Francium - Définition

Applications

Du fait de son caractère instable et de sa rareté, il n'y a pas d'application commerciale du francium. Il n'est utilisé que dans la recherche, à la fois dans le domaine de la biologie et de celui de la physique atomique. Il a été imaginé qu'il puisse être une aide pour le diagnostic de maladies cancéreuses, mais cette application s'est révélée impossible.

La capacité du francium à être synthétisé, confiné et refroidi, alliée à sa structure atomique relativement simple, en ont fait un objet d'études pour des expériences de spectroscopie. Ces expériences ont conduit à la découverte d'informations concernant les niveaux d'énergie et les constantes de couplage entre particules sub-atomiques. L'étude des rayonnements émis par des ions de francium-210 confinés par laser a permis d'obtenir des données précises quant aux transitions entre niveaux d'énergie atomiques. Les résultats expérimentaux sont proches de ceux prédits par la physique quantique.

Propriétés

Le francium est le moins stable des éléments plus légers que le nobélium (numéro atomique 102). Son isotope le plus stable, le francium 223, possède une demi-vie inférieure à 22 minutes. À titre de comparaison le deuxième élément le moins stable, l'astate, possède une demi-vie pour l'isotope le plus stable inférieure à 8,5 heures. Tous les isotopes du francium se désintègrent en formant de l'astate, du radium ou du radon.

Le francium est un alcalin dont les propriétés chimiques se rapprochent de celles du césium. Étant un élément lourd avec un seul électron de valence, il est l'élément possédant la masse équivalente la plus grande. De même, il est l'élément connu possédant l'électronégativité la plus faible, 0,7 sur l'échelle de Pauling (le deuxième élément le moins électronégatif est le césium, 0,79 sur l'échelle de Pauling). Si du francium liquide pouvait être obtenu, il aurait une tension de surface de 0,05092 J⋅m^-2 à sa température de fusion, ce qui est relativement faible.

Le francium coprécipite avec plusieurs sels de césium, comme le perchlorate de césium avec lequel il forme de faibles quantités de perchlorate de francium. La coprécipitation peut être utilisée pour isoler le francium, en adaptant la méthode de coprécipitation du césium de Glendenin et Nelson. Il précipite notamment avec des sels de césium dont l'iodate, le picrate, le tartrate (il précipite également avec le tartrate de rubidium), le chloroplatinate, et le silicotungstate. Il précipite également avec l'acide silicotungstique et l'acide perchlorique, ce qui rend possible d'autres techniques de séparation. La plupart des sels de francium sont solubles dans l'eau.

Abondance

Naturelle

Le francium est le produit de la désintégration de type alpha de l'actinium 227 et existe à l'état de traces dans les minerais d'uranium et de thorium. Dans un échantillon donné d'uranium, la quantité de francium présente est estimée à un atome pour 10¹⁸ atomes d'uranium. Par ailleurs, des calculs montrent qu'il n'y aurait en permanence qu'au plus 30 g de francium dans la croûte terrestre. À ce titre, il s'agit du deuxième élément le plus rare dans la croûte terrestre après l'astate.

Synthèse

Le francium peut être synthétisé par la réaction nucléaire ¹⁹⁷Au + ¹⁸O → ²¹⁰Fr + 5n. Ce procédé de synthèse, développé à l'Université d'État de New York, permet d'obtenir les isotopes de masses atomiques 209, 210 et 211, qui peuvent être ensuite isolés en exploitant un effet magnéto-optique. Parmi les autres méthodes de synthèse figurent notamment le bombardement d'atomes de radium par des neutrons ou celui d'atomes de thorium par des protons, ou du deutérium ou de l'hélium ionisé. À l'heure actuelle, il n'a jamais été produit en quantité importante.