構造
環の上の点を示す図ではありません。占有された各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。
測定値
各バーは、その性質についてフランシウムが118元素の中でどこに位置するかを示しています。
出典：IUPAC 2021標準原子量 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST。~が付いた値は、測定値ではなく予測値です。
縮尺どおりの大きさ
Radius 260 pm — that is 0.26 nm, so about 1923 million of them side by side would span a millimetre.
熱範囲
フランシウム is liquid over a 650 K window, from 300 K to 950 K.
物語
The second rarest natural element, and the most electropositive — but no one has ever seen a visible sample.
フランシウムは1939年、フランスの化学者Marguerite Pereyによって、パリのCurie Instituteで発見されました。これにより、彼女は天然に存在する元素を発見した最後の人物となりました。Marie Curieの研究室助手として働いていたPereyは、アクチニウム-227の放射性崩壊を研究していた際、一部のアルファ粒子のエネルギーが既知の崩壊生成物と一致しないことに気づきました。彼女の綿密な分析によって元素87の存在が明らかになり、当初は「actinium-K」と名付けられました。
Pereyの発見には、並外れた忍耐と精密さが必要でした。彼女は崩壊エネルギー、半減期、化学的挙動を慎重に測定し、フランシウムを他の放射性生成物と区別しなければなりませんでした。1939年に利用できた基本的な放射線測定装置だけを用いて、元素87がアルカリ金属のように振る舞い、周期表でセシウムの下に位置する未知元素に予測された性質を持つことを証明しました。
Pereyは当初、元素87に「catium」という名前を提案しましたが、後に故郷に敬意を表して「francium」を選びました。彼女の発見は他の研究者によって確認され、International Union of Pure and Applied Chemistryによって正式に認められました。Pereyは1962年、主にフランシウムの発見とその後の核化学研究に基づき、フランス科学アカデミーに選出された最初の女性となりました。
Pereyの発見は、科学者たちが放射性崩壊系列と原子核構造を理解し始めた、核物理学における重要な時期に行われました。彼女の研究は、まもなく核兵器と原子力発電へとつながる理論的枠組みに貢献しました。フランシウムの発見は天然の周期表を完成させ、未発見元素についてのMendeleevの予測を裏付けました。
用途
フランシウムは、原子物理学の理論や量子力学計算を検証する究極の試験対象です。最も電気陽性度が高い元素であるため、フランシウム原子は極限条件における電子の挙動について独自の知見をもたらします。研究者はレーザー冷却や磁気トラップ技術を用いて個々のフランシウム原子を研究し、物理学の基本原理を検証するとともに、標準模型を超える物理現象を探索しています。これらの実験に必要な原子は数千個 בלבדであり、原子構造の理論モデルの検証に役立ちます。
フランシウムは、原子系におけるパリティ非保存の研究に特に有用です。これは、鏡映に対して物理法則が変化するという、自然界における基本的な非対称性です。Fr-210とFr-212の同位体は、素粒子物理学の標準模型を検証し、新しい物理現象を検索する精密測定に用いられます。これらの実験は、なぜ宇宙に反物質よりも物質が多く存在するのかを科学者が理解するのに役立ちます。
研究者はフランシウム原子を用いて、微細構造定数のような自然界の基本定数が時間とともに変化するか、場所によって異なるかを検証しています。これらの測定には、フランシウムの原子遷移を極めて高精度に分光する必要があり、自然法則の安定性と普遍性に関する物理学上の最も深い疑問の一部に取り組むのに役立ちます。
実際のフランシウム試料は極めて希少で入手が難しいため、フランシウムのコンピューターシミュレーションや理論モデルは、原子物理学者の訓練や計算手法の検証に役立ちます。フランシウムの予測された性質を理解することは、超重元素の研究に備えるとともに、周期表全体で用いられる理論的手法の妥当性を確認するのに役立ちます。
フランシウムには、高度に専門化された原子物理学研究以外の実用的な用途はありません。その極端な希少性（地球上に存在する量は常に30グラム未満）と短い半減期（最も長寿命の同位体であるFr-223でさえ、わずか22分）により、有用な量を蓄積することは不可能です。研究での用途はすべて、超高真空システム内で研究される個々の原子、または10,000個未満の原子の集合に関するものです。
科学者は高度なレーザーシステムを用いて、フランシウム原子を1個ずつ捕捉して研究します。これらの実験では、超微細構造、同位体シフト、電気双極子遷移などの原子の性質を、極めて高い精度で測定します。得られたデータは原子理論の精密化に役立ち、重い原子における量子力学計算を検証するための基準を提供します。
フランシウム原子はレーザー冷却技術によって減速・捕捉できるため、絶対零度に近い温度での挙動を詳細に研究できます。これらの実験は、単一原子レベルの量子力学に関する知見をもたらし、後に量子コンピューティングや原子時計など、実用的な用途を持つ他のアルカリ金属に応用される技術の開発に役立ちます。
フランシウムの極端な性質は、化学や物理学の幅広い分野で用いられる理論モデルの検証と改良に役立ちます。フランシウムの挙動を正確に予測することで、後に新材料の設計、化学反応の予測、実験による研究が困難または危険な他の重元素の挙動の理解に応用される計算手法の妥当性を確認できます。
由来
0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements
フランシウムは、ウラン鉱石やトリウム鉱石中に、放射性崩壊系列の極めて希少な中間生成物として自然に存在します。ある時点で地球の地殻全体に存在するフランシウムは30グラム未満であり、アスタチンよりも希少です。この元素はアクチニウム崩壊系列（ウラン-235系列）ではFr-223として、ネプツニウム崩壊系列ではFr-221として存在しますが、これらの同位体はそれぞれ22分と4.8分の半減期で急速に崩壊します。
天然のフランシウムは、アクチニウム-227がアルファ崩壊を起こすか、ラジウム-223がベータ崩壊を起こすと生成します。これらの核反応はウランを含む鉱物の深部で起こりますが、生成したフランシウム原子は蓄積する前に、すぐにラジウムまたはアスタチンへ崩壊します。フランシウム原子の生成と消滅が連続的に起こることで、極めて微小な定常状態の濃度が保たれます。
フランシウムは地質過程ではなく放射性崩壊によって生成するため、特定の地理的な集中地域はありません。カナダのアサバスカ盆地、オーストラリアのオリンピックダム、カザフスタン、ニジェール、米国南西部のウラン鉱床など、ウランやトリウムの鉱床がある場所には微量が存在します。しかし、その濃度は極めて低く、抽出は物理的に不可能です。
科学者は、放射性崩壊による生成速度と、その後の崩壊による消滅速度のバランスを計算して、フランシウムの存在度を推定します。ウランを1%含むウラン鉱石では、フランシウムの濃度は鉱石1グラムあたり約10^-18グラムにすぎません。これは、全世界の経済価値に相当する金額の山の中から、フランシウムの硬貨を1枚見つけるようなものです。
取り扱い
フランシウムは放射性です。 It has no stable isotope — every nucleus decays. 取り扱いには適切な遮蔽と許可が必要です。
フランシウムの同位体はすべて極めて放射性が高く、最も長寿命のFr-223でさえ半減期はわずか22分です。フランシウムは崩壊の際に、高エネルギーのアルファ粒子、ベータ粒子、ガンマ線を放出します。微量であっても致死量の放射線を与える可能性があり、フランシウムはカリウムと化学的に似ているため重要な臓器に蓄積し、重度の放射線中毒と死を引き起こします。
フランシウムの研究には、超高真空チャンバー、レーザー冷却装置、遠隔操作装置など、利用可能な中で最も高度な封じ込めシステムが必要です。すべての作業は、最も危険な放射性物質を扱うために設計された専門施設で実施しなければなりません。作業員は高度な放射線安全手順の訓練を受け、完全な防護具を着用しなければなりません。
フランシウムの巨視的な量は存在できず、すぐに他の元素へ崩壊してしまうため、そのような量を安全に取り扱う手順はありません。研究で使用される原子スケールの量（通常は10,000個未満の原子）でさえ、最大限の注意が必要です。フランシウムが放出されれば、直ちに避難区域が設けられ、長期的な汚染が発生します。
フランシウムは希少であるため、人間が直接曝露することは不可能ですが、理論的な評価では、既知の物質の中でも最も毒性の高いものの一つになると考えられます。カリウムやセシウムと化学的に似ているため、体内全体の細胞過程を乱す一方、強い放射性によって曝露から数時間以内に急性放射線障害、臓器不全、死を引き起こします。
簡単な回答
フランシウム (symbol Fr) is element 87 on the periodic table, a アルカリ金属 in period 7, group 1. The second rarest natural element, and the most electropositive — but no one has ever seen a visible sample. At room temperature it is a solid, and it is radioactive.
[Rn] 7s¹, giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1 electrons respectively.フランシウム melts at 300 K (26.9 °C) and boils at 950 K (676.9 °C). It will melt in a warm room or in the palm of your hand.
フランシウム has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 223, is the mass number of its longest-lived known isotope.
フランシウム is predicted to have a density of about 1.87 g/cm³, though no sample large enough to weigh has ever been made. Water is 1.0 g/cm³ for comparison.
フランシウム has a Pauling electronegativity of 0.7. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.
フランシウム was discovered in 1939 by Marguerite Perey. It is named after france.
フランシウム does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.
Yes. フランシウム has no stable isotope — every one of its nuclei decays. Trace amounts occur naturally as decay products of heavier elements.