Fransiyum, dünyanın en nadir bulunan elementleri arasında ikinci sıradadır. Öyle ki, tüm yerkabuğunda bir bardağı dolduracak kadar fransiyum içeriği olduğu öngörülüyor. Bu kadar az bulunan bir element de haliyle ticari anlamda bir işe yaramıyor. Bu sebeple atom hızlandırıcılarda laboratuar ortamında yapay fransiyum üretilebiliyor. Sentezlenmeden keşfedilen son element olması da dikkat çeken ayrı bir nokta… En kararsız, elektropozitifliği en yüksek, erime ve kaynama noktası tam bilinmeyen, fiziksel ve kimyasal özelliklerinin tamamı henüz belirlenemeyen, radyoaktif olması dışında sağlık için faydaları ve zararları net olarak tespit edilemeyen ve Fransa’ya atfedilen ikinci element olan fransiyumla ilgili öğrenecek çok şey var!
Tarihçesi
Fransiyumun varlığı, 1870’li yıllarda ortaya atılmıştır. İspatlanıp isimlendirilmesi ise 1946 yılına kadar süren bir süreçte gerçekleşmiştir. Kimyagerler sezyumun ötesinde 87 atom numaralı bir alkali metal daha olması gerektiğini öngörüyordu. Bu maddeye geçici olarak “ekasezyum” adı verildi. Birçok kimyager ve araştırmacı bu sır elementi izole etmeyi denedi; ancak başaramadı. Bu süreçte en az dört kez yeni bir element keşfedildiği yönünde iddialar ortaya atıldı. Rus kimyager D. K. Dobroserdov, “ekasezyumu” keşfettiğini iddia eden ilk kimyager oldu. 1925 yılındaki keşif iddiası üzerine bu yeni elemente “russium” adını verdi. Ancak elementin özelliklerini ortaya koyamadığı için keşif iddiası ortada kaldı. 1930, 1936 ve 1937 yıllarında da, bazı kimyagerler keşif iddialarında bulundu. Hatta bu keşiflerde de “virginium” ve “moldavium” gibi isimler önerildi. Ancak bu iddialar da çeşitli gerekçelerle çürütüldü.
1939 yılında Fransa’nın başkenti Paris’teki Curie Radyum Enstitüsü kimyagerlerinden Marguerite Catherine Perey tarafından Aktinyum-227 izotopunun saflaştırılması sırasında radyoaktif bozunma ürünleri arasında fransiyum keşfedildi. Perey, keşfini kanıtlamak için defalarca deney yaptı ve bilinmeyen elementin toryum, radyum, kurşun, talyum veya bizmut olma olasılıklarını ortadan kaldırdı. Perey, bulduğu yeni ürünün alkali metal özelliği gösterdiğini ispatladı. Perey, keşfinden 16 yıl sonra Fransız Bilimler Akademisi üyeliğine seçilen ilk kadın kimyager oldu.
Perey, keşfettiği yeni elementi ilk olarak “aktinyum-k” olarak isimlendirdi. Aslında bu “Fransiyum-223” izotopuydu. Ardından 1946 yılında en elektropozitif katyon olduğuna inandığı bu element için “catium” ismini önerdi. Kedi ismini çağrıştırdığı için Perey’in danışmanları bu isme karşı çıktı. Ardından Perey, ülkesi Fransa’ya atfen “fransiyum” adını önerdi. “Fransiyum” kelimesi, yetkili makamlar tarafından aynı yıl içinde tescillendi. İlk simgesi “Fa” olarak seçildi; ancak daha sonra “Fr” olarak değiştirildi.
Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
Fransiyum, kimyasal sembolü “Fr”, atom numarası 87, atom ağırlığı 223, katı ve metalik görünümlü alkali bir metaldir. Erine noktası 27 derece, kaynama noktası 677 derecedir. Yoğunluğu 1,87 gcm3’tür. Ancak fransiyumun erime ve kaynama noktaları konusunda bazı çelişkiler var. Her ne kadar birçok kaynakta erime ve kaynama noktaları verilse de; çok ender, seyrek, kararsız ve radyoaktif bir element olduğu için bu noktaların net olarak bilinemeyeceği belirtiliyor.
Periyodik element tablosunun 1-A grubunda yer alır. Kimyasal özellikleri bakımından alkali metallerle benzerlik gösterir. Alkali metaller arasında en çok sezyumla benzerlikler taşır. Radyoaktif bir elementtir. Elementler arasında elektropozitifliği en yüksek elementtir. Elektronegatifliği ise en az elementtir. Eşdeğer ağırlığı en yüksek metaldir. İlk 101 element arasında en karasız elementtir. Kristal yapısının hacim merkezli kübik olduğu tahmin edilmektedir.
Bileşikleri, sezyum bileşikleri ile izomorf olarak çökerler. Hemen hemen bütün fransiyum tuzları suda çözünür. İyodat, pikrat, tartarat, platinklorür ve silikotungsten gibi birçok sezyum tuzu ile beraber çökeltilebilir. Ayrıca, taşıyıcı herhangi bir alkali metal olmadan tungosilik asit ve perklorik asit ile beraber farklı bir ayrıştırma metodu ile çökeltilebilir. Sentezlenebilir, tuzaklanabilir ve soğutulabilir. Basit atomik yapısı görecedir.
Doğadaki bütün uranyum filizleri, az miktarda fransiyum içerir. Toryum filizlerinde de bulunabilmektedir. Bu filizlerde bulunma miktarı eser oranlardadır. Astatinden sonra doğada en az bulunan elementtir. Doğada sadece radyoaktif izotoplar halinde bulunur. Fransiyumun en kararlı izotopu, yarılanma ömrü 21,8 dakika olan Fr-223’tür. Bunun anlamı şu; bir radyoaktif elementin yarılanma ömrü, elementin bir kısmının parçalanması için geçen zamandır. Yani 100 gram Fr-223, 21,8 dakika sonra parçalanarak 50 gramı kalır. Ardından 21,8 dakika daha geçince 25 gram kalır ve süreç bu şekilde devam eder.
Fr-223, Aktinyum-227 izotopunun alfa ışıması yaparak bozunması sonucu oluşur. Bu sebeple bu izotopa bir dönem “Aktiyum-K” adı verilmiştir. Diğer doğal izotopu Fr-221’in ise yarılanma ömrü 4,8 dakikadır. Bunun dışında toryumun yüksek enerjili alfa tanecikleriyle bombardımanı sonucu kısa ömürlü yapay izotopları elde edilmiştir. Fr-223 dışında sentetik olarak elde edilebilen 33 adet son derece kararsız izotopu daha vardır. Bu izotopların atom kütle numaraları 119-232 arasında değişir. Fransiyum, beta parçacıkları yayarak bozunur. Astatin, radyum ve radona bozunan, radyoaktivitesi son derece yüksek bir elementtir. Uranyumun parçalanma ürünleri içinde de küçük miktarlarda fransiyum içeriği bulunabilmektedir. Bir adet değerlikli elektrona sahiptir.
Fransiyum, laboratuar ortamında parçacık hızlandırıcılarda üretilebilmektedir. Bir parçacık hızlandırıcıya “atom atomizeri” adı verilir. Bu hızlandırıcılar, protonlar gibi küçük parçacıkları saniyede 300 bin kilometrelik ışık hızına ulaştırır. Parçacıklar, altın, bakır veya kalay gibi hedef atomlarla çarpıştırılır. Hedef atom parçacıkları, yeni elementler ve partiküllere dönüşür. Fransiyum da bu yöntemle üretilebilmektedir.
Fransiyumla ilgili fiziksel ve kimyasal özelliklerin birçoğu açıklanabilmiş değil. Örneğin; atomik yarıçapı, elektron işlevi, iyonlaşmaları, valans elektron potansiyeli, buharlaşma ısısı, optik yansıması, gaz yoğunluğu, yerkabuğunda ve okyanustaki mevcudiyeti gibi maddeler henüz tespit edilemedi. Fransiyumun tespit edilemeyen özellikleriyle ilgili araştırmalar devam ediyor.
Hangi Alanlarda Kullanılır?
Fransiyum, nadir bulunuşu ve izotoplarının kararsızlığı sebebiyle endüstride ticari anlamda kullanılmıyor. Ticari açıdan önemli bir bileşiği de bulunmuyor. Bilinen bir faydası da öngörülemiyor. Fransiyum, sadece biyolojik ve atomik araştırmalarda kullanılmaktadır. Kanser araştırmalarında kullanılabileceği öngörülmüştür. Ancak pratik görülmediği için uygulamaları geliştirilememiştir. Gelişmiş spektroskopi deneylerinde de kullanılabilmektedir. Bu deneylerle enerji seviyeleri hakkında özel bilgiler ve atomaltı parçacıklar arasındaki eşleşme sabitinin elde edilmesi sağlanmıştır. Ayrıca lazerle tuzaklanan fransiyum iyonları üzerindeki çalışmalarda atomik enerji seviyeleri arasındaki geçişler hakkında kuantum teorisinin öngörüsüne benzer kesin bilgiler elde edilmiştir.
Fransiyumun biyolojik ve ekolojik herhangi bir rolü bulunmuyor. Radyoaktivitesi sebebiyle sadece toksik bir element olduğu biliniyor. Ancak insan sağlığı üzerindeki etkilerine ilişkin araştırma yapabilecek miktarda doğal fransiyum elde edilemedi.
Bunları Biliyor Musunuz?
- Doğada sentezlenmeden keşfedilen son element fransiyumdur.
- Fransiyumun yerkabuğunda herhangi bir zamanda 25-30 gram civarında olduğu iddia ediliyor. Bu miktar yaklaşık 1 ons kadardır. Bazı kaynaklarda bu miktar 300-500 gram olarak veriliyor.
- Bilim adamları doğal fransiyumun yerkabuğunda 1 bardak kadar olduğunu tahmin ediyor.
- Tabiatta çok az bulunduğundan 2016 yılı itibariyle henüz tartılabilir miktarlarda sentezlenememiştir. Saf halde gramlarla ölçülebilecek miktarlarda bulunur.
- Fransiyumun izotoplarının yarılanma ömürleri çok kısa olduğu için kimyasal özellikleri ultra mikro konsantrasyonlarda incelenebilmiştir. Birçok özelliği henüz belirlenememiştir.
- Sadece laboratuvar ortamında elde edilebilir. Ya da laboratuar dışında son derece az bulunur.
- Çok kararsız bir element olduğu için atom yarıçapı incelenememiştir.
- Galyumdan sonra ismi Fransa’ya atfedilen ikinci element fransiyumdur.
- Fransiyumun hangi ülkelerde bulunduğu net olarak bilinmiyor. Sadece uranyum ve toryum filizlerinin bulunduğu ülkelerde bulunabileceği değerlendiriliyor.