Francium 19538 30088822 2008-05-28T16:35:00Z Phe 3086 Université d'État de New York à Stony Brook {{Élément/Francium}} Le '''francium''' est un [[élément chimique]] de [[numéro atomique]] 87 connu pendant un temps sous les noms de '''eka-césium''' ou '''actinium K'''. C'est un [[métal alcalin]] [[radioactivité|radioactif]] de [[masse atomique]] 233 et de symbole '''Fr'''. C'est le second élément le plus rare, après l’[[astate]] : il n'en existerait qu'une trentaine de [[gramme]]s dans la [[croûte terrestre]]. <br /> Cette rareté est due à son existence transitoire, en tant que produit de [[désintégration]] de l'[[actinium]]. La [[demi-vie]] de l'[[isotope]] le plus stable {{p|223}}Fr est de 23 [[minute (temps)|minute]]s, puis il se transforme lui-même en [[radium]] par [[désintégration bêta]] ou en [[astate]] par [[rayonnement alpha]]. <br /> Et c'est cette double radioactivité qui rend l'astate encore plus rare que le francium, même si l'astate a une demi-vie supérieure à celle du francium ({{unité|8.1|h}} > {{unité|22|min}}). Le francium a été découvert en [[1939]] à l'[[Institut Curie]] de Paris par [[Marguerite Perey]], en purifiant du [[lanthane]] contenant de l'actinium. Il s'agit du dernier élément découvert dans la nature et non synthétisé (certains éléments tels le [[technétium]] ont été découverts dans la nature après avoir été synthétisés en laboratoire). == Histoire == Dès les [[années 1870]], la communauté des chimistes pensait qu'il devait exister un [[métal]] de type [[métal alcalin|alcalin]] de [[numéro atomique]] 87<ref name="andyscouse">{{en}}[http://www.andyscouse.com/pages/francium.htm Andy Price ''Francium'' (2004-12-20)], consulté le {{date|15|août|2007}}.</ref>, en dessous du [[césium]] dans la [[classification périodique]]. Il était alors connu sous le nom provisoire eka-césium<ref name="chemeducator">{{en}} Adloff, Jean-Pierre; Kaufman, George B. ([[2005]]-[[25 septembre|25-09]]). [http://chemeducator.org/sbibs/s0010005/spapers/1050387gk.htm Francium (Atomic Number 87), the Last Discovered Natural Element]. ''The Chemical Educator'' '''10''' (5). Consulté le {{date|26|mars|2007}}.</ref>. Les équipes de chercheurs essayaient de découvrir et d'isoler cet élément manquant. Au moins quatre annonces prématurées de sa découverte furent faites avant qu'il soit effectivement découvert. === Découvertes erronées ou incomplètes === Le premier scientifique à annoncer avoir découvert l’''eka-césium'' fut le chimiste [[Russie|russe]] D. K. Dobroserdov. En [[1925]], celui-ci observa des traces de [[radioactivité]] dans un échantillon de [[potassium]] (un autre métal alcalin), et en conclut à une contamination de l'échantillon par l'eka-césium<ref name="fontani">{{doc}} {{en}} Marco Fontani, [http://5ichc-portugal.ulusofona.pt/uploads/PaperLong-MarcoFontani.doc ''The Twilight of the Naturally-Occurring Elements: Moldavium (Ml), Sequanium (Sq) and Dor (Do)''] in ''International Conference on the History of Chemistry'' pages 1–8 (2005-09-10) ; Lisbone (consulté le {{date|8|avril|2007}})</ref>. Il publia alors une thèse au sujet de ses prédictions des propriétés de cet élément, dans laquelle il le baptisa ''russium'', du nom de son pays<ref name="vanderkroft">{{en}} Peter Van der Krogt [http://www.vanderkroft.net/elements/elem/fr.html ''Francium''] in ''Elementymology & Elements Multidict'' (2006-01-10) (consulté le 8 avril 2007)</ref>. Peu après, Dobroserdov commença à se concentrer sur sa carrière d'enseignement à l'Institut Polytechnique d'[[Odessa]] et ne poursuivit pas ses travaux plus avant<ref name="fontani" />. L'année suivante, les chimistes anglais Gerald J. F. Druce et Frederick H. Loring analysèrent des [[Spectrométrie de fluorescence X|clichés de Rayons-X]] du [[sulfate de manganèse]]<ref name="vanderkroft" />. Ils remarquèrent des [[Raie spectrale|raies spectrales]] qu'ils attribuèrent à l'eka-césium. Ils annoncèrent alors leur découverte de l'élément 87 pour lequel ils proposèrent le nom ''alkalinium'', puisque cet élément serait le plus lourd des métaux alcalins<ref name="fontani" />. En [[1930]], le professeur Fred Allison, de l'[[Université d'Auburn|Institut Polytechnique de l'Alabama]], annonça la découverte de l'élément 87 après l'étude de l'[[effet magnéto-optique]] d'échantillons de [[pollucite]] et de [[lépidolite]]. Allison demanda à ce que l'élément soit baptisé ''virginium'', du nom de son [[Virginie (État)|état de naissance]], et proposa pour symbole Vi et Vm<ref name="vanderkroft" />{{,}}<ref>{{périodique|lang=en| titre = Alabamine & Virginium|revue= TIME| date = 15-02-1932|résumé= http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,743159,00.html| date de consultation = {{date|1|avril|2007}} }}</ref>. Cependant en [[1934]], le professeur MacPherson, de l'[[Université de Californie (Berkeley)|Université de Californie]], montra que cette découverte était erronée et liée à des problèmes d'appareillage<ref>{{périodique|lang=en| auteur = H. G. MacPherson| titre = An Investigation of the Magneto-Optic Method of Chemical Analysis| revue= Physical Review| vol = 47| issue = 4| pages = 310–315| éditeur = American Physical Society| date = 21-12-1934| résumé = http://link.aps.org/abstract/PR/v47/p310|date de consultation = 8 avril 2007 }}</ref>. En [[1936]], le chimiste [[Roumanie|roumain]] Horia Hulubei et sa collègue française Yvette Cauchois étudièrent également la pollucite, cette fois en utilisant un appareil de [[Spectrométrie de fluorescence X|spectroscopie de rayons-X]] haute résolution<ref name="fontani" />. Ils observèrent plusieurs raies d'émission de faibles intensités qu'ils attribuèrent à l'élément 87. Hulubei et Cauchois publièrent leur découverte et proposèrent de baptiser l'élément ''moldavium'', avec pour symbole Ml, du nom de la [[Moldavie]], province où ils effectuaient leurs recherches<ref name="vanderkroft" />. En [[1937]], ces travaux furent critiqués par le physicien américain F. H. Hirsh Jr. qui rejeta les méthodes d'Hulubei. Hirsh était certain que l'eka-césium n'existait pas dans la nature et qu'Hulubei avait en réalité observé les raies spectrales du [[mercure (chimie)|mercure]] ou du [[bismuth]]. Hulubei lui répondit que ses équipements et ses méthodes étaient trop précis pour une telle erreur. De ce fait, [[Jean Baptiste Perrin]], lauréat du [[prix Nobel de physique]] et mentor d'Hulubei, soutint le moldavium en tant que véritable eka-césium en dépit de la découverte du francium par [[Marguerite Perey]]. Perey continua de réfuter les travaux d'Hulubei jusqu'au moment où la découverte de l'élément 87 lui fut attribuée à elle seule<ref name="fontani" />. === Les travaux de Perey === L'eka-césium fut véritablement découvert en [[1939]] par [[Marguerite Perey]] à l'[[Institut Curie]] à [[Paris]]. Elle travaillait alors à la purification d'un échantillon d'actinium-227, élément se désintégrant avec une [[énergie de désintégration]] de {{unité|220|[[électron-volt|keV]]}}. Cependant, elle remarqua également des particules émises avec une énergie bien inférieure à {{unité|80|keV}}. Perey pensa que cette [[décroissance radioactive]] pouvait être due à la présence d'un [[produit de désintégration]] non identifié, produit qui serait éliminé durant la purification mais qui réapparaîtrait du fait de la désintégration de [[noyau atomique|noyaux]] d'actinium. Des tests permirent d'éliminer la possibilité de présence de [[thorium]], de [[radium]], de [[plomb]], de [[bismuth]] ou de [[thallium]]. Les propriétés chimiques du nouveau produit étaient celles d'un métal alcalin (par exemple la co-précipitation avec des [[sel (chimie)|sels]] de césium), ce qui conduit Perey à penser qu'il s'agissait de l'élément 87, apparu suite à la [[Radioactivité α|désintégration de type &alpha;]] de l'actinium 227<ref name="chemeducator" />. Perey tenta alors de déterminer la proportion des désintégrations alpha et [[Radioactivité β|béta]] pour l'actinium 227. Ses premiers tests lui permirent d'estimer la proportion de désintégration alpha à {{unité|0.6|%}}, valeur qu'elle révisa plus tard à {{unité|1|%}}<ref name="mcgraw">''Francium'' (2002) in ''McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology'' vol. 7 pages 493–494 (McGraw-Hill Professional)</ref>. Perey baptisa le nouvel [[isotope]] ''actinium-K'', connu à l'heure actuelle sous le nom de francium-223<ref name="chemeducator" />, et en [[1946]] elle proposa de baptiser ''catium'' le nouvel élément. Elle pensait en effet qu'il s'agissait de l'élément de plus [[électronégativité|électropositif]] de la classification périodique. L'une des supérieures de Perey, [[Irène Joliot-Curie]], s'opposa à ce nom, car il semblait plus à l'oreille avoir pour origine ''[[chat (animal)|chat]]'' que ''[[cation]]'' (en anglais ''cat'' signifie chat)<ref name="chemeducator" />. Perey proposa alors ''francium'', en hommage au pays dans lequel avait eu lieu la découverte. Ce nom fut adopté officiellement par l'[[Union Internationale des Chimistes]] en [[1949]] et reçut pour symbole Fa, symbole changé peu après en Fr<ref name="hackh">Julius Grant ''Francium'' (1969) in ''Hackh's Chemical Dictionary'' pages = 279–280 (McGraw-Hill)</ref>. Le francium fut le dernier élément existant à l'état naturel à être découvert, après le [[rhénium]] en [[1925]]<ref name="chemeducator" />. Parmi les travaux de recherche concernant le francium qui furent menés depuis, on peut citer notamment ceux conduits par [[Sylvain Lieberman]] et son équipe au [[CERN]] dans les [[années 1970]] et [[années 1980]]<ref>{{Lien web|url=http://fr.physics.sunysb.edu/francium_news/history.HTM|titre=History|éditeur=State University of New York at Stony Brook Physics & Astronomy|série=Francium|année=20 février 2007|consulté le=26 mars 2007}}</ref>. == Propriétés == Le francium est le moins stable des éléments plus légers que le [[nobélium]] ([[numéro atomique]] 102)<ref name="CRC2006">''CRC Handbook of Chemistry and Physics'' (2006) vol. 4 pages 12 (CRC)</ref>. Son [[isotope]] le plus stable, le francium 223, possède une [[demi-vie]] inférieure à 22 [[minute (temps)|minutes]]. À titre de comparaison le deuxième élément le moins stable, l'astate, possède une demi-vie pour l'isotope le plus stable inférieure à 8,5 [[heure (temps)|heures]]<ref name="andyscouse">{{Lien web|url=http://www.andyscouse.com/pages/francium.htm|titre=Francium|auteur=Andy Price|année=20 décembre 2004|consulté le=25 mars 2007}}</ref>. Tous les isotopes du francium se désintègrent en formant de l'[[astate]], du [[radium]] ou du [[radon]]<ref name="andyscouse">{{Lien web|url=http://www.andyscouse.com/pages/francium.htm|titre=Francium|auteur=Andy Price|année=20 décembre 2004|consulté le=25 mars 2007}}</ref>. Le francium est un [[métal alcalin|alcalin]] dont les propriétés chimiques se rapprochent de celles du [[césium]]<ref name="CRC2006" />. Étant un élément lourd avec un seul [[couche de valence|électron de valence]]<ref>{{Lien web|url=http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Fr/eneg.html|titre=Electron Configuration|auteur=Mark Winter|éditeur=The University of Sheffield|série=Francium|consulté le=18 avril 2007}}</ref>, il est l'élément possédant la masse équivalente la plus grande<ref name="CRC2006" />. De même, il est l'élément connu possédant l'[[électronégativité]] la plus faible, 0,7 sur l'[[échelle de Pauling]]<ref>{{cite book| last = Pauling| first = Linus| title = The Nature of the Chemical Bond (3rd Edn.)| authorlink = Linus Pauling| publisher = Cornell University Press| year = 1960| pages = 93 }}</ref> (le deuxième élément le moins électronégatif est le césium, 0,79 sur l'échelle de Pauling<ref>{{Lien web|url=http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Cs/eneg.html|titre=Electronegativies|auteur=Mark Winter|éditeur=The University of Sheffield|série=Caesium|consulté le={{date|9|mai|2007}} }}</ref>). Si du francium liquide pouvait être obtenu, il aurait une [[tension de surface]] de {{unité|0.05092|[[Joule|J]]||[[mètre|m]]|-2}} à sa [[température de fusion]]<ref>{{cite journal| last = Kozhitov| first = L. V.| coauthors = Kol'tsov, V. B., and Kol'tsov, A. V.|lang=en| title = Evaluation of the Surface Tension of Liquid Francium| journal = Inorganic Materials| volume = 39| issue = 11| pages = 1138–1141| publisher = Springer Science & Business Media B.V.| date = 2003-02-21| url = http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db=aqh&AN=16822434&site=ehost-live| accessdate = 14 avril 2007 }}</ref>, ce qui est relativement faible. Le francium [[coprécipitation|coprécipite]] avec plusieurs [[sel (chimie)|sels]] de césium, comme le [[perchlorate de césium]] avec lequel il forme de faibles quantités de [[perchlorate de francium]]. La coprécipitation peut être utilisée pour isoler le francium, en adaptant la méthode de coprécipitation du césium de Glendenin et Nelson. Il précipite notamment avec des sels de césium dont l'[[iodate]], le [[acide picrique|picrate]], le [[acide tartrique|tartrate]] (il précipite également avec le tartrate de [[rubidium]]), le [[chloroplatinate]], et le [[silicotungstate]]. Il précipite également avec l'acide silicotungstique et l'[[acide perchlorique]], ce qui rend possible d'autres techniques de séparation<ref>{{en}} E. K. Hyde. Radiochemical Methods for the Isolation of Element 87 (Francium). ''J. Am. Chem. Soc.'' '''1952''', ''74'', 4181-4184. [http://pubs.acs.org/cgi-bin/abstract.cgi/jacsat/1952/74/i16/f-pdf/f_ja01136a066.pdf?sessid=6006l3]{{pdf}}.</ref>{{,}}<ref>{{en}} E. N K. Hyde ''Radiochemistry of Francium'', Subcommittee on Radiochemistry, National Academy of Sciences-National Research Council; available from the Office of Technical Services, Dept. of Commerce, 1960.</ref>. La plupart des sels de francium sont [[solubilité|solubles]] dans l'[[eau]]<ref>{{en}} A. G. Maddock. Radioactivity of the heavy elements. ''Q. Rev., Chem. Soc.'', '''1951''', ''3'', 270–314. {{doi|10.1039/QR9510500270}}</ref>. == Applications == Du fait de son caractère instable et de sa rareté, il n'y a pas d'application commerciale du francium<ref>{{Lien web|url=http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Fr/uses.html|titre=Uses|auteur=Mark Winter|éditeur=The University of Sheffield|série=Francium|consulté le=25 mars 2007}}</ref>{{,}}<ref name="chemelements">{{Lien web|url=http://www.chemicalelements.com/elements/fr.html|titre=Chemical Element.com - Francium|auteur=Yinon Bentor|consulté le=25 mars 2007}}</ref>{{,}}<ref name="nbb">{{cite book| last = Emsley| first = John| title = Nature's Building Blocks| publisher = Oxford University Press| date = 2001| location = Oxford| pages = 151–153| id = 0-19-850341-5 }}</ref>{{,}}<ref name="elemental">Steve Gagnon ''Francium'' (Jefferson Science Associates, LLC) [http://education.jlab.org/itselemental/ele087.html]. Consulté le {{date|1|avril|2007}} }}</ref>{{,}}<ref name="nostrand679">''Francium'' (2005) in '''Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry''' (ed. Glenn D. Considine) pages = 679 (New York) (Wylie-Interscience)</ref>. Il n'est utilisé que dans la recherche, à la fois dans le domaine de la [[biologie]] et de celui de la [[physique atomique]]. Il a été imaginé qu'il puisse être une aide pour le diagnostic de [[cancer|maladies cancéreuses]]<ref name="andyscouse" />, mais cette application s'est révélée impossible<ref name="nbb" />. La capacité du francium à être synthétisé, confiné et refroidi, alliée à sa structure atomique relativement simple, en ont fait un objet d'études pour des expériences de spectroscopie. Ces expériences ont conduit à la découverte d'informations concernant les niveaux d'énergie et les [[constante de couplage|constantes de couplage]] entre [[Particule (physique)|particules sub-atomiques]]<ref>{{cite journal| lang=en | last = Gomez| first = E| coauthors = Orozco, L A, and Sprouse, G D| title = Spectroscopy with trapped francium: advances and perspectives for weak interaction studies| journal = Rep. Prog. Phys.| volume = 69| issue = 1| pages = 79–118| date = 2005-11-07| url = http://www.iop.org/EJ/abstract/0034-4885/69/1/R02/| doi = 10.1088/0034-4885/69/1/R02| accessdate = 11 avril 2007 }}</ref>. L'étude des [[rayonnement]]s émis par des [[ion]]s de francium-210 confinés par [[laser]] a permis d'obtenir des données précises quant aux transitions entre niveaux d'énergie atomiques. Les résultats expérimentaux sont proches de ceux prédits par la [[physique quantique]]<ref>{{cite news| last = Peterson| first = I| title = Creating, cooling, trapping francium atoms| pages = 294| publisher = Science News| date = 1996-05-11| url = http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db=ulh&AN=9605167788&site=src-live| accessdate = 11 avril 2007 }}</ref>. == Abondance == === Naturelle === Le francium est le produit de la désintégration de type alpha de l'actinium 227 et existe à l'état de traces dans les minerais d'[[uranium]] et de [[thorium]]<ref name="CRC2006" />. Dans un échantillon donné d'uranium, la quantité de francium présente est estimée à un [[atome]] pour 10<sup>18</sup> atomes d'uranium<ref name="nbb" />. Par ailleurs, des calculs montrent qu'il n'y aurait en permanence qu'au plus {{unité|30|g}} de francium dans la [[croûte terrestre]]<ref>{{Lien web|url=http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Fr/geol.html|titre=Geological information|auteur=Mark Winter|éditeur=The University of Sheffield|série=Francium|consulté le=26 mars 2007}}</ref>. À ce titre, il s'agit du deuxième élément le plus rare dans la croûte terrestre après l'[[astate]]<ref name="andyscouse" />{{,}}<ref name="nbb" />. === Synthèse === Le francium peut être synthétisé par la [[réaction nucléaire]] {{p|197}}Au + {{p|18}}O → {{p|210}}Fr + 5n. Ce procédé de synthèse, développé à l'[[Université d'État de New York à Stony Brook|Université d'État de New York]], permet d'obtenir les isotopes de [[masse atomique|masses atomiques]] 209, 210 et 211<ref name="sbproduction">{{Lien web|url=http://fr.physics.sunysb.edu/francium_news/production.HTM|titre=Production of Francium|éditeur=[[Université d'État de New York à Stony Brook|SUNY Stony Brook]] Physics & Astronomy|série=Francium|année=20 février 2007|consulté le=26 mars 2007}}</ref>, qui peuvent être ensuite isolés en exploitant un effet magnéto-optique<ref name="sbtrapping">{{Lien web|url=http://fr.physics.sunysb.edu/francium_news/trapping.HTM|titre=Cooling and Trapping|éditeur=[[Université d'État de New York à Stony Brook|SUNY Stony Brook]] Physics & Astronomy|série=Francium|année=20 février 2007|consulté le={{date|1|mai|2007}} }}</ref>. Parmi les autres méthodes de synthèse figurent notamment le bombardement d'atomes de radium par des [[neutron]]s ou celui d'atomes de thorium par des [[proton]]s, ou du [[deutérium]] ou de l'[[hélium]] ionisé<ref name="mcgraw">{{Citation| contribution = Francium| year = 2002| title = McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology| volume = 7| pages = 493–494| publisher = McGraw-Hill Professional| id = 0-07-913665-6 }}</ref>. À l'heure actuelle, il n'a jamais été produit en quantité importante<ref name="CRC2006" />{{,}}<ref name="andyscouse" />{{,}}<ref name="nbb" />{{,}}<ref name="losalamos">{{Lien web|url=http://periodic.lanl.gov/elements/87.html|titre=Francium|éditeur=[http://www.lanl.gov/ Los Alamos] Chemistry Division|année=15 décembre 2003|consulté le=29 mars 2007}}</ref>. == Voir aussi == === Articles connexes === {{Autres projets |commons= Francium |wikt= francium}} * [[Métal alcalin]] === Liens externes === *{{en}} [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Fr/index.html WebElements.com - Francium] *{{en}} [http://periodic.lanl.gov/elements/87.html Los Alamos National Laboratory - Francium] *{{en}} [http://fr.physics.sunysb.edu/francium_news/frconten.htm Stony Brook University Physics Dept.] == Références == :Les données du tableau sont issues du site de la [http://www.ktf-split.hr/periodni/fr/fr.html Faculté de chimie et technologie de Split (Coatie)].<br /> {{Traduction/Référence|en|Francium|151592860|type=note}} {{Références|colonnes=2}} {{portail chimie}} {{Bon article|vote=BA|oldid=20222650|date=31 août 2007}} {{Lien AdQ|en}} {{Lien AdQ|es}} [[Catégorie:Élément chimique]] [[Catégorie:Métal alcalin]] [[ar:فرانسيوم]] [[be:Францый]] [[bn:ফ্রান্সিয়াম]] [[bs:Francijum]] [[ca:Franci]] [[co:Franciu]] [[cs:Francium]] [[cy:Ffransiwm]] [[da:Francium]] [[de:Francium]] [[el:Φράγκιο]] [[en:Francium]] [[eo:Franciumo]] [[es:Francio]] [[et:Frantsium]] [[eu:Frantzio]] [[fa:فرانسیوم]] [[fi:Frankium]] [[fur:Franci]] [[ga:Frainciam]] [[gl:Francio]] [[gv:Frankium]] [[he:פרנציום]] [[hr:Francij]] [[ht:Fransyòm]] [[hu:Francium]] [[hy:Ֆրասիում]] [[id:Fransium]] [[io:Francio]] [[is:Fransín]] [[it:Francio]] [[ja:フランシウム]] [[jbo:fasysodna]] [[jv:Fransium]] [[ka:ფრანციუმი]] [[ko:프랑슘]] [[ku:Fransiyûm]] [[la:Francium]] [[lb:Francium]] [[lt:Francis]] [[lv:Francijs]] [[ml:ഫ്രാന്‍സിയം]] [[ms:Fransium]] [[nl:Francium]] [[nn:Francium]] [[no:Francium]] [[pl:Frans (pierwiastek)]] [[pt:Frâncio]] [[ro:Franciu]] [[ru:Франций]] [[scn:Franciu]] [[sh:Francijum]] [[simple:Francium]] [[sk:Francium]] [[sl:Francij]] [[sr:Францијум]] [[sv:Francium]] [[sw:Fransi]] [[th:แฟรนเซียม]] [[tr:Fransiyum]] [[uk:Францій]] [[vi:Franxi]] [[wa:Franciom]] [[zh:钫]]