فرانسیُم (بهفرانسوی:Francium) با نام قدیمیاِکا-سزیم،عنصری شیمیایی با نمادFr وعدد اتمی ۸۷ است که در گروهIA (فلزهای قلیایی) و دورهٔ هفتمجدول تناوبی قرار گرفته‌است.[۱] از دههٔ ۱۸۷۰، که شواهدی مبنیٰ بر وجود این عنصر ارائه شد، چندین تلاش ناموفق برای کشف عنصر، انجام شد؛ تا اینکه شیمیدان فرانسوی؛مارگریت پری برای اولین بار موفق شد تا این عنصر را ثبت کند. عنصر به افتخار زادگاه پری، و کشوری که عنصر در آن کشف شده‌بود، یعنیفرانسه؛ فرانسیم نام گرفت؛ که به آخرین عنصر کشف شده‌ای که در طبیعت به شکل آزاد وجود دارد؛ بدل شد.
فرانسیم در طبیعت؛ در مقادیر بسیار ناچیز، در سنگ معدناورانیم وتوریم یافت می‌شود؛ به شکلی که فرانسیم پس ازآستاتین کمیاب‌ترین عنصر شناخته شده‌است و حتیٰ تخمین زده شده‌است، که در پوسته زمین؛ در هر زمان مشخص، به دلیل ناپایدار بودن آن، فقط حدود ۳۰ گرم فرانسیم وجود دارد. بیشترایزوتوپ‌های فرانسیم به‌طور مصنوعی و در آزمایشگاه‌های اتمی ساخته می‌شوند. بیشترین مقدار فرانسیمی که تاکنون در یک آزمایش، سنتز شده؛ یک خوشه ۱۰٬۰۰۰اتمی بوده‌است که از طریقابر اتمی سرد دردانشگاه استونی بروک، در سال۱۹۹۷ ساخته شده‌است. فرانسیم پس از فروپاشی بهآستاتین،رادیم ورادون تبدیل می‌شود.
فرانسیم، یک الکترونظرفیتی دارد و در میان همهٔ عناصر جدول تناوبی، دارای کمترینالکترونگاتیویته است.دمای ذوب وجوشش فرانسیم به ترتیب ۲۷ و ۶۷۷درجه سانتی‌گراد، وشعاع اتمی آن ۲۷۰پیکومتر است. تمامی ایزوتوپ‌های فرانسیم، ناپایدارند؛ به شکلی کهفرانسیم-۲۲۳ — پایدارترین ایزوتوپ فرانسیم —نیمه‌عمری حدود ۲۲ دقیقه دارد. با وجود نیمه‌عمر نسبتاً کوتاه این عنصر، امروزه دانشمندان کاربردهای زیادی برای این عنصررادیواکتیو، متصور می‌شوند؛ از جمله استفاده آن درپزشکی هسته‌ای (برای تشخیصسرطان) و همچنین استفاده از آن درطیف‌سنجی و تحقیقات هسته‌ای و کاربردهای بسیار زیاد دیگر.
در حدود سال‌های دهه ۱۸۷۰ شیمی‌دان‌ها متوجه شدند که باید عنصری باعدد اتمی ۸۷ در گروهفلزات قلیایی زیرسزیم وجود داشته باشد.[۲] این عنصر با ناماکا سزیم پیش‌بینی شد.[۳] گروه‌های پژوهشی تلاششان را برای یافتن و خالص‌سازی این عنصر ناشناخته آغاز کردند و پس از ۴ تلاش ناموفق، این عنصر ساخته شد.
دوبرو سردوف شیمیدان روسی اولین شخصی بود که ادعای کشف عنصری به نام روسیم یا اکا سزیم را عنوان کرد.در سال ۱۹۲۵ او متوجه وجود رادیواکتیویته ضعیفی در یک نمونه پتاسیم شده و و نتیجه گرفت که این نمونه ممکن است حاوی مقداری از همان عنصر ۸۷ باشد.[۴] سپس او رساله‌ای در مورد خواص این عنصر نوشت و بخاطر نام کشورش آنرا روسیم نام گذاری کرد. اندکی پس از آن دوبرو سردوف به تدریس در انستیتوی پلیمراودسایاوکراین پرداخت و تحقیقات بیشتری در زمینه این عنصر به عمل نیاورد.[۴]
در سال ۱۹۳۶هوریا هولوبی[پانویس ۵] شیمیدان فرانسوی به همراه دوست فرانسوی‌اشایوت کاچویس[پانویس ۶] پولوسیت را با استفاده از دستگاهاشعه ایکس با دقت بالا آنالیز کردند.[۴] آنان متوجه وجود چندین خطوط نشر ضعیف شدند که به عنصر ۸۷ نسبت دادند. این عنصر به افتخارمولداوی که آزمایش‌ها در آنجا انجام شد مولداویم نام گرفت و نماد آن هم Ml تعیین گشت.[۴] در سال ۱۹۳۷ تحقیقات هولوبی بوسیلهٔ یک فیزیکدان آمریکایی بناماف اچ هرش[پانویس ۷] رد شد.[۵] هرش اطمینان داشت که اکا سزیم در طبیعت وجود ندارد و آنان به اشتباه خطوط نشرجیوه یابیسموت را مشاهده کرده‌اند. اگرچه هولوبی تأکید می‌کرد که دستگاه‌های او آنچنان دقیق اند که چنین اشتباهی را مرتکب نمی‌شوند.[۵]
فرانسیم یکی از کمیاب‌ترین عناصری است که درجدول تناوبی یافت می‌شود؛ و گذشته از این،پایدارترین ایزوتوپ آنفرانسیم-۲۲۳نیمه‌عمری معادل تنها ۲۲ دقیقه دارد. از این رو، این ایزوتوپ را می‌توان تنها بااستاتین-۲۱۹ (محصول واپاشیآلفای فرانسیم-۲۲۳) مقایسه کرد. این ایزوتوپ استاتین، خود با نیمه‌عمری برابر با ۵۶ ثانیه، پایدارترین ایزوتوپ طبیعیاستاتین است؛ هرچند که ایزوتوپ‌های سنتز شدهٔ استاتین مانند استاتین-۲۱۰ نیمه‌عمری به مراتب بیشتر، برابر با تقریباً ۸ ساعت، دارد.[۲] محصولات واپاشی فرانسیم عبارتند از استاتین،رادیم ورادون.[۲] فرانسیم-۲۲۳ از پایدارترین ایزوتوپ، تمامی عناصر سبک‌تر و حتی عناصر سنگین‌تر تادوبنیم (عنصری باعدد اتمی ۱۰۵)؛ ناپایدارتر است![۸]
به علت نایابی و ناپایداری امکان جدا کردن اتم‌های فرانسیم به حدی که قابل اندازه‌گیری باشند نیست به همین دلیل برای تعیین خواص آن بیشتر بر روی مکان آن درجدول تناوبی تکیه می‌کنند. فرانسیم با نام اکا-سزیم هم شناخته می‌شود؛ از این رو و موقعیت آن در جدول تناوبی امروز پیش‌بینی می‌شود کهخواص آن بسیار شبیه سزیم باشد.[۸] فرانسیم عنصری سنگین، با تنها یکالکترون ظرفیت است؛[۹] که بیشترین وزناکی‌والان را میان تمام عناصر طبیعی را به این عنصر اختصاص می‌دهد.[۸] فرانسیم مایع -در صورت تشکیل- دردمای ذوبش تنش سطحی برابر ۰٫۰۵۰۹۲نیوتن برمتر خواهد داشت.[۱۰]دمای ذوب فرانسیم، هرچند، به علتناپایداری وپرتوزایی آن، به‌طور دقیق مشخص نیست؛ ولی نزدیک به ۸ درجهسانتی‌گراد تخمین‌زده شده‌است؛[۹] هرچند ارقام دیگری هم برای دمای ذوبش مطرح شده؛ برای مثال، بر اساس روشمندلیف؛ دمای ذوب آن باید حدود ۱٫۵±۲۰ درجه باشد.نقطه جوش آن نیز به‌طور دقیق مشخص نیست؛ تخمین‌های اولیه دما را نزدیک به ۶۲۰ درجه، پیش‌بینی می‌کردند؛ پیش‌بینی دیگری عدد ۵۹۸، را پیشنهاد می‌داد و بر اساس روش مندلیف، به عدد ۶۴۰ می‌رسید.[۹][۱۰]چگالی فرانسیم، نزدیک به ۲٫۴۸ گرم بر سانتی‌متر مکعب می‌باشد.[۹]
به محاسبهلینوس پاولینگ مقدار الکترونگاتیوی فرانسیم باید باسزیم برابر و حدود ۰٫۷ باشد[۱۱] گرچه محاسبات جدیدتر مقدار آن را ۰٫۷۹ نشان می‌دهند اما این مقادیر به‌طور تجربی تأیید نشده‌اند.[۱۲] با محاسبات فعلی فرانسیم کمترینالکترونگاتیوی را در بین عناصری که تا به امروز می‌شناسیم دارد.[۱۲] همچنین امروزه پیش‌بینی می‌شود؛ کهانرژی یونش فرانسیم کمی از سزیم بیشتر باشد.[۱۳]
فرانسیم به علت ناپایداری و کمیاب بودن، کاربرد تجاری ندارد؛[۱۷][۱۸][۱۹][۲۰] ولی فرانسیم امروزه، برای تحقیقات دربارهٔ خواص شیمیایی و ساختار اتمی، استفاده می‌شود.[۲۱] این آزمایش‌ها به کشف اطلاعات دقیقی دربارهٔپتانسیل شیمیایی،ذرات زیر اتمی وترازهای انرژی انجامیده‌است.[۲۲] با توجه به روند سنتز شدن فرانسیم و ساختار اتمی ساده‌ای که دارد؛ امروزه از آن در آزمایش‌هایطیف‌سنجی نیز استفاده می‌شود.[۲۲] امروزه به نظر می‌رسد که می‌توان از فرانسیم درنیروگاه‌های هسته‌ای وسیکلوترون‌ها نیز برای تحقیقات استفاده کرد.[۲۱]
پژوهش‌هایی دربارهٔ استفاده از فرانسیم برای تشخیصسرطان انجام شده‌است،[۲] ولی انجام این عمل، حتی با امکانات فعلی و امروزی، هنوز ناممکن به نظر می‌رسد.[۱۸] مطالعات بر روی نور گسیل شده توسط یون‌هایفرانسیم-۲۱۰ به دام‌انداخته شده توسط لیزر، داده‌های دقیقی راجع به گذارهای بین ترازهای انرژی اتمی در اختیار گذاشته‌اند که شباهت زیادی به نتایج پیش‌بینی شدهٔنظریه کوانتم دارد.[۲۳]
فرانسیم ۲۲۳ نتیجهفروپاشی آلفایآکتینیم-۲۲۷ است که در سنگ معدنتوریم واورانیم یافت می‌شود.[۸] در مقدار مشخصی از اورانیم، گمان می‌رود که به ازای یکصد میلیون اتم اورانیم یک اتم فرانسیم یافت شود.[۱۸] همچنین تخمین زده می‌شود که در تمامپوسته زمین حدود ۳۰گرم فرانسیم موجود باشد.[۲۴] بنابراین فرانسیم بعد ازآستاتین کمیاب‌ترین عنصر در روی زمین است.[۸]
فرانسیم می‌تواند از واکنش هسته‌ایAu(۱۹۷) +O(۱۸) → Fr(۲۱۰) + ۵n بدست آید و از این طریقدانشگاه استونی بروک توانست مقدار زیادی ازایزوتوپ‌های فرانسیم-۲۰۹، ۲۱۰ و ۲۱۱ فرانسیم را تهیه کند.[۲۵] که روش مشتق شدهٔتله مغنانوری است.[پانویس ۱۰][۲۶] بجز این، روش‌های بمباران رادیم با نوترون و بمبارانتوریم باپروتون،دوتریم و یون‌هایهلیم در سنتز فرانسیم بکار می‌رود.[۲۷] فرانسیم از سال ۲۰۰۸ تاکنون در مقادیر قابل توجه سنتز نشده‌است.[۲][۱۸][۲۸] در روشتله مغنانوری اتم‌های فرانسیم از طریق میدان مغناطیسی ایجاد شده توسطمس جدا شده و توسط لیزر به دام انداخته می‌شوند.[۲۶]
تاکنون ۳۴ ایزوتوپ فرانسیم ازعدد جرمی ۱۹۹ تا ۲۳۲ کشف یا سنتز شده‌اند.[۲۹] که در این میان، هفتایزومر هسته‌ای نیز تا به امروز کشف شده‌اند.[۸] دو ایزوتوپ فرانسیم-۲۲۳ و ۲۲۱ تنهاایزوتوپهایی هستند که در طبیعت یافت می‌شوند، ولی فراوانی فرانسیم-۲۲۱ به مراتب بیشتر از فرانسیم-۲۲۳ می‌باشد.[۳۰]
فرانسیم-۲۲۳ پایدارترین ایزوتوپ فرانسیم بانیمه‌عمر ۲۱٫۸ دقیقه‌است.[۸] فرانسیم-۲۲۳ پنجمین محصول فروپاشی آکتینیم-۲۲۷ می‌باشد.[۲۰] سپس باواپاشی بتا بهرادیم-۲۲۳ (با انرژی واپاشی ۱۱۴۹کیلوالکترون ولت) تبدیل می‌شود؛ در این بین درصدی جزئی از آن (۰٫۰۰۶٪) باواپاشی آلفا به آستاتین-۲۱۹ تبدیل می‌شود.[۳۱] بعد از فرانسیم-۲۲۳، فرانسیم-۲۱۲ با نیمه‌عمر ۲۰ دقیقه پایدارترین ایزوتوپ می‌باشد[۳۲] فرانسیم-۲۲۱ نیمه‌عمری حدود ۴٫۸ دقیقه دارد[۸] و نهمین محصول فروپاشی آکتینیم-۲۲۵ است.[۲۰] سپس خود با فروپاشی آلفا بهآستاتین-۲۱۷ تبدیل می‌شود (با انرژی واپاشی ۶٫۴۵۷ مگاالکترون ولت).[۸] فرانسیم-۲۱۸ نیز به‌طور تخمینی نیمه‌عمری نزدیک به ۵×۱۰-۳ ثانیه دارد و باواپاشی آلفا و با انرژی ۷٫۸۵ مگاالکترون ولت بهآستاتین تبدیل می‌شود.[۸][۳۳] ناپایدارترین ایزوتوپ فرانسیم، درحالت پایه، فرانسیم-۲۱۵ با نیمه‌عمر ۰٫۱۲ میکروثانیه‌است (انرژی واپاشی ۹٫۵۴ کیلوالکترون ولت).[۸] و ایزومر ناپایدارتر آن، فرانسیم-۲۱۵m نیمه‌عمری برابر با ۳٫۵ نانو ثانیه می‌باشد.[۳۴]
↑۵٫۰۵٫۱۵٫۲۵٫۳۵٫۴Van der Krogt, Peter (January 10, 2006)."Francium".Elementymology & Elements Multidict. Archived fromthe original on 23 January 2010. RetrievedApril 8, 2007.
↑۱۰٫۰۱۰٫۱Kozhitov, 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.
↑E. N K. HydeRadiochemistry of Francium, Subcommittee on Radiochemistry, National Academy of Sciences-National Research Council; available from the Office of Technical Services, Dept. of Commerce, 1960.
↑Gagnon, Steve."Francium". Jefferson Science Associates, LLC. Archived fromthe original on 31 March 2007. RetrievedApril 1, 2007.
↑۲۰٫۰۲۰٫۱۲۰٫۲Considine, Glenn D., ed. (2005).Chemical Elements, in Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. New York: Wiley-Interscience. p. 332.ISBN978-0-471-61525-5.
↑۲۱٫۰۲۱٫۱Haverlock, T. J.; Mirzadeh, S.; Moyer, B. A. (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.PMID12553788.
↑John Emsley (۲۰۰۳)، «Francium»،Nature's Building Blocks، Oxford university Press، ص. ۱۵۲،شابک۰-۱۹-۸۵۰۳۴۰-۷«پیوند مستقیم». بایگانی‌شده ازاصلی در ۱۱ مه ۲۰۱۲. دریافت‌شده در۵ آوریل ۲۰۰۹.
↑Earl K. Hyde،The radiochemistry of francium، Subcommittee on Radiochemistry، ص. ۲"پیوند مستقیم"(به انگلیسی). Archived fromthe original on 11 May 2012. Retrieved4 April 2009.
