Chapitres
Présentation
Le francium est un élément chimique qui porte le numéro 87 dans la classification périodique des éléments.
Informations générales | |
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Symbole | Fr |
Numéro atomique | 87 |
Famille | Métal alcalin |
Groupe | 1 |
Période | 7 |
Bloc | s |
Masse volumique | 1 870 kg·m-3 |
Propriétés atomiques | |
Masse atomique | 223 u |
Configuration électronique | [Rn] 7s1 |
Électrons par niveau d'énergie | 2 | 8 | 18 | 32 | 18 | 8 | 1 |
Oxyde | Base |
Propriétés physiques | |
État ordinaire | Solide |
Point de fusion | 27 °C |
Point d'ébullition | 676,85 °C |
Définitions
- Numéro atomique : Le numéro atomique d'un atome représente le nombre de protons de ce dernier
- Famille : L'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée) a regroupé en 10 familles les éléments chimiques qui présentent des propriétés physiques et chimiques semblables
- Groupe : Chaque groupe correspond aux éléments chimiques présents dans une même colonne du tableau périodique des éléments
- Période : Chaque période correspond aux éléments chimiques présents dans une même ligne du tableau périodique des éléments. Ils partagent également le même nombre de couches électroniques. On en compte 7 au maximum
- Bloc : Les éléments périodiques sont classés par bloc selon leurs propriétés et selon les couches électroniques jusqu’auxquelles elles sont remplies
- Dureté : La dureté d'un matériau représente la résistance qu'il oppose à la pénétration. On peut la mesurer selon plusieurs méthodes : la méthode par pénétration, la méthode par rayage ou encore la méthode par rebondissement
- Point de fusion : Le point de fusion correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l'élément chimique fond, passant ainsi de l'état solide à l'état liquide
- Point d'ébullition : Le point d'ébullition correspond à un moment de pression et de température à partir duquel l'élément chimique bout, passant ainsi de l'état liquide à l'état gazeux
Rappel : La classification périodique des éléments, aussi appelée tableau de Mendeleïev, du nom de son créateur. C'est un chimiste russe qui en 1869 créa un tableau dont le but était de regrouper tous les éléments chimiques connus par points communs (groupes et familles par exemple). Il a souvent été ajusté et mis à jour depuis cette époque. Sa dernière révision date de 2016 par l'UICPA (Union internationale de chimie pure et appliquée), une ONG suisse qui a pour but l'évolution de la physique-chimie. Le tableau périodique compte à ce jour 118 éléments.
L’UICPA, l’Union Internationale de Chimie Pure et Appliquée est une organisation non gouvernementale ayant son siège à Zurich, en Suisse. Créée en 1919, elle s’intéresse au progrès de la chimie, de la chimie physique et de la biochimie. Ses membres sont les différentes sociétés nationales de chimie et elle est membre du Conseil International pour la Science. L’UICPA est une autorité reconnue dans le développement des règles à adopter pour la nomenclature, les symboles et autres terminologie des éléments chimiques et leurs dérivé via son Comité Interdivisionnel de la Nomenclature et des Symboles. Ce comité fixe la nomenclature de l’UICPA.
Un peu d’histoire
Étymologie
Le mot "francium" vient du nom du pays de celle qui l'a découvert, la France.
Premières tentatives de découvertes
A la fin du XVIIIe siècle, les chimistes du monde entier suspectent l'existence d'un élément en dessous du césium dans la classification périodique. On le nomme alors eka-césium, ce qui signifie "en dessous du césium". Ils se lancent alors à sa recherche. Le premier scientifique qui pense avoir découvert l'eka-césium est un chimiste de nationalité russe, Dobroserdov. C'est en remarquant des traces de radioactivité dans un morceau de potassium qu'il en déduit que ce dernier a été contaminé par l'eka-césium. Il rédige alors une thèse pour décrire cet élément en 1925 qu'il nomme d'ailleurs russium, en l'honneur de sa patrie. En 1926, cette fois ce sont deux chimistes britanniques, Druce et Loring qui déclarent avoir trouvé l'eka-césium en observant le spectre rayons-X du sulfate de manganèse. Certaines raies spectrales de ce dernier les laissent penser à la présence de l'eka-césium qu'ils nomment alkalinium, du fait que son poids serait supérieur à celui des métaux alcalins. Quatre années plus tard, en 1930, Allison, un professeur de l'Institut polytechnique de l'Alabama, aux Etats-Unis, annonce la découverte de l'eka-césium suite à l'étude de l'effet magnéto-optique sur la pollucite et la lépidolite, deux espèces minérales. Il appelle alors cet élément virginium, en l'honneur de son état de naissance, la Virginie.
L'effet magnéto-optique est la description de la modification de la propagation d'une onde électromagnétique dans un milieu. Une onde électromagnétique étant la somme d'une onde magnétique et d'une onde électrique, quand elle entre en contact avec un milieu avec un champ magnétique différent, elle est modifiée.
Malheureusement pour lui, en 1934, un autre professeur, le professeur McPherson de l'université de Californie à Berkeley montre que cette théorie est fausse, cette "découverte" est juste due à un problème d'appareillage.
L’Université de Californie à Berkeley est une université américaine considérée comme l’une des universités les plus sélectives et prestigieuses du monde. 91 prix Nobel, 45 prix MacArthur, 23 prix Turing, 19 Oscars, 14 prix Pulitzer, 13 médailles Fields et 207 médailles olympiques ont été décernés à des personnes liées à cette université, que ce soit des anciens étudiants, des professeurs ou des chercheurs depuis sa fondation en 1868. Elle est aussi à l’origine de la découverte de seize éléments chimiques présents dans le tableau périodique. C’est la seule université au monde à être responsable d’autant de découvertes.
La dernière fausse découverte du francium est attribuée à une équipe de deux physiciens, Hulubei et Cauchois, respectivement roumain et française, qui reprirent l'idée de Druce et Loring en analysant encore la pollucite avec un appareil de spectroscopie à rayons-X plus récent et plus précis. Sur le spectre rayons-X ainsi obtenu, ils observent plusieurs raies d'émission qu'ils attribuent à e-césium. Ils publient leur découverte en proposant le nom de moldavium, en l'honneur cette fois de la Moldavie, pays dont est originaire Hulubei. En 1937 cependant, un physicien américain, Hirsh, réfute la découverte d'Hulubei et Cauchois en expliquant qu'ils avaient plutôt remarqué des raies spectrales de mercure et de bismuth, mais en aucun cas de l'eka-césium.
Découverte effective
L'eka-césium a finalement été découvert en 1939, par Marguerite Perey, une chimiste française, à l'Institut Curie de Paris. Lors d'expériences sur la purification d'échantillons d'actinium. C'est alors qu'elle remarque l'émission de petites particules avec une énergie inférieure à celle habituelle de 220 keV. Elle se dit alors qu'il devait y avoir un produit de désintégration encore inconnu.
On appelle produit de désintégration le nucléide descendant d’un désintégration radioactive d’un nucléide précédent
Après avoir analysé les propriétés de cet élément, elle en déduit que ce nouvelle élément pourrait être celui portant le numéro 87. Elle baptisa finalement actinium-K ce nouvel isotope (actuellement francium-223). En 1949 le nom de francium, en rapport avec le pays dans lequel l'élément à été découvert, fut adopté par l'Union internationale des chimistes.
L’Union internationale de chimie pure et appliquée est une ONG suisse créée en 1919 dont le rôle est de surveiller les progrès de la chimie et de la physique, ainsi que de la biochimie. Ses membres sont des sociétés nationales de chimie. C’est elle qui peut reconnaître les nomenclatures, les symboles et tout ce qui est en rapport avec les éléments chimiques. Elle fixe donc la nomenclature de l’UICPA.
Marguerite Perey
Chimiste française ayant vécu de 1909 à 1975. Elle a travaillé dans l'équipe de la célèbre Marie Curie à qui on doit la découverte de la radioactivité. A sa mort, elle devient radiochimiste à l'Institut du Radium à Paris. En 1939, elle gagne sa célébrité en isolant le francium. Après la Seconde Guerre mondiale, elle devient maître de recherche au CNRS sous la direction d'Irène Joliot-Curie, la fille de Marie Curie, et ce jusqu'en 1949. Elle est finalement nommée professeur de la chaire de chimie nucléaire de l'Université de Strasbourg puis devient la toute première femme élue correspondant de l'Académie des Sciences en 1962. Malheureusement, à force de manipuler de l'actinium radioactif, on lui diagnostique un cancer des os. Ce dernier l'affaiblissant fortement, elle est contrainte d'arrêter sa carrière. Elle finit par succomber à son cancer s'étant généralisé en 1975.
Présence à l’état naturel
Le francium peut se trouver sous formes de traces à l'état naturel, notamment dans les minerais d'uranium et de thorium. Il s'y trouve à cause de désintégrations alpha d'actinium 227.
La radioactivité alpha est un rayonnement provoqué par une désintégration alpha qui est une désintégration radioactive où un noyau atomique éjecte une particule alpha qui se transforme en un autre noyau dont le nombre de masse est diminué de 4 et le numéro atomique de 2 à cause de la particule alpha manquante qui est analogue au noyau d’hélium 4
Il est estimé qu'il y aurait 1 atome de francium pour 1018 atomes d'uranium. Il n'y aurait donc jamais plus de 30 g de francium dans la croûte terrestre à un instant donné. Cela en fait le deuxième élément le plus rare de la surface de la terre après l'astate.
Propriétés physiques et chimiques
Le francium est un métal alcalin assez proche du césium. Il ne possède qu'un électron de valence.
On appelle couche de valence d’un atome la dernière couche électronique remplie. Ce sont les électrons qui composent cette dernière couche de valence qui interviennent dans les réactions chimiques
C'est aussi l'élément qui possède l'électronégativité la plus faible à ce jour, 0.7 sur l'échelle de Pauling.
L’électronégativité d'un élément est sa capacité à attirer les électrons lors de la création de liaisons chimiques avec d'autres éléments
Il peut précipiter avec des sels de césium, formant ainsi du perchlorate de francium avec du perchlorate de césium par exemple. Les sels de francium sont presque toujours solubles dans l'eau. On peut obtenir synthétiquement du francium en irradiant du radium avec des neutrons, ce qui produit de l'actinium avec des traces de francium.
Isotopes
Le francium a comme particularité de n'avoir aucun isotope stable. Son radioisotope le plus stable est le francium 233 avec une durée de demie-vie de 22 minutes.
Rappel : Des isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons
Leur nombre de masse s'étendent de 199 à 232. Il a donc 233 isotopes connus.
Le nombre de masse d’un atome est le nombre de nucléons qu’il contient. Il s’agit donc de la somme du nombre de protons et du nombre de protons qui constituent le noyau de l’atome
Les isotopes du francium se désintègrent tous pour former du radon, de l'astate ou du radium.
Utilisations
Etant donné son caractère instable et sa rareté, le francium n'est aucunement utilisé dans l'industrie ni le commerce. Ses seules applications ont lieu dans le domaine de la recherche, parfois aussi un peu pour la médecine.
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