フランシウムは、化学記号 Fr を持つ化学元素です。放射性金属元素としても挙げられるアルカリ金属元素です。この化学元素には、エカセシウムやアクチニウム K などの他の名前もあります。フランシウムの主な特徴は、その不安定性と希少性です。この元素は天然元素と見なすことができますが、この元素の量は地球上で非常にまれです。科学者は、一度に地殻に含まれるフランシウム元素は 1 オンス以下であると予測しました.
フランシウム元素は、アスタチンに次いで2番目に希少な天然元素です。この化学元素を特定の用途で使用するには、科学者はこの元素を不自然に生成する必要があります。フランシウム元素を作るために、科学者はトリウムに陽子をぶつけたり、ラジウムに中性子をぶつけたりすることができます。この記事では、限られた分野でのフランシウム元素の使用と、その発見と化学的性質について説明します。
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フランシウム元素の発見
フランシウム元素が発見される前に、化学で最も影響力のある科学者の 1 人であるメンデーレフは、周期表にセシウムのような元素が存在するに違いないと予測していました。この元素は、周期表の第 1 族のセシウムの下にある原子番号 87 を持っている必要があります。
この予測のために、この要素の発見に関して多くの科学者から多くの主張、反論、否定がありました。 1920 年代と 1930 年代の時代には、鉱物中のこの放射性元素の発見と X 線スペクトルの新しい線についていくつかの主張がありましたが、これらの主張は科学的証拠に欠けていました.
フランシウムは、1939 年にマルグリット・キャサリン・ペレーというフランスの化学者によって最初に発見されました。その実験で、未知の同位体からのベータ放出を検出したとき、彼女はアクチニウム 227 の精製プロセスを行っていました。その時、彼女は既知のすべての放射性不純物からアクティウムを精製しましたが、彼女はまだ別の元素からの放射能放出を検出していました.彼女は、この要素が欠落している 87 要素であると結論付けました.
この元素は、最初はアクチニウム K として知られていました。この化学元素は、エカセシウムと同様の特性を持っています。その後、ペリーの発見に異議を唱え、分析するためにいくつかの実験が行われました。そして、第二次世界大戦後、この発見は 1946 年に最終的に確認されました。この放射性元素は、ペリーによって、彼女の国であるフランスの名前からフランシウムと名付けられました。
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<強い>1.化学研究におけるフランシウム元素の使用
フランシウムは、商業用途で広く使用されている一般的な化学元素ではありません。これは、その不安定な特性と、自然界での限られた量によるものです。フランシウム元素は、特定の分野の限られた用途でしか使用されていません。この化学元素の主な用途は、化学および原子構造の分野における研究目的です。化学研究におけるフランシウムの一般的な使用法は、自然物中のアクチウム元素を定義することです.
フランシウムの寿命は非常に短いため、この化学元素はアクティウム元素の研究に最適です。以前、科学者は、すべての 227Ac 崩壊生成物の活動から測定を行うことによって、自然界のアクチウムを決定する実験を行いました。実験は、平衡状態に達してから 3 か月後に行われます。その後、Mme.tutunan Perey は、アクティウムの可能性のある誘導体の 1 つであるフランシウム元素によってこのアクチウム元素を決定する新しい方法を導入しました。
この研究を行うには、フランシウムを天然物から分離してから 3 時間以内にアクティウムから分離する必要があります。次に、223Fr の b 活量を測定します。この種のアプローチにより、科学者は他の放射性元素の発生について十分な精度を得ることができます。さらに重要なことは、この新しいアクティウムの決定方法は、古い方法よりも大幅に時間がかからないことです。この方法でフランシウム元素を使用すると、実験結果の品質を低下させることなく、この実験を高速化できます。
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<強い>2.生物学的研究におけるフランシウム元素の使用
化学関連の研究での使用に加えて、フランシウムは生物学的研究にも利点があります。フランシウム元素は、がん検出法に有望な能力を持っています。フランシウム元素、特に 223Fr は、肉腫の早期発見に使用できます。ある研究では、フランシウム (Fr) が Rb および Cs とともにラットのさまざまな器官に注射されています。
実験は、これらのアルカリ金属元素がラットの腎臓、肝臓、膀胱、腸、および唾液に蓄積することを示しました.癌を患っている特定のラットでは、フランシウムは腫瘍に選択的に集中しました。フランシウムの活性は、そのラットの影響を受けた組織で増加しました。この研究から、フランシウムが癌疾患の新しい診断方法として有望な用途を持っている可能性があることがわかります. 223Fr または 212Fr の寿命は非常に短いため、このフランシウム元素も生物に害を及ぼすことはありません。
ただし、このアプローチが生物に適用できるかどうかはまだ不明です。この種のフランシウム元素の用途は、フランシウムがまだ不安定で寿命が非常に短いなどの問題を抱えているため、さらなる研究と実験が必要です。この化学元素が腫瘍学の分野でどのように役立つかを確認するには、詳細な研究を実施する必要があります.
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<強い>3.原子構造研究におけるフランシウム元素の使用
化学分野で使用される別のフランシウム元素は、原子構造の研究です。特別な分光実験には、フランシウム元素が適しています。フランシウムは、トラップされ、冷却され、合成される能力があるため、この分野の優れた対象になります。フランシウム元素も単純な原子構造を持っているため、科学者はその単純な形を使用して実験を行うのがより簡単になります.
フランシウム元素を用いた分光実験は、亜原子粒子のエネルギーレベルや結合定数などの原子構造に関するより良い情報を与えてくれました。この実験は、レーザートラップされたフランシウム 210Fr イオンから光を放出することによって行われます。この実験の結果は、原子エネルギー準位の遷移に関するより正確なデータを提供してくれます。このフランシウム実験の結果は、量子論からの予測とかなり似ています。
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<強い>4.フランシウム元素同位体
フランシウムには、質量が 199 ～ 232 の 34 の既知の同位体があります。7 つの準安定核異性体があります。自然界にフランシウム同位体が存在するのは、フランシウム 223 とフランシウム 221 だけです。最も安定な同位体であるフランシウム 223 の半減期は約 21.8 分です。この同位体は、ベータ崩壊プロセスによってラジウム 223 に崩壊するか、アルファ崩壊プロセスによってアスタチン 219 に崩壊します。
フランシウムは、ウラン鉱物に自然に含まれています。この元素の量は、10 億億個のウラン原子中の 1 個のフランシウム原子にすぎません。この少量のフランシウム 223 は、アクティウム 227 からの放射性崩壊生成物の結果です。アクティウム 227 自体は、ウラン 235 崩壊生成物の一部です。フランシウムの寿命は非常に短いため、科学者は、地球の地殻に一度に存在するフランシウムはおそらく 30 g 未満であると予測しています。フランシウムを取得する別の方法は、合成プロセスを使用することです。フランシウムは次のように核反応で合成されます:
Au + O → Fr + 5 n
この合成プロセスは、質量 209、210、および 211 のフランシウム同位体を構築できる Stony Brook Physics によって導入されました。これらの同位体は、磁気光学トラップまたは MOT によって分離できます。フランシウムの生成量は、酸素ビームのエネルギーレベルに大きく依存します.
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フランシウム元素の化学的性質
前述のように、フランシウムの化学記号は Fr で、原子番号は 87 です。原子量は 223 です (同位体 Fr-223 から)。フランシウムの融点は摂氏約 27 度で、沸点は摂氏約 680 度です。フランシウムは、元素周期表のグループ 1 のメンバーであり、アルカリ金属グループとしても知られています。フランシウムも放射性金属元素に含まれます。
フランシウムには不安定性があります。この放射性元素の最も安定な状態は、イオン Ft です。他のアルカリ金属元素と同様に、フランシウムはコロイドや錯体を形成する傾向がありません.残念ながらフランシウムの化学吸収特性は、その最も安定な同位体の寿命が非常に短いため、特定できません。
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Pu、Tc、Pm、Np などの他の多くの人工化学元素とは異なり、フランシウムは同位体の寿命が限られているため、十分な量を得ることができません。この事実により、この化学元素の実験では、約 10 グラム未満の非常に少量のフランシウムのみが使用されます。この種の条件でフランシウムの化学的特性と物理的特性の両方を調査する実験を行うことは、科学者にとって非常に困難です。
元素の周期表では、フランシウムは第1族またはアルカリ金属族元素の中で最も電気的に陽性の元素と見なされています。この要素は、+1 である 1 つの酸化状態でのみ存在します。フランシウムの分析では、上記の 2 つの元素であるセシウムとルビジウムの類似体がよく使用されます。予測として、科学者は主にセシウム (Cs) とルビジウム (Rb) の化学的性質を使用します。フランシウム元素の化学的性質のほとんどは、化学元素の周期表でフランシウムの上に位置するセシウムに似ていることがわかります.
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