Франций был предсказан Д. И. Менделеевым (под условным названием «эка-цезий»), и был открыт (по следам его радиоактивности) в 1939 году Маргаритой Перей, сотрудницей Института радия в Париже. Она же в 1946 году дала ему название в честь своей родины — Франции.
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. Суммарное содержание франция в земной коре теоретически оценивается в 340 граммов.
Патриотичная дама назвала элемент францием в честь своей родины. Не учла или не знала еще, что он <...> наименее устойчивый из всех радиоактивных элементов, встречающихся в природе.[4]
Как ни странно, <«неустойчивый»> астат — более стабильный элемент, чем франций. <...> Франций нестабилен настолько, что не имеет практического применения.[5]
— Сэм Кин, «Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева», 2010
На периферии ядер такого размера, как у франция и астата, сильное ядерное взаимодействие практически сравнивается с электростатическими силами, поэтому удержать все протоны и нейтроны в таком ядре становится очень сложно. <...> Именно поэтому франций (и по схожим причинам астат) являются крайне нестабильными элементами.[5]
— Сэм Кин, «Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева», 2010
Вместо того чтобы подвергаться обычному альфа-распаду и в результате (потеряв два протона) превращаться в астат, этот атом <франция> более чем в 99,9% случаев облегчает свое перегруженное ядро, претерпевая бета-распад, и становится радием. <...> франций не позволяет своим атомам превращаться в астат, из-за чего астат является ещё более редким.[5]
Франций — сосед цезия по периодической системе элементов. Д. И. Менделеев так и назвал не открытый тогда ещё элемент — экацезием.[6]
— Илья Леенсон, «Большая энциклопедия химических элементов», 2014
…никто никогда не видел и не увидит даже мельчайший кусочек франция. <...> чтобы изучить физические свойства вещества, нужно иметь его в виде хотя бы самого маленького кусочка. Но для франция это невозможно.[6]
— Илья Леенсон, «Большая энциклопедия химических элементов», 2014
Элемент франций образуется при естественном радиоактивном распаде и в соответствующих искусственных ядерных реакциях. Все его изотопы радиоактивны с малым периодом полураспада. Изучение реакций осаждения, растворения и ионного обмена показало, что ион франция ведёт себя в соответствии с занимаемым положением в группе.[1]:260
Неоспоримо и утверждение о том, что цезий практически последний в ряду щелочных металлов. Правда, еще Менделеев предусмотрительно оставил в своей таблице пустую клетку для «экацезия», ― который должен следовать в I группе за цезием, и этот элемент (франций) в 1939 г. был открыт. Однако франций существует лишь в виде быстро разлагающихся радиоактивных изотопов с периодами полураспада в несколько минут или секунд, или даже тысячных долей секунды.[3]
― Какой металл вы считаете наиболее активным из всех?
― Калий, конечно. Он в ряду активности металлов стоит на первом месте.
― Действительно, калий открывает собой ряд активности тех полутора десятков металлов, которые наиболее распространены в виде простых веществ или соединений. Но если выстроить в ряд все восемь десятков металлов?
― Ну, тогда франций или, практически, цезий. Ведь активность металлов в периодической системе возрастает сверху вниз и справа налево.[7]
Высокорадиоактивные элементы редко встречаются в природе, поэтому люди склонны интуитивно полагать, что нестабильные, легко распадающиеся элементы и будут самыми редкими. Так, например, редчайшим элементом является в высшей степени неустойчивый франций, который встречается в земной коре только как промежуточный продукт. В естественной среде атомы франция распадаются быстрее, чем атомы любого другого элемента. И все же самым редким элементом на Земле является вовсе не франций.[5]
Как ни странно, астат <название которого означает в переводе неустойчивый> — более стабильный элемент, чем франций. Если взять миллион самых долгоживущих изотопов астата, половина из них распадётся через 40 минут. Половина такого же количества изотопов франция продержится всего-то 20 минут. Франций нестабилен настолько, что не имеет практического применения. Несмотря на то, что в земной коре франций содержится в достаточном (хоть и мизерном) количестве, чтобы учёные могли его напрямую обнаружить, им никогда не удастся собрать столько атомов франция, чтобы его изучить.[5]
Однако франций в природе встречается чуть чаще, чем астат. Почему? Дело в том, что многие радиоактивные элементы, расположенные вокруг урана, на том или ином промежуточном этапе распада превращаются во франций. А что же франций? Вместо того чтобы подвергаться обычному альфа-распаду и в результате (потеряв два протона) превращаться в астат, этот атом более чем в 99,9% случаев облегчает свое перегруженное ядро, претерпевая бета-распад, и становится радием. Затем радий проходит целый ряд стадий альфа-распада, минуя астат. Иными словами, механизм радиоактивного распада многих нестабильных атомов на клетке франция немного пробуксовывает – именно поэтому количество франция в земной коре измеряется несколькими сотнями граммов. В то же время франций не позволяет своим атомам превращаться в астат, из-за чего астат является еще более редким.[5]
На периферии ядер такого размера, как у франция и астата, сильное ядерное взаимодействие практически сравнивается с электростатическими силами, поэтому удержать все протоны и нейтроны в таком ядре становится очень сложно. У франция 87 протонов, и они совершенно не хотят соприкасаться друг с другом. Ещё в ядре франция насчитывается порядка 130 нейтронов, которые образуют неплохой буфер между положительно заряженными частицами. Но в то же время они делают ядро столь массивным, что сильному взаимодействию не удаётся распространить до самых границ и погасить центробежные силы. Именно поэтому франций (и по схожим причинам астат) являются крайне нестабильными элементами. Соответственно, логично предположить, что ядра с ещё большим количеством протонов, чем у франция, должны испытывать на себе ещё более мощные силы отталкивания, и более тяжёлые атомы окажутся ещё менее стабильными, чем франций.[5]
— Сэм Кин, «Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева», 2010
Странные сходства между астатом и францием начинаются с их ядер. Внутри ядер астата и франция, как и во всех других атомах, соперничают разные силы: сильные ядерные взаимодействия (силы притяжения) и электростатические силы (способные отталкивать частицы). Сильное ядерное взаимодействие – самая мощная из фундаментальных сил природы, но, как ни парадоксально, руки у нее коротки, словно тоненькие лапки огромного тираннозавра. Если частицы отдаляются друг от друга всего на несколько триллионных сантиметра, ядерные силы теряют всю свою мощь. По этой причине они редко проявляются за пределами атомных ядер и чёрных дыр.[5]
Франций — сосед цезия по периодической системе элементов. Д. И. Менделеев так и назвал не открытый тогда ещё элемент — экацезием. Этот последний и самый тяжёлый щелочной металл разительно отличается от всех других в его группе. Во-первых, никто никогда не видел и не увидит даже мельчайший кусочек франция. Во-вторых, у франция нет таких физических свойств, как плотность, температура плавления и кипения. Так что термин «самый тяжёлый металл» можно отнести только к его атомам, но не к простому веществу. И всё потому, что франций — искусственно полученный сильно радиоактивный элемент <...> А чтобы изучить физические свойства вещества, нужно иметь его в виде хотя бы самого маленького кусочка. Но для франция это невозможно.[6]
— Илья Леенсон, «Большая энциклопедия химических элементов», 2014
Франций в публицистике, мемуарах и художественной литературе
Эти элементы здесь, на Земле, почти все устойчивы и неизменны, за исключением немногих радиоактивных ― самораспадающихся ― элементов, к которым относится приобретший столь широкую известность уран, а также торий, радий, полоний. Сюда же надо отнести, по-видимому, полностью распавшиеся 43-й, 61-й, 85-й и 87-й элементы менделеевской таблицы (технеций, прометий, астатин и франций). Другое дело в звездах, где под воздействием гигантских давлений и температур идут реакции перехода одного элемента в другой: водорода, лития, бериллия в гелий или углерода в кислород и снова в углерод, ― реакции с выделением колоссальных количеств энергии: тепла, света и других не менее мощных излучений.[8]
― Всё может быть. Можно пофантазировать и о примеси каких-либо особых, «вымерших» на поверхности земли элементов вроде технеция или франция. Даже допустить, что в состав серого кристалла вошло вещество, вынесенное из таких громадных глубин земной коры, где все привычные нам элементы становятся другими, с совершенно иными свойствами. Подобно тому как простецкий углерод, вынесенный с глубин в сто ― сто двадцать километров, приходит к нам в форме крепчайшего из всех веществ ― алмаза.[2]
Элемент года. Если вы со школы запомнили, что ртуть ― единственный жидкий при комнатной температуре металл, так знайте: это перестало быть правдой в 1939 году, когда французский химик (химичка?) Маргарита Пере открыла щелочной металл с температурой плавления 18 градусов. Патриотичная дама назвала элемент францием в честь своей родины. Не учла или не знала еще, что он самый химически активный из всех щелочных металлов и редчайший и наименее устойчивый из всех радиоактивных элементов, встречающихся в природе. Не очень-то это на Францию похоже, а?[4]
↑ 12Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия, часть 2 (пер. с англ.: Иванова Е.К., Прохорова Г.В., Чуранов С.С. Под ред.: Астахов К.В.) — М.: Мир, 1969 г.
