프랑슘

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프랑슘(87Fr)
87 RnFrRa
Cs

Fr

Uue
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87 전자 껍질
87Fr
일반적 성질
, 주기, 구역 1족, 7주기, s-구역
화학 계열 알칼리 금속
겉보기 금속성
원자 질량 223.019(7) g/mol
전자 배열 [Rn] 7s1
준위전자 2, 8, 18, 32, 18, 8, 1
프랑슘의 전자껍질 (2, 8, 18, 32, 18, 8, 1)
물리적 성질
상태 고체
밀도 (실온) 1.87 g·cm−3
녹는점  ? 300 K
끓는점  ? 950 K
융해열 2 kJ/mol
기화열 65 kJ/mol
증기압
압력(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
온도(K) 404 454 519 608 738 946
원자의 성질
산화수 1 (강염기성 산화물)
전기 음성도 0.7 (폴링 척도)
이온화 에너지 1차: 380 kJ/mol
원자 반지름 260 pm
판데르발스 반지름 348 pm
그 밖의 성질
자기적 질서 체심 입방정계
전기저항률 3 µΩ·m
열전도율 (300 K) 15 W/(m·K)
CAS 등록번호 7440-73-5
주요 동위 원소
동위체 존재비 반감기 DM DE
(MeV)
DP
221Fr 인공 4.8 m α 6.457 217At
222Fr 인공 14.2 m β- 2.033 222Ra
223Fr 100% 22.00 m β- 1.149 221Ra
α 5.430 219At
동위 원소 목록
우라늄 광석(피치블렌드)의 모습

프랑슘(←영어: francium 프랜시엄[*], 문화어: 프란시움←독일어: Francium 프란치움[*])은 화학 원소로 핵반응으로 만드는 알칼리 금속이다. 원소기호는 Fr(←라틴어: francium 프랑키움[*])이며, 원자번호는 87이다. 다른 말로 에카-세슘 또는 악티늄-K[1]로 부르기도 한다. 알칼리 금속중에서 가장 무거운 원소이다. 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘과 같은 다른 알칼리 금속처럼 프랑슘도 화합물에서 +1가 형태의 이온 형태를 띠고(Fr+), 화학적 성질은 세슘과 매우 비슷하다. 프랑슘의 가장 안정한 동위 원소의 반감기는 22분으로 매우 불안정하기 때문에, 아직 많은 양의 원소를 만들지는 못했다.[2]

화학적 성질[편집]

원자번호는 87, 원소기호는 Fr, 질량수는 223.019이다. 프랑슘의 녹는점은 300K, 끓는점은 950K이다. 세슘과 매우 비슷한 화학 성질을 가지기 때문에 모든 성질이 세슘과 비교해서 조금밖에 차이가 나지 않는다. 일부 과학자들은 프랑슘의 끓는점을 935K으로 보는 경우도 있다. 전기 음성도는 0.7로[3], 세슘이 0.79인 것에 비해 0.09정도 차이가 난다. 이온화 에너지는 1차 380kJ/mol, 2차 2200kJ/mol, 3차 3300kJ/mol(2차, 3차는 세슘에 의한 추정)이다. 프랑슘은 붕괴하여 라돈으로 된다.[4]

존재량[편집]

천연 존재[편집]

프랑슘은 안정적인 원소 악티늄-227의 알파 붕괴로 미량 생기는 방사성 원소이다. [5] 우라늄 광석에 약간 들어 있으며, 우라늄 광석 1개에 들어 있는 프랑슘의 원자 수는 1×1018 개의 우라늄 원자의 1개 정도이다. 지구상에 존재하는 모든 프랑슘의 양은 계산 결과 최대 30 g 정도이며 이 프랑슘은 붕괴하여 아스타틴이 된다.[2]

인공 생성[편집]

미국 캘리포니아 버클리 연구소에서 안정적인 -197에다 산소 16, 17, 18을 충돌시켜서 프랑슘-209, 프랑슘-210, 프랑슘-211을 만들었다. 각각 남은 중성자 수는 3개, 4개, 5개였다. 2009년 라듐양성자 1개, 중수소 1개, 헬륨 이온을 충돌시켜 생성하려고 하였으나 실패하였다.

역사[편집]

1939년 마그리트 페레에 의해 프랑슘이 발견되었다. [6] , 프랑슘의 존재는 1870년대에 멘델레예프에 의해 에카-세슘 (eka-cesium)[7]으로 예측되었다. 마그리트 페레는 223 프랑슘을 발견하고 자신의 조국인 프랑스의 이름을 따 새로운 원소를 프랑슘으로 명명했다.

여러 가지 반응[편집]

공기와의 반응[편집]

아직까지 모양을 확실하게 알 수 있는 정도의 양을 한번에 제조한 경우는 없다. 아마도 매우 연하고, 쉽게 자를 수 있는 고체 금속일 것이며 실온에서 액체일지도 모른다.[8] 깨끗한 프랑슘의 표면은 공기로부터 산소나 수증기와 반응하기 때문에 곧바로 변색될 것이다. 공기 중에 연소된다면 초산화 프랑슘 (FrO2)이 될 것으로 예상된다.

물,할로젠,산염기 반응[편집]

아직까지 어느 누구도 이 금속과 물을 반응시킨 바가 없다. 수산화물의 무색 용액과 수소 기체를 형성하는 1 족 원소의 특성상 프랑슘과 물의 반응 결과도 동일할 것이다. 반응은 아마도 세슘보다 위험할 것이다. 프랑슘 금속은 모든 할로젠(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 아스타틴)원소와 격렬하게 반응하여 할로젠화 프랑슘을 형성할 것으로 예상할 수 있다. 산 또는 알칼리와의 반응도 다른 알칼리 금속들과 동일할 것으로 추정된다.

산출[편집]

우라니나이트(피치블렌드)의 시료는 약간의 프랑슘을 포함한다. 임의 시간에 10-20 g의 프랑슘(1×10^18개의 우라늄 원자당 한 개의 원자)이 존재하는 것으로 추정된다. 악티늄의 붕괴의 결과로서 발생하는데 우라늄 광석들 내에서 발견되며 토륨(Th)에 양성자들을 충돌시켜 인공적으로 제조할 수 있다. 자연에 존재하는 원소들 중에서 가장 불안정한 원소이다. 가장 안정적인 동위원소이며 227Ac의 딸 핵인 223Fr의 반감기는 22분이다. 이는 자연계에 존재하는 유일한 동위원소이며 임의의 시간에 지구 지각에 존재하는 양은 많아야 20-30g 이다. 원소의 무게를 측정할 수 있는 양이 제조되거나 분리되지는 않고 있다. 34 여종의 동위원소들이 알려져 있고 지구에서 매우 희귀하여 단지 몇몇 우라늄 광석들 내에 매우 적은 미량으로서 발견된다. 아직까지 순수한 원소로서 결코 분리되지 않고 있다. 악티늄은 대부분 베타붕괴를 하지만 약 1%는 알파붕괴한다. 악티늄-K로 불리는 이 딸 원소는 오늘날 22 분의 반감기를 가진 동위원소인 223Fr이다.

동위 원소[편집]

동위 원소는 약 34여종이 알려져 있으며 질량은 199에서 232까지 다양하다. 또한 7개의 이성질핵 동위원소가 존재한다.[3] 프랑슘-223은 자연에서 유일하게 존재하는 동위 원소이며 나머지 동위원소들은 모두 인공적으로 만든 것이다.

프랑슘-223은 모든 동위원소 중 가장 안정적인 동위원소로서 반감기는 약 21.8분이고 천연적으로 발견된 유일한 동위 원소이다. 프랑슘-223은 악티늄-227의 알파 붕괴 과정에서 생기는 원소로 악티늄-227의 딸핵이다. 프랑슘-223은 베타 붕괴하여 라듐-223으로 되며 붕괴에너지는 1149 keV 정도이고, 적은 비율(0.006%) 로는 알파 붕괴되어 아스타틴-219로 되고, 붕괴 에너지는 5.4 MeV정도이다.

프랑슘-221의 반감기는 4.8 분이다. 이 동위 원소는 악티늄-225가 알파 붕괴하여 생긴 것으로 악티늄-225의 딸핵이다. 프랑슘-221 역시 알파 붕괴하여 아스타틴-217로 되며, 붕괴 에너지는 6.457 MeV정도이다.

가장 반감기가 짧은 동위 원소는 프랑슘-215로, 반감기는 0.12μs 정도이다. 프랑슘-215는 아스타틴-211로 알파 붕괴하며, 붕괴 에너지는 9.54 MeV정도이다. 가장 반감기가 긴 이성질핵 동위원소는 프랑슘-215m이며, 반감기는 3.5 ns 정도이다.

주석[편집]

  1. Actually the least unstable isotope, Fr-223
  2. 《CRC Handbook of Chemistry and Physics》. CRC. 0-8493-0474-1
  3. Linus, Pauling. 《The Nature of the Chemical Bond (3rd Edn.)》. Cornell University Press, 93쪽
  4. Andy, Price (2004년 12월 20일). Francium. 2007년 3월 25일에 확인.
  5. Mark, Winter. Electron Configuration. The University of Sheffield. 2007년 4월 18일에 확인.
  6. Some synthetic elements, like technetium, have later been found in nature.
  7. "eka"는 주기율표의 동족란의 빈자리에 밝혀지지 않은 원소를 표현할 때에 사용하는 접두사
  8. L. V., Kozhitov, Kol'tsov, V. B.; Kol'tsov, A. V. (2003년 2월 21일). Evaluation of the Surface ss Media B.V.. doi:10.1023/A:1027389223381. 2007년 4월 14일에 확인.

바깥 고리[편집]