Просмотр кода страницы Франций

{{Redirect|Fr}}{{Химический элемент
| имя = Франций / Francium (Fr)
| символ = Fr
| номер = 87
| вверху = [[Цезий|Cs]]
| внизу = [[Унуненний|Uue]]
| изображение = Francium1.jpg
| подпись = Около 200 000 атомов франция в магнитно-оптической ловушке
| внешний вид = 
| атомная масса = [223]
| группа = 1 (устар. IA)
| период = 7
| блок = <br>[[s-элементы|s-элемент]]
| радиус атома = 2,77 [[Ангстрем|Å]]<ref name="c" />, 290<ref name=a/>
| радиус Ван-дер-Ваальса = 348<ref name="losalamos">{{cite web| title = Francium| publisher = Los Alamos National Laboratory| date = 2011| url = http://periodic.lanl.gov/87.shtml| accessdate = 2012-07-26| archive-date = 2016-11-28| archive-url = https://web.archive.org/web/20161128224053/http://periodic.lanl.gov/87.shtml| deadlink = no}}</ref>
| энергия ионизации 1 = 392,96 (4,0727)<ref name=ISO90>{{статья |автор={{nobr|Arnold E.}} et al. (ISOLDE collaboration) |заглавие=Optical laser spectroscopy and hyperfine structure investigation of the 10<sup>2</sup>S, 11<sup>2</sup>S, 8<sup>2</sup>D, and 9<sup>2</sup>D excited levels in francium |ссылка=http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-4075/23/20/014/pdf |язык=en |издание=Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics |год=1990 |месяц=10 |день=28 |том=23 |номер=20 |страницы=3511—3520 |doi=10.1088/0953-4075/23/20/014 |issn=0953-4075 |archivedate=2021-07-14 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20210714131520/https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-4075/23/20/014/pdf }}</ref>
| конфигурация = [Rn] 7s<sup>1</sup><ref name="рэ"/>
| ковалентный радиус = 260<ref name="w" />
| радиус иона = (+1e) 1,81 [[Ангстрем|Å]]<ref name="c" />, 178<ref name=a/>
| электроотрицательность = 0,7<ref name="w" />
| электродный потенциал = Fr←Fr<sup>+</sup> −2,92 В<ref>{{книга|автор=Лурье Ю. Ю.|заглавие=Справочник по аналитической химии|ссылка=|место=М.|издательство=Химия|год=1989}}</ref><ref>{{книга|автор=Рабинович В. А., Хавин З. Я.|часть=|заглавие=Краткий химический справочник|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=Под ред. А. А. Потехина и А. И. Ефимова|место=Л.|издательство=Химия|год=1991|том=|страницы=|страниц=|isbn=|тираж=|язык=ru}}</ref>
| степени окисления = 0, +1
| плотность = 2,48<ref name="c" />—2,9<ref name="w" />
| теплоёмкость = 31,6<ref name="a" />
| теплопроводность = 15<ref name="w" />
| температура плавления = 8 °C<ref name="c" />,  18—30 °C<ref name=a/><ref name="losalamos"/>; 291—303
| теплота плавления = ~2<ref name="w" />
| температура кипения = 620—680 °C (893—953 К)<ref name="c" /><ref name="losalamos"/><ref name=a/><br>расчётная<ref name=koz03/>: 598 °C, 871
| теплота испарения = 65—69,1<ref name="a" /><ref name="w" />
| критическая точка К = (расчётная<ref name=koz03/>) 1980 ± 50
| критическая точка МПа = 
| молярный объём = 77<ref name="w" />
| структура решётки = кубическая<br>объёмноцентрированная
| параметры решётки = 
| отношение c/a = 
| температура Дебая = 
}}
{{Элемент периодической системы|align=center|fontsize=100%|number=87}}
'''Фра́нций''' ([[Химические знаки|химический символ]] — Fr, от {{lang-la|'''Fr'''ancium}}) — [[радиоактивный элемент|радиоактивный химический элемент]] [[Щелочные металлы|1-й группы]] (по [[Короткая форма периодической системы элементов|устаревшей классификации]] — главной подгруппы первой группы, IA) [[Седьмой период периодической системы|седьмого периода]] [[Периодическая система химических элементов|периодической системы химических элементов]] [[Менделеев, Дмитрий Иванович|Д. И. Менделеева]] с [[атомный номер|атомным номером]] 87.

Франций — самый тяжёлый [[Щелочные металлы|щелочной металл]]; по свойствам он больше всего напоминает [[цезий]]. До его открытия предполагалось, что он является самым электроположительным металлом и наиболее химически активным из всех металлов<ref name="n">{{cite web|title=Франций|publisher=[[Популярная библиотека химических элементов]]. Электронная библиотека «Наука и техника»|date=1998|url=https://n-t.ru/ri/ps/pb087.htm|accessdate=2024-11-04}}</ref>, однако установлено, что [[энергия ионизации]] атома франция выше, чем у цезия, поэтому наиболее электроположительным и химически активным металлом следует считать, по-видимому, цезий<ref name="хж1986">{{статья|автор=|заглавие=Самый металлический металл|издание=[[Химия и жизнь]]|год=1986|том=|выпуск=|номер=3|страницы=76—78|ссылка=https://archive.org/details/B-001-025-151-ALL/page/n77/mode/2up|doi=|arxiv=|bibcode=|язык=ru}}</ref>. Из-за редкости и высокой радиоактивности франций почти нигде не применяется.

Франций — самый редкий природный элемент после [[астат]]а; в природе встречается в ничтожно малых количествах: так, по некоторым данным на 1 атом Fr приходится 3·10<sup>18</sup> атомов природного [[Уран (элемент)|урана]]<ref name="c" />, а общее содержание франция в [[Земная кора|земной коре]] по разным данным от 20—30<ref name="w" /><ref name="losalamos"/> до 340—500 г<ref name="n" /><ref>{{cite web |author=Barbara Cohrssen, Eula Bingham, Frank Arthur Patty|url=https://www.google.ru/books/edition/Patty_s_Toxicology_6_Volume_Set/1mk3lFVtBSQC?hl=ru&gbpv=0  |title=Patty's Toxicology, 6 Volume Set|publisher=[[John Wiley & Sons|Wiley]]|date=2012 |access-date=2023-05-27}}</ref>. Все изотопы чрезвычайно радиоактивны. Обнаружены их распады в астат (путём [[альфа-распад]]а), [[радон]] (путём [[Позитронный распад|позитронного распада]] и конкурирующего с ним [[Электронный захват|электронного захвата]]) и [[радий]] (путём [[Бета-распад|бета-минус-распада]]); кроме того, известен чрезвычайно редкий [[кластерный распад]] франция-221 в [[таллий-207]] с испусканием ядра [[углерод-14|<sup>14</sup>C]]<ref name=Nubase2020/>. Наиболее стабильный (<sup>223</sup>Fr) имеет [[период полураспада]] 22 минуты. Металлический образец франция никогда не наблюдался, существуют лишь фотографии образцов, содержащих до {{nobr|200 000 атомов}}<ref name="oro">{{cite web|author=Orozco L. A. |url=https://pubsapp.acs.org/cen/80th/francium.html|title=Francium|publisher=American Chemical Society|date=2003|access-date=2023-06-12|archive-date=2023-06-12|archive-url=https://web.archive.org/web/20230612142024/https://pubsapp.acs.org/cen/80th/francium.html|url-status=live}}</ref>. Это последний элемент, впервые обнаруженный в природе, а не путём ядерного синтеза.

Многие его физические свойства могут быть определены только путём расчёта, исходя из данных о стабильных [[Щелочные металлы|щелочных металлах]]. Расчётная плотность франция от 1,87 до {{nobr|2,9 г/см<sup>3</sup>}}. Температура плавления франция по некоторым данным от 8 до 30 °C, но этот сильнорадиоактивный металл выделяет столько тепла, что даже в случае получения нескольких миллиграммов, он немедленно закипит и превратится в светящийся дым<ref name="jumk">{{cite web|author=|url=https://images-of-elements.com/francium.php|title=Francium|publisher=Jumk.de Webprojects. Chemical Elements - A Virtual Museum|date=2017|access-date=2024-10-20}}</ref>.

Попытки открыть элемент долгое время оказывались неудачными. Первоначально его пытались найти там, где содержится много щелочных элементов — в морской воде и в золе от сжигания растений. Только после изучения радиоактивных рядов природных изотопов [[Торий-232|тория-232]], [[Уран-235|урана-235]] и [[Уран-238|238]], было предположено, что элемент 87 существует в виде промежуточных членов этих рядов. Открыт в 1939 году через 69 лет после предсказания Менделеева как продукт распада [[Актиний|актиния]].

В настоящее время источником получения этого элемента являются препараты актиния и ядерные реакции, например, облучение [[золото]]й мишени ионами [[кислород]]а, [[Платина|платиновой]] мишени — ионами [[углерод]]а, [[Уран (элемент)|урановой]] или [[Торий|ториевой]] — [[протон]]ами<ref name="losalamos"/>.

{{Clear|left}}

== История ==
Этот элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как «экацезий») ещё в 1870 году. Предполагаемая атомная масса для этого элемента должна была находиться в диапазоне 210—230. В 1871 году в статье «Естественная система элементов и применение её к указанию свойств неоткрытых элементов», опубликованной в журнале Русского физико-химического общества, он писал<ref>{{статья|автор=Менделеев Д. И.|заглавие=Естественная система элементов и применение её к указанию свойств неоткрытых элементов|издание=[[Журнал Русского химического общества]]|год=1871|том=III|страницы=25—56|ссылка=http://www.knigafund.ru/books/56718/read#page31|archiveurl=https://web.archive.org/web/20140317224410/http://www.knigafund.ru/books/56718/read#page31|archivedate=2014-03-17}}</ref>:

<blockquote>«Затем в десятом ряду можно ждать ещё основных элементов, принадлежащих к I, II и III группам. Первый из них должен образовывать окисел R<sub>2</sub>O, второй — RO, а третий — R<sub>2</sub>O<sub>3</sub>; первый будет сходен с цезием, второй — с барием, а все их окиси должны обладать, конечно, характером самых энергичных оснований».</blockquote>

Исходя из расположения «экацезия» в периодической таблице, ожидалось, что сам металл должен быть жидким при комнатной температуре, так как сам цезий плавится при 28 °C. Из-за высокой реакционной способности весь «экацезий» должен встречаться в природе только в виде соединений<ref name="n"/>.

=== Ошибочные сообщения об открытии ===
До 1937 года многие исследователи безуспешно пытались найти элемент 87 в самых различных материалах и средах: в морской и минеральных водах, в золе грибов, сигар, растений, в минералах, в концентратах щелочных металлов, даже в свекловичной патоке. Впоследствии стала понятна причина этих неудач: выяснилось, что элемент 87 не имеет стабильных [[Изотопы|изотопов]], более того, все его изотопы обладают очень коротким временем жизни<ref name="b">{{книга
 | автор         = Лаврухина А. К., Поздняков А. А. 
 | заглавие      = Аналитическая химия технеция, прометия, астатина и франция
 | издательство  = Академия наук СССР
 | год           = 1966
 | страницы      = 297
}}</ref>{{sfn|Венецкий С.И.|1980}} .

В поисках нового элемента в воде морей и океанов особый интерес представляла вода [[Мёртвое море|Мёртвого моря]]. Исследователи установили, что вода этого моря в больших количествах содержит соли щелочных металлов, галогены и другие элементы. Английский учёный {{iw|Джон Ньютон Френд|Джон Ньютон Френд|en|John Albert Newton Friend}}, который в июле [[1925 год|1925 г]]. отправился в эти края, писал: «Уже несколько лет назад — мне пришло в голову, что если экацезий способен к постоянному существованию, то его можно будет найти в Мёртвом море». Из проб воды Мёртвого моря он удалил все элементы, оставляя только щелочные металлы. Их хлориды разделял путём дробного осаждения. Хлорид нового элемента должен был быть самым растворимым. Из очищенного концентрата он высадил [[Гексахлороплатинат(IV) калия|хлороплатинат калия]], в котором предполагал наличие соли экацезия. Однако ни рентгеноспектральный анализ, ни измерения плотности, ни данные оптики результатов не дали<ref name="n"/>{{sfn|Венецкий С.И.|1980}}.

После этого в литературе появились несколько сообщений об открытии экацезия, но все они оказались ошибочными. В 1926 году английские химики [[Дрюс, Джордж Клэридж|Дж. Дрюс]] и Ф. Лоринг писали о наблюдении линии экацезия на рентгенограммах сульфата марганца, они назвали элемент «алкалиний». Американский физик Ф. Аллисон в 1929 году с помощью своего метода магнитооптического анализа «обнаружил» следы 87-го элемента в [[поллуцит]]е и [[лепидолит]]е. Он назвал свой элемент «виргиний». В [[1931 год|1931]] году американские учёные Дж. Пэпиш и Э. Вайнер «нашли» экацезий в минерале [[самарскит]]а, а в 1937 году румынский химик [[Хулубей, Хоря|Х. Хулубей]] заявил, что нашёл экацезий в минерале поллуците и назвал его «молдавием»<ref name="n"/>{{sfn|Венецкий С.И.|1980}}.

=== Открытие ===
[[Файл:Decay chain(4n+3, Actinium series)-ru.svg|350px|thumb|Ряд урана-235]]
Другая группа исследователей искала элемент 87 среди продуктов распада радиоактивных семейств. На тот момент известные радиоактивные ряды — урана-238 {{math|(4''n''+2)}}, урана-235 {{math|(4''n''+3)}} и тория-232 {{math|(4''n'')}} — не включали в себя изотопы 87-го элемента. Предполагали, что либо элемент № 87 — член вымершего ряда наптуния {{math|(4''n''+1)}}, либо недостаточно изучены процессы распада в рядах урана-238 или урана-235 на участке [[радий]] — [[полоний]]. Действительно, когда начали тщательно изучать ряд урана-238, обнаружили, что изотоп [[висмут]]-214 может распадаться 2 путями: испытывать [[альфа-распад]], превращаясь в таллий-210, и [[бета-распад]], переходя в изотоп полоний-214. Это явление назвали разветвлённым распадом, или радиоактивной вилкой. Аналогично, следовало ожидать подобных вилок и на участке радий — полоний<ref name="n"/>.

Впервые сообщение об открытии экацезия как продукта радиоактивного распада появилось ещё в 1913 году. Британский химик {{iw|Джон Арнольд Крэнстон|Джон Арнольд Крэнстон|en|John Arnold Cranston}} работал с образцом нестабильного изотопа <sup>228</sup>Ас. Он обнаружил наличие у него слабого альфа-излучения (помимо известного [[Бета-частица|бета-излучения]])<ref name="n"/>:
: <math chem>\ce{^{228}_{89}Ac} \rightarrow \ce{^{224}_{87}Fr} + \alpha.</math>

Сообщение Крэнстона осталось незамеченным<ref name="n"/>.

В 1914 году австрийские радиохимики — {{iw|Мейер, Стефан (физик)|Стефан Мейер|de|Stefan Meyer (Physiker)}}, [[Гесс, Виктор Франц|Виктор Гесс]] и [[Панет, Фридрих Адольф|Фридрих Панет]] — наблюдали явление разветвлённого распада чистого образца изотопа актиния-227, принадлежащего к ряду актиноурана (<sup>235</sup>U) ({{nobr|4{{math|''n''}} + 3}}). Они обнаружили альфа-частицы с длиной пробега в воздухе 3,5 см. «Эти частицы образуются при альфа-распаде обычно бета-активного <sup>227</sup>Ас, — писали они, — …продуктом распада должен быть изотоп элемента 87»<ref name="n"/>.

Существует теоретическое исследование химика, профессора [[Киевский политехнический институт|Киевского политехнического института]] [[Добросердов, Дмитрий Константинович|Д. Добросердова]]. В 1925 году в «Украинском химическом журнале» он опубликовал заметку, в которой высказал соображения об атомной массе, физических и химических свойствах 87-го элемента и о том, где и какими методами нужно его искать. В частности, по его мнению, экацезий «непременно должен быть весьма радиоактивным элементом». Однако Добросердов ошибся, посчитав, что природная радиоактивность калия и рубидия объясняется присутствием в них экацезия<ref name="n"/>.

В 1926 году радиохимики [[Ган, Отто|Отто Ган]] и [[Хевеши, Дьёрдь де|Д. Хевеши]] попытались доказать присутствие экацезия в [[Радиоактивные ряды|радиоактивных рядах]]. Хевеши изучал альфа-распад изотопов актиния-227 и −228 и показал, что при распаде актиния-228 если и образуется изотоп <sup>224</sup>87, то его количество составляет менее {{nobr|1/200 000 доли}} от исходного количества ядер <sup>228</sup>Ас<ref name="n"/>.

В конце 1938 года французский химик [[Перей, Маргарита|Маргарита Перей]], сотрудница [[Институт Кюри#История|парижского Института радия]] приступила к поискам элемента 87. 9 января 1939 года она исследовала образец актиния-227 и обнаружила [[Альфа-частица|альфа-частицы]] с пробегом 3,5 см. Перей очень тщательно очистила актиний от примесей и продуктов распада, чтобы доказать, что альфа-излучение испускаются актинием, а не [[Протактиний|протактинием]]. [[Соосаждение]]м с {{iw|Гидроксид церия(IV)|гидроксидом церия(IV)|en|Cerium(IV) hydroxide}} она удалила из раствора [[радиоактиний]] — изотоп тория-227; с [[Карбонат бария|карбонатом бария]] были выведены в осадок изотопы радия, а с [[гидроксид лантана|гидроксидом лантана]] — актиний<ref name="n"/>.

Оставшийся раствор мог содержать только соли [[Аммоний|аммония]] и [[Щелочные металлы|щелочных металлов]] и, как казалось, не должен был быть радиоактивным. Однако раствор проявлял довольно сильную бета-активность с периодом полураспада 22 минуты. Стало ясно, что эта активность может принадлежать только щелочному металлу<ref name="n"/>. Химические свойства этого продукта были похожи на свойства [[Цезий|цезия]]. Например, при осаждении из фильтрата сульфидов свинца, висмута, карбоната бария, гидроксидов и фторидов лантана, [[Бета-частица|бета-излучение]] в нём не ослабевало, однако в случае попытки осадить [[перхлорат цезия]] излучение стало наблюдаться только в осадке. Активность полученных кристаллов СsClO<sub>4</sub> также уменьшалась вдвое каждые 22 минуты. Удалось доказать, что ядра актиния-227 с вероятностью 1,2 % испускают альфа-частицы, превращаясь в новый бета-излучатель, обладающий свойствами тяжёлого щелочного металла<ref name="c" />. Так было установлено, что этот продукт является изотопом 87-го элемента с массовым числом 223. Он получил [[Список изотопов с собственными названиями|первоначальное название]] «Актиний К» (AcK). В 1946 году Перей назвала элемент францием, а в 1949 году Международный съезд химиков утвердил это название<ref name="b" />.

В 1953 году М. Перей и французский радиохимик Ж. Адлов разработали способ выделения франция-223 с помощью бумажной хроматографии. Раствор, содержащий актиний-227 (и его продукт распада, франций-223) наносили на конец бумажной ленты, которая погружается в [[элюент]]. По мере движения раствора по бумажной ленте происходит распределение на ней радиоэлементов. Франций движется с фронтом растворителя и откладывается позже других элементов. Описанным методом за 10—40 минут можно выделить чистый препарат <sup>223</sup>Fr. Однако с таким образцом франция работать можно не более 2 часов, после чего образуется большое количество продуктов распада (в основном радий-223)<ref name="n"/>.
[[Файл:3000FrAtoms.jpg|thumb|right|3 тыс. атомов франция-210 в [[Магнито-оптическая ловушка|магнито-оптической ловушке]]]]

В 1995 году исследователи из [[Университет штата Нью-Йорк в Стони-Бруке|университета Стони-Брук]] (Нью-Йорк) под руководством Л. Ороско (Luis Orozco) запустили процесс производства франция путём облучения золота ионами кислорода-18. Целью проекта были точные измерения атомных спектров франция, которые зависят от свойств [[Слабое взаимодействие|слабого взаимодействия]]. За 7 лет развития этого эксперимента удалось увеличить производство атомов франция и захват их лазерной ловушкой от 3 тысяч до 200 тысяч штук за цикл. Однако для проведения экспериментов по поиску нарушений чётности необходима интенсивность миллион штук в секунду. Группа впоследствии использовала ускорительный комплекс {{нп5|TRIUMF||en|}} в [[Университет Британской Колумбии|Университете Британской Колумбии]] в [[Ванкувер]]е (Канада), где вместо облучения золота ионами кислорода использовалось облучение протонами мишени из {{iw|Карбид урана|карбида урана|en|Uranium carbide}}.

По поводу ядерной реакции получения франция из золота Л. Ороско отметил<ref name="oro"/>:

{{цитата|текст=Удивительно, что мы проводим обратную [[Алхимия|алхимию]]: мы начинаем с золота, получаем из него франций в течение трёх минут после ядерной реакции, а конечным продуктом распада франция является свинец.

{{оригинальный текст|en|It is amazing that we somehow manage to do inverse alchemy: We begin with gold, we get francium for three minutes after the nuclear reaction, and, once francium decays, we can end up with lead}}
}}

В декабре 2002 года удалось получить образец из 300 тысяч атомов франция<ref name="oro"/>.

== Нахождение в природе ==
[[Файл:Pichblende.jpg|thumb|Этот образец [[настуран]]а содержит {{nobr|100 000 атомов}} {{nobr|(3,7{{e|-17}} г)}} франция-223 в любое время<ref name="nbb">{{cite book| author = Emsley J.| url = https://books.google.com/books?id=Yhi5X7OwuGkC&pg=PA151| title = Nature's Building Blocks| publisher = Oxford University Press| date = 2001| location = Oxford| pages = 151–153| isbn = 978-0-19-850341-5}} {{Wayback|url=https://books.google.com/books?id=Yhi5X7OwuGkC&pg=PA151 |date=20230725114522 }}</ref>]]
Франций — один из редчайших элементов. Его содержание в земной коре в настоящее время не превышает 500 г<ref name="n" />. Среди элементов, постоянно существующих в земной коре, только [[астат]] имеет меньшее содержание<ref name="nature">[https://www.nature.com/articles/nchem.430 Finding francium — Nature.com]</ref>. Весь природный франций является радиогенным, его радиоактивный распад компенсируется одновременным возникновением новых атомов франция в качестве промежуточных продуктов распада урана-235 и тория-232 (то есть франций находится в [[Вековое равновесие|вековом радиоактивном равновесии]] с материнскими изотопами урана и тория). Самый распространённый изотоп <sup>223</sup>Fr с периодом полураспада 21,8 минуты является промежуточным членом актиноуранового ряда (ряд урана-235). 1 тонна природного урана содержит 0,2 мг актиния-227 и всего 3,8⋅10<sup>−10</sup> г франция-223. Однако активность даже такого образца франция будет огромной: 279 МБк, то есть в секунду будут распадаться 279 млн атомов франция-223<ref name="b" />.

Изотоп <sup>221</sup>Fr с периодом полураспада 4,9 минуты ранее существовал в природе в следовых количествах как член [[Радиоактивные ряды|радиоактивного ряда]] примордиального [[Нептуний|нептуния-237]]. Этот ряд исчез через несколько десятков миллионов лет после образования Солнечной системы, поскольку период полураспада родоначальника ряда, нептуния-237, составляет лишь {{nobr|2,14 млн лет}}. Однако радиогенный нептуний-237 был выделен из природных урановых руд в массовом содержании {{nobr|[<sup>237</sup>Np]/[<sup>238</sup>U] {{=}} (1,8 ± 0,4)·10<sup>−12</sup> г/г}}<ref name=pep52>{{cite doi|10.1021/ja01143a074}}</ref>; он постоянно образуется в результате реакции <sup>238</sup>U(n,2n)<sup>237</sup>U (под действием природного потока быстрых нейтронов, образующихся главным образом в результате (α,n)-реакции на ядрах лёгких элементов) и последующего [[бета-распад]]а <sup>237</sup>U → <sup>237</sup>Np. Кроме того, один из долгоживущих членов ряда нептуния, [[уран-233]], предшествующий францию-221, образуется в урановых и ториевых рудах в результате [[Нейтронный захват|захвата тепловых нейтронов]] торием-232: <sup>232</sup>Th(n,γ)<sup>233</sup>Th и двух последующих сравнительно быстрых бета-распадов: <sup>233</sup>Th → <sup>233</sup>Pa → <sup>233</sup>U<ref name=pep52/>. Следовательно, в природе существуют в крайне малых количествах радиогенные ядра франция-221 (члена ряда нептуния), находящиеся в [[Радиоактивное равновесие|радиоактивном равновесии]] с материнскими ядрами нептунием-237 (соотношение по числу ядер {{nobr|[<sup>237</sup>Np]/[<sup>221</sup>Fr] {{=}} 2,3·10<sup>11</sup>}}) и ураном-233 ({{nobr|[<sup>233</sup>U]/[<sup>221</sup>Fr] {{=}} 1,7·10<sup>10</sup>}}). Из содержания нептуния-237 и урана-233 в урановых рудах можно оценить содержание франция-221 примерно в {{nobr|(1,8·10<sup>−12</sup> г/г)/(2,3·10<sup>11</sup>) ≈ 10<sup>−17</sup> г}} на тонну природного урана<ref name="b" />.

В 1966 году сообщалось о наличии изотопа франция-224 в природе как продукта альфа-распада [[Актиний-228|актиния-228]], члена радиоактивного ряда тория-232<ref name="b"/>. В настоящее время эти данные признаются ошибочными, так как альфа-распад актиния-228 достоверно не обнаружен, хотя и возможен теоретически<ref>{{статья|автор=Abusaleem K.|заглавие=Nuclear Data Sheets for A = 228|издание=Nucl. Data Sheets|год=2014|том=116|выпуск=|номер=|страницы=163—262|ссылка=https://www.nndc.bnl.gov/nudat3/getdataset.jsp?nucleus=228Ac&unc=NDS|doi=10.1016/j.nds.2014.01.002|arxiv=|bibcode=|язык=en|archivedate=2023-10-26|archiveurl=https://web.archive.org/web/20231026132818/https://www.nndc.bnl.gov/nudat3/getdataset.jsp?nucleus=228Ac&unc=NDS}}</ref>.

== Изотопы ==
{{Основная статья|Изотопы франция}}
В природе существует 2 изотопа — <sup>221</sup>Fr и <sup>223</sup>Fr<ref name="b" /><ref name="n" />.

Всего известно 37 изотопов франция с [[Массовое число|массовыми числами]] 197—233 и 7 метастабильных [[Изомерия атомных ядер|ядерных изомеров]]<ref name=Nubase2020>{{Nubase2020}}</ref>.

Франций — один из самых неустойчивых природных элементов: его самый долгоживущий изотоп, франций-223, имеет [[период полураспада]] 21,8 мин<ref name="c" />. Детальный анализ радиоактивных свойств нуклидов франция показал, что не следует ожидать открытия более устойчивых изотопов<ref name="b"/>. Единственным сопоставимым элементом является [[астат]], самый стабильный природный изотоп которого, астат-219 (дочерний нуклид франция-223), имеет период полураспада 56 секунд<ref name=Nubase2020/>, хотя синтетический астат-210 живёт намного дольше, период полураспада 8,1 ч<ref name=Nubase2020/>. Франций-223 также имеет более короткий период полураспада, чем самый долгоживущий изотоп каждого элемента до [[сиборгий|сиборгия]]<ref name=Nubase2020/>. Все изотопы франция распадаются на астат, радий и/или радон<ref name=Nubase2020/>.

[[Франций-223]] входит в одну из побочных ветвей природного [[Радиоактивные ряды#Ряд актиния|радиоактивного ряда]] [[Уран-235|урана-235]]<ref name="рэ"/> и содержится в крайне малых количествах в урановых минералах. Образуется при [[альфа-распад]]е [[Актиний-227|актиния-227]]<ref name="c" /><ref name=Nubase2020/>:
: <math chem>\ce{^{227}_{89}Ac} \rightarrow \ce{^{223}_{87}Fr} + \ce{^{4}_{2}He}</math> (вероятность распада около 1,4 %),
: <math chem>\ce{^{227}_{89}Ac} \rightarrow \ce{^{227}_{90}Th} + e^- + \bar{\nu}_e</math> (вероятность распада около 98,6 %).

[[Список изотопов с собственными названиями|Старое название]] франция-223 — «актиний К» (AcK)<ref name="nature1939">{{cite doi|10.1038/144326a0}}</ref>.

Этот изотоп может распадаться по двум каналам, превращаясь в радий-223 (бета-распад, вероятность почти 100 %) либо в астат-219 (альфа-распад, вероятность 0,006 %)<ref name=Nubase2020/>:
: <math chem>\ce{^{223}_{87}Fr} \rightarrow \ce{^{223}_{88}Ra} + e^- + \bar{\nu}_e,</math>
: <math chem>\ce{^{223}_{87}Fr} \rightarrow \ce{^{219}_{85}At} + \ce{^{4}_{2}He}.</math>

Франций-221 ({{math|''T''<sub>1/2</sub>}} = 4,8 мин) отсутствует в природе, будучи членом вымершего [[Радиоактивные ряды|радиоактивного ряда]] нептуния. Он является продуктом альфа-распада актиния-225<ref name=Nubase2020/>. Наличие франция-221 в ряду нептуния было предположено ещё в 1940 году<ref>{{cite doi|10.1103/PhysRev.57.950}}</ref>. Этот изотоп был выделен из продуктов распада урана-233, полученного облучением тория-232 тепловыми нейтронами<ref name="b"/>:

: <math chem>\ce{^{225}_{89}Ac} \rightarrow \ce{^{221}_{87}Fr} + \ce{^{4}_{2}He}.</math>

Франций-221 почти всегда испытывает альфа-распад. Возможен также бета-распад ([[Коэффициент ветвления (физика)|коэффициент ветвления]] 0,0048 %)<ref name=Nubase2020/>:

: <math chem>\ce{^{221}_{87}Fr} \rightarrow \ce{^{217}_{85}At} + \ce{^{4}_{2}He},</math>
: <math chem>\ce{^{221}_{87}Fr} \rightarrow \ce{^{221}_{88}Ra} + e^- + \bar{\nu}_e.</math>

Также обнаружен происходящий с очень малой вероятностью (8,8{{e|-11}}%) [[Кластерная радиоактивность|кластерный распад]], с испусканием ядра [[Углерод-14|углерода-14]]<ref name=Nubase2020/>:

: <math chem>\ce{^{221}_{87}Fr} \rightarrow \ce{^{207}_{81}Tl} + \ce{^{14}_{6}C}.</math>

Франций-212 является относительно долгоживущим изотопом, его период полураспада 20 минут, получен искусственно. Для него существуют 2 канала распада<ref name=Nubase2020/>:

: <math chem>\ce{^{212}_{87}Fr} \rightarrow \ce{^{212}_{86}Rn}\;+\;e^+\;+\;\nu_e</math> (56 %),
: <math chem>\ce{^{212}_{87}Fr} \rightarrow \ce{^{208}_{85}At} + \ce{^{4}_{2}He}</math> (44 %).

[[Файл:Зависимость энергии альфа-распада Po, At, Rn, Fr в зависимости от числа нейтронов.jpg|thumb|Зависимость энергии альфа-распада Po, At, Rn, Fr в зависимости от числа нейтронов]]

Все лёгкие изотопы франция являются короткоживущими и появление среди них относительно стабильного франция-212 не является случайным. Дело в том, что энергия альфа-распада элемента линейно возрастает со снижением его [[Массовое число|массового числа]] {{math|''А''}}. Однако вблизи ядер с [[Магические числа (физика)|заполненной оболочкой из 126 нейтронов]] эта зависимость нарушается. Такая картина наблюдается для полония, астата, радона и франция. Предполагалось, что существует изотоп франция с числом нейтронов 125, у которого энергия альфа-распада минимальна по сравнению с соседними нуклидами. Поиски изотопа оказались успешными: в 1950 году франций-212 был обнаружен в продуктах облучения тория протонами с энергией 350 МэВ<ref name="b"/>.

[[Файл:Сечение образования изотопов франция и соседних элементов.jpg|thumb|Сечение образования изотопов франция и соседних элементов при облучении урана 660 МэВ-ными протонами]]

В 1960 году исследовали вероятности образования изотопов франция с массовыми числами 220 и менее в процессе бомбардировки урана 660 МэВ-ными протонами. Максимальный выход должен был быть для <sup>220</sup>Fr, а сечение образования <sup>212</sup>Fr оказалось сравнительно мало́ (0,2 мбарн). В то же время при расщеплении ядер тория сечение образования <sup>212</sup>Fr должно быть несколько выше<ref name="b"/>.

== Получение ==
В основном франций (изотоп <sup>223</sup>Fr) получают из препаратов актиния-227. В частности, известен способ получения франция путём облучения радия-226 нейтронами, который через радий-227 превращается в актиний<ref>{{Cite web |url=https://www.britannica.com/science/francium |title=Francium — Britannica |access-date=2023-05-29 |archive-date=2023-06-02 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230602085226/https://www.britannica.com/science/francium |url-status=live }}</ref>:

: <math chem>\ce{_88^{226}Ra} + {_0^{1}n} \xrightarrow{} \ce{_88^{227}Ra} + \gamma, </math>

: <math chem>\ce{_88^{227}Ra} \xrightarrow{42{,}2  \,\,\text{мин}}\ce{_89^{227}Ac} + e^-  + \bar{\nu}_e,</math>

: <math chem>\ce{_89^{227}Ac} \xrightarrow{} \ce{_87^{223}Fr} + \ce{_2^{4}He}</math> (1,4 %).

Франций выделяют путем [[электрофорез]]а, экстракции, [[хроматография|хроматографией]] на органических и неорганических сорбентах, соосаждением перхлоратом или кремневольфраматом цезия, со свободной кремневольфрамовой кислотой. Время выделения франция этими методами 25—30 минут. От рубидия и цезия металл отделяют методом распределительной бумажной хроматографии (франций быстро двигается с фронтом раствора и собирается в самом конце бумажной ленты), с помощью катионообменных смол, и т. д.<ref name="a" />.

Микроскопические количества франция-223 могут быть химически выделены из минералов урана.
<!--

=== Метод облучения тория быстрыми протонами ===
Известно несколько способов выделения франция из продуктов облучения [[Торий|тория]] быстрыми протонами{{sfn|Лаврухина|1966|с=296}}.

1. Облученную ториевую фольгу помещают в 50 мл-центрифужную пробирку и растворяют в 5 мл крепкой горячей [[Соляная кислота|соляной кислоте]], с добавлением нескольких капель 0,2 М-раствора [[Гексафторсиликат аммония|гексафторсиликата аммония]]. К раствору приливают 15 мл охлаждённой льдом концентрированной HCl, насыщенной хлороводородом. Осадок отделяют [[центрифугирование]]м. Прозрачный раствор интенсивно перемешивают и добавляют 3 капли 0,4 М кремневольфрамовой кислоты (silicotungstic acid) HSiW. Получившийся белый осадок отделяют центрифугированием и 2 раза промывают 15 мл крепкой соляной кислотой, насыщенной хлороводородом. После декантации промывной раствор удаляют. Осадок растворяют в 1 мл бидистиллированной воды, но так, чтобы концентрация HSiW в этом растворе была меньше 0,5 М. Для полноты удаления нерастворимого в соляной кислоте осадка, к раствору добавляют 1 мг металлического тория и 0,1-0,2 г [[Гидроксид кальция|гашёной извести]]. Прозрачный [[Декантация|декантат]] после центрифугирования переносят в 15 мл-центрифужную пробирку и снова осаждают кремневольфрамовой кислотой. Осадок растворяют в воде и переносят на верх хроматографической колонки (10х4 мм), заполненной ионообменной смолой дауэкс-50 (зернение 200—500 меш, NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-форма). Колонку медленно промывают 1-2 мл бидистиллированной водой (0,5 мл/мин). На катионите сорбируются ионы франция и цезия. После колонку помещают в пробирку 15 мл, присоединённую к вакууму. Франций и цезий десорбируют 0,5 мкл конц. HCl за 2-3 мин. Метод позволяет выделить франций-223 за 30 минут с выходом более 96 %.

При выделении быстро распадающегося франция-221 стадию [[Ионный обмен|ионного обмена]] не проводят. Осадок после HSiW растворяют в 0,5 мкл воды и смешивают с 1-2 мл диэтилового эфира. Образуется система, состоящая из 3 фаз: нижний слой — жидкое соединение кремневольфрамовой кислоты с эфиром, верхняя фаза — эфир, в центре — водный раствор франция-221{{sfn|Лаврухина|1966|с=297}}.

2. К раствору соли тория, полученной способом выше, добавляют 15 мл ледяного раствора 6М HCl, содержащего 4 капли раствора хлорида цезия (12,67 г/л). Доводят объём до 20 мл. Содержимое охлаждают в ледяной бане, перемешивают и добавляют 1 мл 0,125 М раствора HSiW. Осадок HSiW 2 раза промывают 5 мл раствором 6 М холодной соляной кислоты, затем осадок растворяют в 6 М-гидроксиде натрия. К раствору приливают 5 мл 60 % [[Хлорная кислота|хлорной кислоты]], раствор упаривают до появления обильного белого пара. Раствор охлаждают и увеличивают объём до 10 мл, осадки [[Кремниевая кислота|кремниевой]] и [[Вольфрамовая кислота|вольфрамовой кислоты]] удаляют. Фильтрат упаривают как указано выше, охлаждают и добавляют 15 мл абсолютного (безводного) [[этанол]]а. Раствор перемешивают 1 минуту и отделяют [[перхлорат цезия]] центрифугированием. Перхлорат цезия промывают 10 мл абсолютным ледяным этанолом. Получившийся продукт содержит осколки деления ядер тория высокоэнергетичными протонами: радиоактивные рубидий, цезий и франций. Выход франция при этом методе достигает 80 %. Этот метод предпочтительнее, чем первый{{sfn|Лаврухина|1966|с=297}}.

=== Метод облучения урана быстрыми протонами ===
Известен способ выделения франция-212 из продуктов облучения урана быстрыми протонами. Металлический уран (или U<sub>3</sub>O<sub>8</sub>) после облучения растворяют в небольшом количестве [[Азотная кислота|азотной кислоты]], содержащей несколько капель перекиси водорода. К раствору добавляют 25 мг [[Хлорид цезия|хлорида цезия]], доводят концентрацию HNO<sub>3</sub> до 0,3М и добавляют 10 мг [[нитрат висмута|тринитрата висмута]]. Действием сероводорода удаляют сульфид висмута, его осадок отфильтровывают через шоттовский фильтр № 3. Фильтрат кипятят несколько минут для удаления сероводорода и осаждают уран аммиаком. Урансодержащий осадок отфильтровывают, к фильтрату несколько капель концентрированного гидроксида аммония и 10 мг FeCl<sub>3</sub>. Гидроксид железа(III) осаждают, фильтрат полностью упаривают. Остаток растворяют, перемешивают и при охлаждении добаляют [[этанол]] и [[Хлорная кислота|хлорную кислоту]] в соотношении 4:1. Осадок перхлората цезия отделяют центрифугированием, 2 раза промывают раствором спирта и воды (6:1) с несколькими каплями HClO<sub>4</sub>. Осадок растворяют в воде и переосаждают. Полученный CsClO<sub>4</sub> содержит франций<ref name="b" />.

В ходе эксперимента на синхроциклотроне Лаборатории ядерных проблем [[Объединённый институт ядерных исследований|Объединенного института ядерных исследований]] ([[Дубна]]) 1 г урана облучали протонами с энергией 660 МэВ; за 15 минут удалось получить 5·10<sup>−13</sup> г франция-212<ref name="n" />.
-->

=== Метод облучения золота тяжёлыми ионами ===
Возможно выделение франция из продуктов облучения золота ионами неона-22 (энергия 140 МэВ)<ref name="n" />:

: <math chem>\ce{_{79}^{197}Au} + \ce{_{10}^{22}Ne} \rightarrow \ce{^{212}_{87}Fr} + \ce{^{4}_{2}He} + {3\,}^{1}_{0}\textrm{n}.</math>

Облучённое золото растворяют в 2 мл [[Царская водка|царской водки]], прибавляют некоторое количество радиоактивного цезия-137. Раствор выпаривают, разбавляют до 1,5 мл концентрированной HCl и переносят на [[трибутилфосфат|ТБФ]], нанесённый на [[силикагель]]. Осколки ядер золота, цезий, франций смывают 0,5 мл 1М соляной кислоты, добавляют [[нитрат железа(III)]] и [[нитрат бария]], осаждают гидроксиды и карбонаты добавлением крепкого [[Гидроксид аммония|гидроксида аммония]] и [[Карбонат аммония|карбоната аммония]]. Осадок отфильтровывают, в фильтрат добавляют конц. HNO<sub>3</sub> для разложения карбонатов и почти полностью выпаривают. Остаток растворяют в [[Молярная концентрация|2М]] азотной кислоте. Раствор содержит франций-212 и нестабильные изотопы цезия и рубидия<ref name="b" />.

Помимо неона, для получения франция используют тяжёлый [[Изотопы кислорода|кислород-18]] (энергия 100 МэВ)<ref name="saaubi"/>. Однако при этом сразу получается франций-215* (звёздочка обозначает сильно возбуждённое ядро с чрезвычайно малым временем жизни). Избавляясь от лишней энергии, он выбрасывает несколько нейтронов<ref name="saaubi">{{cite web|url=https://saaubi.people.wm.edu/ResearchGroup/Research/Francium_Research/Francium_Introduction.html|title=Introduction to Francium Spectroscopy|publisher=[[Колледж Вильгельма и Марии]]|date=2007|access-date=2023-06-07|archive-date=2023-06-07|archive-url=https://web.archive.org/web/20230607054121/https://saaubi.people.wm.edu/ResearchGroup/Research/Francium_Research/Francium_Introduction.html|url-status=live}}</ref>:
: <math chem>\ce{^{197}_{79}Au} + \ce{^{18}_{8}O} \rightarrow \ce{^{215}_{87}Fr}^* \rightarrow \ce{^{210}_{87}Fr} + {5\,}^{1}_{0}\textrm{n}.</math>

Нагретую до 1200 К (930 °C) золотую мишень массой 1,5 г и чистотой 99,9999 %<ref name="sci">{{cite doi|10.1016/j.nima.2005.11.193}}</ref> облучают ионами <sup>18</sup>O из [[Линейный ускоритель|линейного ускорителя]]. Получившиеся атомы франция глубоко внедряются в золото, и их необходимо быстро удалить. Атомы быстро [[диффузия|диффундируют]] к поверхности золотой мишени и высвобождаются в виде ионов. Ионы франция направляются электростатическими линзами, затем они попадают на поверхность горячего [[Иттрий|иттрия]], где они снова становятся нейтральными. Атомы переносят в стеклянную колбу. Магнитное поле и отражённые назад лазерные лучи охлаждают и удерживают атомы. Этот метод позволяет создавать до миллиона атомов <sup>209</sup>Fr, <sup>210</sup>Fr или <sup>211</sup>Fr в секунду. Скорость производства конкретного изотопа зависит от энергии пучка ионов кислорода<ref name="p">{{cite web| title = Production of Francium| publisher = State University of New York at Stony Brook| date = 2007-02-20| url = http://fr.physics.sunysb.edu/francium_news/production.HTM| access-date = 2023-04-28| archive-date = 2008-05-15| archive-url = https://web.archive.org/web/20080515113341/http://fr.physics.sunysb.edu/francium_news/production.htm| url-status = bot: unknown}}</ref>. В зависимости от энергии ионов кислорода, можно добиться преимущественного синтеза изотопов франция с массовыми числами 208—211<ref name="sci"/>:

: <math chem>\ce{^{197}_{79}Au} + \ce{^{18}_{8}O} \rightarrow \ce{^{208}_{87}Fr} + {7\,}^{1}_{0}\textrm{n},</math>
: <math chem>\ce{^{197}_{79}Au} + \ce{^{18}_{8}O} \rightarrow \ce{^{209}_{87}Fr} + {6\,}^{1}_{0}\textrm{n},</math>
: <math chem>\ce{^{197}_{79}Au} + \ce{^{18}_{8}O} \rightarrow \ce{^{210}_{87}Fr} + {5\,}^{1}_{0}\textrm{n},</math>
: <math chem>\ce{^{197}_{79}Au} + \ce{^{18}_{8}O} \rightarrow \ce{^{211}_{87}Fr} + {4\,}^{1}_{0}\textrm{n}.</math>

Суммарное уравнение реакции получения изотопов франция из золота и тяжёлого кислорода<ref name="sci"/>:
: <math chem>\ce{^{197}_{79}Au} + \ce{^{18}_{8}O} \rightarrow \ce{^{215-x}_{87}Fr} + {x\,}^{1}_{0}\textrm{n}.</math>

Хотя все эти изотопы распадаются быстро (период полураспада <sup>210</sup>Fr и <sup>211</sup>Fr — три минуты, а <sup>209</sup>Fr — 50 секунд), но с такими изотопами вполне можно работать. На практике, в наибольших количествах получается изотоп франций-210<ref name="saaubi"/>.

=== Другие методы ===
Помимо золота, можно использовать мишень из [[Платина|платины]] и облучать её ионами фтора-19 (энергия 95—110 МэВ)<ref name="inis">{{cite doi|10.1016/0375-9474(86)90185-5}}</ref>. В результате можно получить ценный изотоп, франций-212, с периодом полураспада 20 мин<ref name="umd">{{cite doi|10.1238/Physica.Topical.086a00016}}</ref>:
: <math chem>\ce{^{198}_{78}Pt} + \ce{^{19}_{9}F} \rightarrow \ce{^{212}_{87}Fr} + {5\,}^{1}_{0}\textrm{n}.</math>

Однако платина, в отличие от золота, содержит много природных изотопов и у неё выше температура плавления, а потенциальная мишень для лёгкого отделения франция от неё должна быть раскалена почти до температуры плавления<ref name="h">{{cite web
 |author       = Мотыляев А. 
 |url          = https://hij.ru/read/13495/
 |title        = Франций: факты и фактики
 |publisher    = Химия и жизнь
 |date         = 2018
 |access-date  = 2023-04-28
 |archive-date = 2023-04-30
 |archive-url  = https://web.archive.org/web/20230430230111/https://hij.ru/read/13495/
 |url-status   = live
}}</ref>.

Кроме того, возможно получение изотопов франция с [[Массовое число|массовыми числами]] 211—213 облучением природного [[Таллий|таллия]] ионами углерода-12 (77—96 МэВ) или углерода-13 (87—96 МэВ). Суммарные реакции<ref name="inis"/>:
: <math chem>\ce{^{203,205}_{81}Tl} + \ce{^{12}_{6}C} \rightarrow \ce{^{211,212,213}_{87}Fr} + {x\,}^{1}_{0}\textrm{n},</math>
: <math chem>\ce{^{203,205}_{81}Tl} + \ce{^{13}_{6}C} \rightarrow \ce{^{211,212,213}_{87}Fr} + {x\,}^{1}_{0}\textrm{n}.</math>

Изотопы франция-211 и −213 относительно долгоживущие, их периоды полураспада 3,1 мин и 34 с<ref name=Nubase2020/>.

Известен ещё один способ получения франция-212: для этого природный свинец облучают ионами бора-11<ref name="RIKEN">{{статья|автор=Komori Y. et al|заглавие=Measurement of excitation functions of the <sup>206/207/208</sup>Pb(<sup>11</sup>B,x)<sup>212</sup>Fr reactions|издание=RICEN Accelerator Progress Report|год=2018|том=51 |выпуск=|номер=|страницы=224|ссылка=https://www.nishina.riken.jp/researcher/APR/APR051/pdf/224.pdf|doi=|arxiv=|bibcode=|язык=en}}</ref><ref name="n" />:

: <math chem>\ce{^{206}_{82}Pb} + \ce{^{11}_{5}B} \rightarrow \ce{^{212}_{87}Fr} + {5\,}^{1}_{0}\textrm{n},</math>
: <math chem>\ce{^{207}_{82}Pb} + \ce{^{11}_{5}B} \rightarrow \ce{^{212}_{87}Fr} + {6\,}^{1}_{0}\textrm{n},</math>
: <math chem>\ce{^{208}_{82}Pb} + \ce{^{11}_{5}B} \rightarrow \ce{^{212}_{87}Fr} + {7\,}^{1}_{0}\textrm{n},</math>

Нейтронодефицитные изотопы франция получают облучением [[празеодим]]а ионами никеля-60<ref name="kalan">{{cite doi|10.1103/PhysRevC.87.044335}}</ref><ref name="ijmp">{{cite doi|10.1142/S0218301315500287}}</ref>:
: <math chem>\ce{^{141}_{59}Pr} + \ce{^{60}_{28}Ni} \rightarrow \ce{^{197}_{87}Fr} + {4\,}^{1}_{0}\textrm{n},</math>
: <math chem>\ce{^{141}_{59}Pr} + \ce{^{60}_{28}Ni} \rightarrow \ce{^{198}_{87}Fr} + {3\,}^{1}_{0}\textrm{n},</math>
: <math chem>\ce{^{141}_{59}Pr} + \ce{^{60}_{28}Ni} \rightarrow \ce{^{199}_{87}Fr} + {2\,}^{1}_{0}\textrm{n},</math>
: <math chem>\ce{^{141}_{59}Pr} + \ce{^{60}_{28}Ni} \rightarrow \ce{^{200}_{87}Fr} + ^{1}_{0}\textrm{n}.</math>

Но время жизни этих изотопов исчисляется миллисекундами<ref name=Nubase2020/>.

Нейтроноизбыточные изотопы франция можно получить, например, облучая бериллий ионами урана-238 (1 ГэВ) в [[синхротрон]]е. Так был получен самый тяжёлый изотоп, франций-233<ref name="arx">{{cite doi|10.1016/j.adt.2012.05.003}}</ref>. Этот изотоп живёт менее секунды<ref name=Nubase2020/>.

== Физические свойства ==
[[Файл:Electron shell 087 Francium.svg|мини|справа|[[Электронная оболочка]] атома франция]]
Полная электронная конфигурация атома франция: 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2p<sup>6</sup>3s<sup>2</sup>3p<sup>6</sup>4s<sup>2</sup>3d<sup>10</sup>4p<sup>6</sup>5s<sup>2</sup>4d<sup>10</sup>5p<sup>6</sup>6s<sup>2</sup>4f<sup>14</sup>5d<sup>10</sup>6p<sup>6</sup>7s<sup>1</sup>. Энергия ионизации Fr→Fr<sup>+</sup> 375 кДж/моль; [[Энергия сродства к электрону|сродство к электрону]] 44 кДж/моль, атомный радиус 290 пм, ионный радиус 180 пм (координационное число 6)<ref name="рэ">{{Cite web |url=https://bigenc.ru/c/frantsii-4bce1f |title=БРЭ — Франций |access-date=2023-05-28 |archive-date=2023-04-11 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230411001615/https://bigenc.ru/c/frantsii-4bce1f |url-status=live }}</ref>.

Точка плавления неизвестна из-за чрезвычайной редкости и радиоактивности элемента. Встречаются значения от 8 до 30 °C<ref name="CRC2006"/><ref name="losalamos"/>. Расчет, основанный на температуре плавления бинарных ионных соединений, дает {{nobr|24,7 ± 0,57 °C}}<ref>{{статья|автор=Oshchapovskii V. V.|заглавие=A New Method of Calculation of the Melting Temperatures of Crystals of Group 1A Metal Halides and Francium Metal|издание=Russian Journal of Inorganic Chemistry|год=2014 |том=59 |выпуск=6 |номер=|страницы=561–567 |ссылка=|doi=10.1134/S0036023614060163 |s2cid=98622837 |arxiv=|bibcode=|язык=en}}<br>{{статья|автор=Ощаповский В. В.|заглавие=Новый метод расчета температуры плавления кристаллов галогенидов 1А-металлов и металлического франция|издание=Журнал неорганической химии|год=|том=59|выпуск=|номер=6|страницы=738—745|ссылка=|doi=|arxiv=|bibcode=|язык=ru}}</ref>. Согласно расчётам, температура кипения франция 620—680 °C, плотность при комнатной температуре составляет {{nobr|1,87—2,9 г/см³}}, удельная теплота плавления {{nobr|9,385 кДж/кг}}<ref name=koz03/>. Жидкий франций, если он будет получен, должен иметь [[поверхностное натяжение]] 0,05092 Н/м при температуре плавления<ref name=koz03>{{статья|автор=Kozhitov L. V., Kol'tsov V. B., Kol'tsov A. V.|заглавие=Evaluation of the Surface Tension of Liquid Francium|издание=Inorganic Materials|год=2003 |том=39|выпуск=11 |номер=|страницы=1138–1141|ссылка=| s2cid = 97764887|doi=10.1023/A:1027389223381|arxiv=|bibcode=|язык=en}}<br>{{статья|автор=Кожитов Л. В., Кольцов В. Б., Кольцов А. В.|заглавие=Поверхностное натяжение жидкого франция|издание=Неорганические материалы|год=2003 |том=39 |выпуск=|номер=11 |страницы=1318—1322 |ссылка=|doi=|arxiv=|bibcode=|язык=ru}}</ref>.

Макроскопические количества металла никогда не были получены. Получение такого образца, который можно было бы увидеть или взвесить, крайне маловероятно, поскольку сильная теплота распада, возникающая из-за его высокой удельной активности, немедленно испарит любое видимое количество элемента. Удавалось собрать вместе не более 300 тыс. атомов франция<ref name="oro"/>.

Из-за высокой скорости радиоактивного распада франций невозможно получить в весовых количествах, поэтому исследования его свойств проводят с индикаторными количествами нуклида <sup>223</sup>Fr (менее 10<sup>−15</sup> г)<ref name="a">{{ХЭ|автор= Мясоедов Б. Ф.|статья= Франций|т= 5|с= 187}}</ref>. В растворах удавалось достичь содержания лишь {{nobr|10<sup>−13</sup>—10<sup>−9</sup> г}} франция<ref name="n" />. При таких концентрациях определяющими являются процессы потери радиоактивных изотопов из раствора из-за адсорбции на примесях, стенках сосудов, на осадках и т. д., которыми можно было бы пренебречь, имея дело с макроскопическими количествами элемента<ref name="n"/>.

Потенциал ионизации атома франция-212 из основного состояния был экспериментально измерен<ref name=ISO90/> с высокой точностью на масс-сепараторе радиоактивных ядер [[:en:On-Line Isotope Mass Separator|ISOLDE]] в [[ЦЕРН]]е, где этот изотоп производится путём облучения протонами карбидно-урановой мишени с интенсивностью до 10<sup>10</sup> атомов в секунду (ток пучка 2 пикоампера). В терминах обратной длины волны ионизационный потенциал равен {{nobr|32 848,872(9) см<sup>−1</sup>}}<ref name=ISO90/>, что соответствует {{nobr|4,0727409(11) эВ/атом}}, или {{nobr|392,95976(11) кДж/моль}}.

== Химические свойства ==
Франций — щелочной металл, химические свойства которого во многом напоминают свойства цезия. Тяжёлый элемент с одним валентным электроном<ref name=w/>, он имеет самый высокий [[Эквивалент вещества|эквивалентный вес]] среди всех элементов<ref name="CRC2006">{{cite book |year =2006 |title = CRC Handbook of Chemistry and Physics |volume = 4 |page= 12 |publisher = CRC |isbn= 978-0-8493-0474-3}}</ref>.

В растворах франций ведёт себя подобно цезию. Всегда сокристаллизуется с его соединениями<ref name=w>{{cite web| last = Winter| first = Mark| title = Electron Configuration| work = Francium| publisher = The University of Sheffield| url = http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Fr/eneg.html| accessdate = 2007-04-18| archive-date = 2005-03-09| archive-url = https://web.archive.org/web/20050309184229/http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Fr/eneg.html| deadlink = no}}</ref>. [[Релятивистская квантовая химия|Релятивистские эффекты]] 6''p''-оболочки делают связь франция с кислородом в [[супероксид]]ах, например, состава FrO<sub>2</sub>, более ковалентной, по сравнению с супероксидами других щелочных металлов<ref name="Thayer">{{книга|автор=Thayer J. S. |заглавие=Chemistry of heavier main group elements |doi=10.1007/9781402099755_2 |страницы=81 |ref=Thayer |язык=en |год=2010}}</ref>.

Франций имеет самую низкую [[электроотрицательность]] из всех элементов, известных в настоящее время. Соответственно, франций является и самым химически активным щелочным металлом. По другим данным, энергия ионизации атома франция всё же больше энергии ионизации атома цезия, поэтому самым активным металлом следует считать именно цезий<ref name="хж1986"/>.

Реакция с водой должна происходить со взрывом. В результате реакции образуется самое сильное [[Основание (химия)|основание]] — [[гидроксид франция]] FrOH<ref name="i">{{книга|автор=|часть=|заглавие=Van Nostrand’s Scientific Encyclopedia|оригинал= |ссылка=https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-4757-6918-0|издание=|ответственный=Eds.: Douglas M. Considine, Glenn D. Considine |место=|издательство=Springer|год=1995|том=|страницы=605|страниц=|isbn=978-1-4757-6920-3|тираж=|язык=en}}</ref>. Реакция идёт даже быстрее, чем в случае с цезием.

: <chem>2Fr + 2H_2O -> 2FrOH + H_2</chem>

На воздухе франций будет самовоспламеняться, образуя [[супероксид]] FrO<sub>2</sub><ref name="w" />. Как и другие щелочные металлы, франций будет реагировать с галогенами, давая фторид, хлорид, бромид и иодид франция<ref name="w" />. Растворимость его солей должна быть самой высокой из всех солей щелочных металлов<ref name="h"/>.

{{iw|хлорид франция|Хлорид|en|Francium chloride}}, [[нитрат франция|нитрат]], [[сульфат франция|сульфат]], [[фторид франция|фторид]], [[сульфид франция|сульфид]], {{iw|гидроксид франция|гидроксид|en|Francium hydroxide}}, [[карбонат франция|карбонат]], [[ацетат франция|ацетат]] и [[оксалат франция]] хорошо растворимы в воде<ref name=a/>. Плохо растворимы [[перхлорат франция|перхлорат]], [[пикрат франция|пикрат]], [[иодат франция|иодат]], [[Гексахлороплатинат(IV) франция|хлороплатинат]], [[хлоровисмутат франция|хлоровисмутат]], [[хлороантимонат франция|хлороантимонат]], [[хлоростаннат франция|хлоростаннат]], [[нитрокобальтат франция]]<ref name=a/>. Франций экстрагируется [[нитробензол]]ом в присутствии [[Тетрафенилборат натрия|тетрафенилбората натрия]]. [[соосаждение|Соосаждается]] с простыми и двойными солями рубидия и цезия (например [[Гексахлороплатинат(IV) рубидия|Rb<sub>2</sub>PtCl<sub>6</sub>]] и [[Гексахлороплатинат(IV) цезия|Cs<sub>2</sub>PtCl<sub>6</sub>]], хлоростаннатом Cs<sub>2</sub>SnCl<sub>6</sub>, хлоровисмутатом Cs<sub>2</sub>BiCl<sub>5</sub> и хлороантимонатом цезия 2Cs<sub>2</sub>SbCl<sub>5</sub>·5H<sub>2</sub>O), с гетерополикислотами (фосфорновольфрамовой, кремневольфрамовой, ванадиефосфорновольфрамовой и др.) и их солями<ref name=a/><ref name="n" />.

Франций хорошо адсорбируется из нейтральных и слабокислых растворов на [[Ионообменные смолы|ионообменных смолах]] (сульфокатионитах). С помощью этих смол можно легко отделить франций от большинства химических элементов<ref name="n" />.

== Применение ==
Практического значения в настоящее время элемент не имеет в связи с малым периодом полураспада и высокой радиоактивностью. Франций и его соединения имеют лишь научный интерес. Франций-223 используется для быстрого определения актиния-227 в природных объектах (по дочернему бета-излучению <sup>223</sup>Fr) {{sfn|Лаврухина|1966|с=266}}. Ранее для этого, а также для исследования миграции ионов тяжёлых щелочных металлов в биологических объектах<ref name="c">{{БСЭ3 |статья=Франций}}</ref> измеряли активность всех продуктов распада актиния-227 после достижения равновесия через 3 месяца. М. Перей разработала очень быстрый метод определения по дочернему францию-223. Франций отделяют от актиния через 3 часа после его выделения из природных объектов и измеряют его бета-активность. Этим методом можно с высокой точностью определять актиний даже в присутствии других радиоактивных элементов{{sfn|Лаврухина|1966|с=266}}.

Франций, подобно [[Рубидий|рубидию]] и [[Цезий|цезию]] накапливается в [[Почка млекопитающего|почках]], [[Печень|печени]], [[Слюнные железы|слюнных железах]], поэтому изотопы <sup>212</sup>Fr и <sup>223</sup>Fr используются в биологических исследованиях. Франций также накапливается в тканях [[саркома|сарком]], его [[Активность радиоактивного источника|активность]] в ткани злокачественной опухоли возрастает сразу после начала заболевания. Это свойство франция позволяет диагностировать [[Злокачественная опухоль|раковые заболевания]] без всякого вреда для человека из-за малого периода полураспада <sup>212</sup>Fr и <sup>223</sup>Fr{{sfn|Лаврухина|1966|с=266}}.

Интерес к францию увеличился в конце 1990-х. Тогда была почти завершена [[Стандартная модель]] элементарных частиц. Хотя эта модель в настоящее время является самой успешной теорией физики элементарных частиц, она несовершенна; предложено несколько эффектов, не вписывающихся в Стандартную модель. С помощью франция можно исследовать называемое несохранение [[Чётность (физика)|пространственной чётности]], которое возникает, в частности, когда к [[Электромагнитное взаимодействие|электромагнитным взаимодействиям]] электронов и ядра примешивается [[слабое взаимодействие]], что приводит к аномалиям испускания или поглощения света в тяжёлых атомах. [[Электродинамика]] запрещает некоторые переходы электрона в атоме, то есть свет соответствующей длины волны получить нельзя, а нарушение чётности их иногда разрешает. Легче всего осуществлять подобные опыты на атомах щелочных металлов, так как у них только 1 валентный электрон над полностью заполненными электронными оболочками. Чем тяжелее щелочной металл, тем проще и точнее измерения, поэтому больше всего экспериментов было поставлено на цезии. Теоретически рассчитанный с помощью Стандартной модели слабый заряд ядра цезия оказался очень близок к экспериментально измеренному. Это наложило определённые ограничения на некоторые проявления гипотетической [[Новая физика|новой физики]] (то есть эффектов за рамками Стандартной модели). Однако если использовать более тяжёлый франций, то точность измерения этих эффектов может быть в десятки раз лучше<ref name="h" />.

== Примечания ==
{{Примечания}}

== Литература ==
* {{книга|автор=[[Лаврухина, Августа Константиновна|Лаврухина А. К.]], Поздняков А. А.|часть=|заглавие=Аналитическая химия технеция, прометия, астатина и франция|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=|место=М.|издательство=Наука|год=1966|том=|страницы=260—301|страниц=308|isbn=|тираж=3200|ref=Лаврухина}}
* {{книга |автор=Венецкий С. И. |часть=Редчайший из редких : франций|ссылка часть=http://metallurgu.ru/books/item/f00/s00/z0000006/st019.shtml |заглавие=О редких и рассеянных : Рассказы о металлах|nodot= |оригинал= |язык=ru |ссылка=http://metallurgu.ru/books/item/f00/s00/z0000006/st000.shtml |викитека= |ответственный= |издание= |место=Москва |издательство=[[Металлургия (издательство)|Металлургия]] |год=1980 |том= |страницы= |столбцы= |страниц=184 |серия= |isbn= |тираж=200 000 |ref=Венецкий С.И. |archive-url= |archive-date= }}
{{Навигация|Тема=Франций|Викисклад=Category:Francium|Викисловарь=франций}}{{ВС}}{{Периодическая система элементов}}
{{Щелочные металлы}}
{{Избранная статья|Химия|Физика}}
[[Категория:Радиоактивные элементы]]
[[Категория:Щелочные металлы]]
[[Категория:Элементы, предсказанные Дмитрием Менделеевым]]
[[Категория:Франций| ]]