Франций. 
Фундаментальная радиохимия

Франций (francium) Fr, химический элемент 1-й группы 7-го периода периодической системы элементов, Z = 87, атомная масса 223,0197. Назван по имени Франции, родины М. Иерей, обнаружившей (но радиоактивности) элемент (открытие — 1939 г.; присвоение названия — 1964 г.) среди продуктов распада ряда ²³⁵U. М. Иерей удалось доказать, что ядра ²²⁷Ас в 12 случаях из 1000 испускают а-частицы и при этом переходят в ядра элемента № 87 с массовым числом 223. Франций образуется при а-распаде ^22/Ас по схеме:

Один из редчайших и наименее устойчивых из всех радиоактивных элементов, встречающихся в природе.

У франция имеется 34 изотопа. Самый легкий ¹⁹⁹Fr (Т_½ = = 16 мк), самый тяжелый — ²³²Fr (Г_½ = 5 с). Все изотопы очень неустойчивы (периоды полураспада от 22 мин до 5 10 ³ с). Из них ²²³Fr и ²²⁴Fr встречаются в природе, являясь членами естественных радиоактивных семейств ²³⁵U и ²³²Th. Наиболее долгоживущий p-радиоактивный ²²³Fr (Г_½ = 21,8 мин, испускает р-лучи, Е_шкс =1,2 МэВ и ot-частицы с пробегом в воздухе 3,5 см) — член одной из побочных ветвей радиоактивного ряда ²³⁵U и может быть выделен из природных урановых минералов.

Изотоп ^2,0Fr (Г = 3,18 м) получают по ядерной реакции:

Другой важный изотоп франция ²²²Fr (а, ЭЗ, Г, ₂ = 19,3 мин) может быть получен в результате реакций глубокого расщепления урана и тория протонами высоких энергий:

Наиболее важным источником ²²³Fr являются препараты актиния, получающиеся при нейтронном облучении радия по схеме:

Как член радиоактивного ряда ²³⁵ U, ²²³Fr в ничтожных количествах присутствует в природе, причем 1 атом Fr приходится на 3 • 10¹⁸ атомов природного урана. В равновесии с 1 Ки ²²⁷Ас находится 2,5 • 10^-8 г ²²³Fr. Согласно расчету в поверхностном слое Земли толщиной 1,6 км содержится около 24,5 г Fr. По оценкам, его равновесное содержание в земной коре равно 340 г. Кроме того, в одной из побочных ветвей радиоактивного ряда тория содержится ²²⁴Fr с Т_и2 = 3,0 мин. Его равновесное содержание в земной коре составляет лишь 0,5 г. Микроскопические количества ²²³Fr и ²²⁴Fr могут быть химически выделены из минералов урана и тория. Другие изотопы франция получают искусственным путем с помощью ядерных реакций. Изотопы франция образуются при реакциях глубокого отщепления ядер тория, а также в реакциях многозарядных ионов, ускоренных до высоких энергий, с различными элементами, например ¹⁹⁷Au (¹⁶0, ;t??)²¹³Fr, ²⁰³Т1(¹²С, xn)^mFr, ²⁰⁸Pb (¹¹B, xn)^mFr.²²¹ Fr является продуктом распада ряда нептуния.

Единственной степенью окисления франция является +1.

Франций — щелочной металл, химически более активный, чем цезий. Всегда сокристаллизуется с соединениями цезия.

Конфигурация электронной оболочки атома франция [Кп]7л^л, атомный радиус 0,277 нм, атомный объем 80,5 см³/(г-атом), радиус иона Fr* 0,181 нм, электроотрицательность по Полингу 0,7, электродный потенциал Fr <�— Fr⁺ -2,92, плотность 1,87 г/см³, Т_пл = 27 °C, Т_кш = 677 °C, потенциал ионизации Fr° —* Fr' —* Fr²⁺ 3,98 и 21 эВ, соответственно теплота плавления 15 кДж/моль, кристаллическая решетка кубическая объемоцентрированная.

Оптический спектр Fr⁺ состоит из широкого дублета в красной и тесного дублета в фиолетовой области спектра. В растворах франций ведет себя как типичный щелочной металл, по свойствам он больше всего напоминает цезий. Почти все соли франция хорошо растворимы в воде; при кристаллизации франций изоморфно осаждается с гетерофосфорновольфрамовой и гетерофосфорномолибденовой кислотами из сильиокислых растворов НС1 и HN0₃, с перхлоратом, пикратом, тартратом, гексахлорплатинатом и другими солями цезия, а также кобальтонитритом натрия и цезия из углекислого раствора.

Являясь самым активным щелочным металлом, франций проявляет пониженную способность к комнлексообразованию и гидролизу. Большинство солей франция хорошо растворимы в воде. К трудно растворимым соединениям франция относятся перхлорат, хлороплатинат и некоторые другие соли, которые изоморфно соосаждаются с солями цезия. Из сильнокислых растворов франций количественно выделяется с гетерополикислотами состава H₈[Si (W_v0₇)₆] • п₂0 и H₇[P (W₂)₆] яН₂0. Франций изоморфно соосаждается с перхлоратом, гексахлорплатинатом, гексанитрокабальтинатом и кремневольфраматом цезия, т. е. образует соединения: FrCIO, Fr₂PtCl₆, Fr₂SnCl₆, Fr₂SbCl₅ -2,5H₂0, Fr₂BiCl₅ -2,5H₂0, Fr₂Na|Co (N0₂)₆], FrSi0₂— 12W0₃-/?H₂0.

Важным свойством хлорида франция является его летучесть; температура начала возгонки FrCl составляет в воздухе 225 °C, в вакууме 110 °C. Поведение хлоридов франция и цезия при различных температурах позволило создать методы разделения этих элементов в виде летучих хлоридов.

Франций получают в микроколичествах, выделяя его из смеси продуктов распада ряда ²³⁵U, облученных препаратов радия, из смеси продуктов глубокого расщепления тория или других тяжелых элементов. Достаточно сложной проблемой является также отделение франция от его специфического носителя цезия.

Независимо от пути получения франция первой стадией его выделения является соосаждение с гетерополикислотами. Дальнейшая очистка производится методами ионного обмена и распределительной хроматографии. Метод ионного обмена с применением катионитов КУ-1 и Дауэкс-50 используется как для выделения франция из продуктов распада ряда ²³⁵U, так и для отделения франция от Cs. Элюентами служат растворы НС1 различной концентрации. В последнее время выделение франция осуществляется методом экстракционной хроматографии, основанным на экстракции тетрафенилбората франция нитробензолом, нанесенным на силикагель. Франций и цезий элюируются из колонки растворами соляной или азотной кислот различной концентрации. Отделение франция от актиния достигается осаждением последнего аммиаком, сульфидом аммония, карбонатом натрия или фтористоводородной кислотой, с использованием лантана как носителя. Франций при этом остается в растворе. Препараты франция без носителя получают с помощью ионообменной колонки со смолой Дауэкс-50. Франций может быть выделен также электрофорезом на бумаге при потенциале 80 В/см или методом хроматографии на бумаге.

Количественное определение франция осуществляют измерением его радиоактивности. ²¹²Fr определяют сцинтилляционным методом по a-активности. ²²³Fr преимущественно регистрируют по р-излучению (Е_р =1,15 МэВ).

Франций нашел практическое применение в биологии при изучении распределения щелочных металлов в организме животных. Было показано, что он фиксируется в злокачественных опухолях в начальный период заболевания. Это наряду с крайне малым временем жизни изотопов франция делает его перспективным для ранней диагностики раковых заболеваний. ²²³Fr (дочерний продукт распада ²²⁷Ас) применяется для количественного определения актиния в природных объектах (по p-излучению дочернего ²²³Fr), а также для исследования миграции ионов тяжелых щелочных металлов в биологических объектах. FrCl используется для обнаружения раковых опухолей.

В организме определение содержания изотопов франция проводят по у-излучению от тела и р-, у-излучению от биосубстратов (моча, кровь, кал). При работе с францием необходимо соблюдать санитарные правила и нормы радиационной безопасности. Неотложная помощь включает дезактивацию рук и лица водой с мылом, моющими порошками. Внутрь в качестве сорбентов — бентонит или ферроцин с последующим вызыванием рвоты, обильное промывание желудка.