลุดไป ทำให้อะตอมที่ติดกับยังอยู่อย่างนั้นนานหลายนาทีหรือนานกว่านั้น ในขั้นต้น อะตอมแฟรนเซียมจำนวน 1,000 อะตอมได้ถูกกักไว้ในการทดลอง และก็มีการพัฒนาจนสามารถกักอะตอมแฟรนเซียมที่เป็นกลางไว้ได้ 300,000 อะตอมในการทดลองเพียงครั้งเดียว[1] ถึงแม้ว่าอะตอมโลหะ ("โลหะแฟรนเซียม") ที่ได้เหล่านี้จะเป็นกลาง พวกมันจะอยู่ในสถานะแก๊สที่ไม่เกาะกลุ่มกัน แฟรนเซียมปริมาณเพียงพอถูกตรวจจับได้จนกล้องวีดีโอสามารถจับแสงที่ออกจากอะตอมเมื่อมันเปล่งแสง อะตอมเหล่านี้จะปรากฏเป็นทรงกลมเรืองแสงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 มิลลิเมตร และวิธีนี้ทำให้เห็นแฟรนเซียมด้วยตาเปล่าได้เป็นครั้งแรก ปัจจุบัน นักวิจัยสามารถวัดแสงที่เปล่งและดูดกลืนโดยอะตอมที่ถูกกัก และให้ผลการทดลองครั้งแรกเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับพลังงานต่าง ๆ ของแฟรนเซียม การวัดครั้งแรกให้ผลที่ตรงกับค่าและการคำนวณจากการทดลองทฤษฎีควอนตัมเป็นอย่างมาก มีการสังเคราะห์ด้วยวิธีอื่น ๆ เช่น การยิงอะตอมเรเดียมด้วยนิวตรอน และยิงอะตอมทอเรียมด้วยโปรตอน ดิวเทอรอน หรือไอออนฮีเลียม[26] แฟรนเซียมยังไม่เคยถูกสังเคราะห์ในปริมาณมากพอที่จะประเมินได้[2][6][15]

ไอโซโทป[แก้]

ดูบทความหลักที่: ไอโซโทปของแฟรนเซียม

แฟรนเซียมมี 34 ไอโซโทป มีมวลอะตอมตั้งแต่ 199-232[3] แฟรนเซียมมี 7 ไอโซเมอร์นิวเคลียร์กึ่งเสถียร[3] แฟรนเซียม-221 และแฟรนเซียม-223 เป็นเพียงสองไอโซโทปที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ โดยจะพบแฟรนเซียม-221 ได้ง่ายกว่า[32]

แฟรนเซียม-223 เป็นไอโซโทปที่เสถียรที่สุดด้วยครึ่งชีวิต 21.8 นาที[3] และไอโซโทปแฟรนเซียมที่มีครึ่งชีวิตนานกว่านี้จะไม่อาจพบหรือสังเคราะห์ขึ้นได้อีก แฟรนเซียม-223 เป็นผลิตภัณฑ์ลำดับที่ห้าของกระบวนการสลายตัวของแอกทิเนียม โดยได้จากการสลายตัวของแอกทิเนียม-227 [17] จากนั้นแฟรนเซียม-223 จะสลายตัวไปเป็นเรเดียม-223 โดยการสลายให้อนุภาคบีตา (พลังงานสลายตัว 1149 keV) และยังมีโอกาสเล็กน้อน (0.006 %) ที่มันจะสลายตัวให้อนุภาคแอลฟาไปเป็นแอสทาทีน-219

แฟรนเซียม-221 มีครึ่งชีวิต 4.8 นาที[3] ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ลำดับที่ 9 ของกระบวนการการสลายตัวของเนปทูเนียม โดยได้จากการสลายตัวของแอกทิเนียม-225 จากนั้น แฟรนเซียม-221 สลายตัวเป็นแอสทาทีน-217 โดยการสลายตัวให้อนุภาคแอลฟา (พลังงานสลายตัว 6.457 MeV)[3]

ไอโซโทปที่เสถียรน้อยที่สุดในสถานะพื้นคือแฟรนเซียม-215 ซึ่งมีครึ่งชีวิตอยู่ 0.12 ไมโครวินาที (ใช้พลังงาน 9.54 MeV สลายให้อนุภาคแอลฟาไปเป็นแอสทาทีน-211)[3] ไอโซเมอร์กึ่งเสถียร แฟรนเซียม-215m ก็ยังเสถียรน้อยกว่า มีครึ่งชีวิตอยู่ที่ 3.5 นาโนวินาทีเท่านั้น[33]

เชิงอรรถ[แก้]

  1. ไอโซโทปที่ไม่เสถียรน้อยที่สุดจริง ๆ คือ แฟรนเซียม-223
  2. บางธาตุที่พบโดยการสังเคราะห์ขึ้นมา เช่น เทคนีเชียม และ พลูโทเนียม ก็ถูกพบในธรรมชาติในภายหลัง

รายการอ้างอิง[แก้]

  1. 1.0 1.1 Luis A. Orozco (2003). "Francium". Chemical and Engineering News. 
  2. 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Price, Andy (2004-12-20). "Francium". สืบค้นเมื่อ 2012-02-19. 
  3. 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 CRC Handbook of Chemistry and Physics 4. CRC. 2006. p. 12. ISBN 0-8493-0474-1. 
  4. Winter, Mark. "Electron Configuration". Francium. The University of Sheffield. สืบค้นเมื่อ 2007-04-18. 
  5. Kozhitov, L. V.; Kol'tsov, V. B.; Kol'tsov, A. V. (2003). "Evaluation of the Surface Tension of Liquid Francium". Inorganic Materials 39 (11): 1138–1141. doi:10.1023/A:1027389223381. 
  6. 6.0 6.1 "Francium". Los Alamos National Laboratory. 2011. สืบค้นเมื่อ February 19, 2012. 
  7. Pauling, Linus (1960). The Nature of the Chemical Bond (Third ed.). Cornell University Press. p. 93. ISBN 978-0-8014-0333-0. 
  8. Allred, A. L. (1961). "Electronegativity values from thermochemical data". J. Inorg. Nucl. Chem. 17 (3–4): 215–221. doi:10.1016/0022-1902 (61) 80142-5 Check |doi= value (help). 
  9. Andreev, S.V.; Letokhov, V.S.; Mishin, V.I., (1987). "Laser resonance photoionization spectroscopy of Rydberg levels in Fr". Physical Review Letters 59 (12): 1274–76. Bibcode:1987PhRvL..59.1274A. doi:10.1103/PhysRevLett.59.1274. PMID 10035190. 
  10. 10.0 10.1 Thayer, John S. (2010). Chemistry of heavier main group elements. p. 81. doi:10.1007/9781402099755_2. 
  11. Hyde, E. K. (1952). "Radiochemical Methods for the Isolation of Element 87 (Francium)". J. Am. Chem. Soc. 74 (16): 4181–4184. doi:10.1021/ja01136a066. 
  12. E. N K. Hyde Radiochemistry of Francium,Subcommittee on Radiochemistry, National Academy of Sciences-National Research Council; available from the Office of Technical Services, Dept. of Commerce, 1960.
  13. Maddock, A. G. (1951). "Radioactivity of the heavy elements". Q. Rev., Chem. Soc. 3 (3): 270–314. doi:10.1039/QR9510500270. 
  14. Winter, Mark. "Uses". Francium. The University of Sheffield. สืบค้นเมื่อ 2007-03-25. 
  15. 15.0 15.1 15.2 15.3 15.4 Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 151–153. ISBN 0-19-850341-5. 
  16. Gagnon, Steve. "Francium". Jefferson Science Associates, LLC. สืบค้นเมื่อ 2007-04-01. 
  17. 17.0 17.1 Considine, Glenn D., ed. (2005). Chemical Elements, in Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. New York: Wiley-Interscience. p. 332. ISBN 0-471-61525-0. 
  18. Haverlock, TJ; Mirzadeh, S; Moyer, BA (2003). "Selectivity of calix[4]arene-bis (benzocrown-6) in the complexation and transport of francium ion". J Am Chem Soc 125 (5): 1126–7. doi:10.1021/ja0255251. PMID 12553788. 
  19. Gomez, E; Orozco, L A; Sprouse, G D (November 7, 2005). "Spectroscopy with trapped francium: advances and perspectives for weak interaction studies". Rep. Prog. Phys. 69 (1): 79–118. Bibcode:2006RPPh...69...79G. doi:10.1088/0034-4885/69/1/R02. 
  20. Peterson, I (May 11, 1996). "Creating, cooling, trapping francium atoms". Science News 149 (19): 294. doi:10.2307/3979560. สืบค้นเมื่อ September 11, 2009. 
  21. 21.0 21.1 21.2 21.3 21.4 Adloff, Jean-Pierre; Kaufman, George B. (2005-09-25). Francium (Atomic Number 87), the Last Discovered Natural Element. The Chemical Educator 10 (5). Retrieved on 2007-03-26.
  22. 22.0 22.1 22.2 22.3 22.4 Fontani, Marco (2005-09-10). "The Twilight of the Naturally-Occurring Elements: Moldavium (Ml), Sequanium (Sq) and Dor (Do)". International Conference on the History of Chemistry. Lisbon. pp. 1–8. Archived from the original on 2006-02-24. สืบค้นเมื่อ 2007-04-08. 
  23. 23.0 23.1 23.2 23.3 Van der Krogt, Peter (2006-01-10). "Francium". Elementymology & Elements Multidict. สืบค้นเมื่อ 2007-04-08. 
  24. 00.html "Alabamine & Virginium". TIME. 1932-02-15. สืบค้นเมื่อ 2007-04-01. 
  25. MacPherson, H. G. (1934). "An Investigation of the Magneto-Optic Method of Chemical Analysis". Physical Review (American Physical Society) 47 (4): 310–315. Bibcode:1935PhRv...47..310M. doi:10.1103/PhysRev.47.310. 
  26. 26.0 26.1 "Francium". McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology 7. McGraw-Hill Professional. 2002. pp. 493–494. ISBN 0-07-913665-6. 
  27. Grant, Julius (1969). "Francium". Hackh's Chemical Dictionary. McGraw-Hill. pp. 279–280. ISBN 0-07-024067-1. 
  28. "History". Francium. State University of New York at Stony Brook. 2007-02-20. สืบค้นเมื่อ 2007-03-26. 
  29. Winter, Mark. "Geological information". Francium. The University of Sheffield. สืบค้นเมื่อ 2007-03-26. 
  30. 30.0 30.1 "Cooling and Trapping". Francium. State University of New York at Stony Brook. February 20, 2007. สืบค้นเมื่อ May 1, 2007. 
  31. "Production of Francium". Francium. State University of New York at Stony Brook. 2007-02-20. สืบค้นเมื่อ 2007-03-26. 
  32. Considine, Glenn D., ed. (2005). Francium, in Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. New York: Wiley-Interscience. p. 679. ISBN 0-471-61525-0. 
  33. National Nuclear Data Center (2003). "Fr Isotopes". Brookhaven National Laboratory. สืบค้นเมื่อ April 4, 2007. 

แหล่งข้อมูลอื่น[แก้]