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87Fr 프랑슘 Francium |
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| 분류 | 알칼리 금속 | 상태 | 고체 |
| 원자량 | 223.020 | 밀도 | 1.87 g/cm3 |
| 녹는점 | 27 °C | 끓는점 | 677 °C |
| 용융열 | 2 kJ/mol | 증발열 | 65 kJ/mol |
| 원자가 | 1 | 이온화에너지 | 393 kJ/mol |
| 전기음성도 | 0.7 | 전자친화도 | 47 kJ/mol |
| 발견 | Marguerite Perey (1939) | ||
| CAS 등록번호 | 7440-73-5 | ||
| 이전 원소 | 라돈(Rn) | 다음 원소 | 라듐(Ra) |
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[1]
1. 개요
주기율표 제1족에 속하는 알칼리 금속. 원소기호는 Fr이며, 원자번호는 87. 프랑스의 과학자 페레이가 발견하였으며, 화학적 성질은 세슘과 흡사하지만 반응성은 상대론적 효과에 의해 오히려 낮다. 짧은 수명으로 인해 연구가 제한적이므로 물리적 성질은 상세히 알려진 바가 없다.2. 상세
강력한 방사선을 내뿜는다. 우라늄 광석 중에 극히 미량이 존재하지만 연구용으로 사용하는 경우에는 원자로에서 라듐에 열중성자를 조사해서 만들거나 사이클로트론으로 가속시킨 양자와 토륨을 충돌시켜서 얻는다. 프랑슘은 사이클로트론으로 금 원자와 산소 원자를 충돌시켜 약 30만 개의 프랑슘-209, 210, 211원자를 만들었다. 그 원자들을 모아 열화상 카메라로 찍은 게 위 사진.에카세슘이라는 가칭이 붙여진 채로 오랫동안 발견되지 않았었다. 이 원소를 발견하기 위한 실험은 옛날부터 행해졌으며[2], 루시움이나 알칼리늄 등의 원소명이 제창되었지만 전부 불발로 끝났다. 그 후 1939년 퀴리 연구소의 마르그리트 카트린 페레이(Marguerite Catherine Perey)가 악티늄의 알파 붕괴 중에 87번 원소가 생성된다는 것을 발견했고, 자신의 조국 프랑스의 이름을 따서 프랑슘이라고 명명했다.
현재까지 밝혀진 원소 중에선 알칼리 금속의 맨 마지막 원소.[3] 지구상에서 대략 30g만 존재하는 것으로 추정되어 아스타틴에 이어서 2번째로 희귀한 원소이며 제일 안정한 동위원소인 프랑슘-223의 반감기가 고작 21.8분으로 이는 원자번호 105번 이하의 모든 원소, 자연에 존재하는 원소 중 가장 불안정하다. 프랑슘-223은 우라늄-235로부터 시작되는 붕괴 계열 중 악티늄-227의 알파 붕괴 과정에서 생기는 원소이며,[4] 거의 전부(99.99% 이상) 라듐-223으로 베타 붕괴하고 0.01% 미만만이 아스타틴-219로 알파 붕괴한다. 이렇기 때문에 아스타틴의 반감기가 프랑슘보다 긺에도 오히려 자연상에서 프랑슘이 더 많다. 그래봤자 지구 전체에서 2g 정도 차이긴 하다.
상술한 특성으로 인해 화학적 연구는 거의 없다. 대부분의 주기율표엔 녹는점, 끓는점도 누락돼 있다.[5] 그래서 유튜브에 돌아다니는 알칼리 금속 반응 동영상은 세슘에서 전부 끝난다. 유튜브에 있는 프랑슘 반응 동영상은 비키니섬 핵실험 동영상으로 구라를 친 것. 아무리 이게 반응성이 강해도 비키니 핵실험처럼 섬이 날아가는 일은 없을 것이다.[6] 설령 실험 가능한 양의 프랑슘이 있다 한들 물에 닿기도 전에 즉시 폭발한다. 그 이유는 높은 반응성보다는 짧은 반감기로 인해 방사성 붕괴 에너지가 폭발적으로 발생하기 때문이다.[7] 게다가 이렇게 폭발한 뒤에도 흩어진 프랑슘에서 발생하는 방사성 붕괴열과 높은 반응성으로 인해 엄청난 후폭풍이 발생될 것으로 예상된다. 그리고 엄청난 방사능 오염 사태가 벌어질 것이다.
미국의 기계식 키보드 제조 업체인 덱(Deck) 사는 이 원소의 이름을 자사의 87키 제품군에 붙여 판매하고 있다. 참고로 108키 제품군의 이름은 108번 원소인 하슘.
for real(정말로, ㄹㅇ)의 약자인 fr과 원소기호가 동일해 드립성으로 사용되기도 한다.
우연하게도 7주기 기호에서 Fr- Ra- Ac로 철자가 연결된다. 다른 대부분의 철자 연결은 한번 연결로 끝인데 이 철자 연결은 두 번 연결된다.
[1]
2번째 사진은 현재까지 합성한 프랑슘중에서 가장 양이 많은 프랑슘 원자 30만 개(약 1/2*10-18 mol)를 자기광학트랩(자기장과 레이저를 이용하여 물질을 한곳에 모으는 장치)을 이용하여 한곳에 재빨리 모으고 적외선 열화상 카메라로 찍은 것이다. 겨우 원자 30만 개 밖에 안 되지만 방사성으로 인해 저 정도의 열과 빛을 내니
만약에 더 모인다면...(참고로 보관하기로는 그렇게도 어렵다는
반물질도 "페닝 트랩"이라는 비슷한 장치로 보관한다고 하니, 프랑슘이 얼마나 보관하기 어려운 물질인지 짐작하게 해준다)
[2]
사해의 물이나 담뱃재, 심지어는 뼛조각 등까지 뒤졌다!
[3]
이론상으로는 이 원소 아래에
우누넨늄이 있을거라는 추정이 있지만, 아직 실제로 발견된 사례는 없기 때문에 현 시점에서는 프랑슘을 알칼리금속의 맨 마지막 단계로 칭한다. 그래도
8주기 원소 중에서는 발견 가능성이 높은 원소다.
[4]
악티늄-227은 대부분(98.62%) 토륨-227로 베타 붕괴하며, 단 1.38%만이 프랑슘-223으로 알파 붕괴한다.
[5]
특히 녹는점은 의견이 분분하며(녹는점은 물질의 양에 따라 달라진다. 일례로, 금은 일반적으로 1000°C 정도에서 녹으나 1미크론의 금은 800°C정도만 되어도 녹는다.), 프랑슘이 상온(25°C)에서는 액체일 것이라 주장하는 사람도 있다.
[6]
핵반응 전후에도 (에너지=질량)의 출입량은 항상 똑같기 때문에, 그런 일이 가능하기 위해서는 프랑슘이 생성되는 반응이 일어날 때 섬 하나를 날려먹을만한 (에너지=질량)이 이미 있었어야 한다. 물론 얼마 안되는 프랑슘이라도 질량 자체에 포함된 에너지는 충분하지만 연쇄 핵분열이 아닌 방사성 붕괴만 일으키므로 질량을 효율적으로 통제해 단숨에 방출할 수 없다. 아직까지 인류에겐 농축우라늄이나 플루토늄의 연쇄 핵분열을 통한 질량의 에너지 변환 없이 '인위적으로' 저 정도의 폭발을 일으킬 방법이 없다. 다만 저 정도의 폭발은 자연적으로 우주에서 자주 일어나는 일이다.
[7]
이보다 반감기가 훨씬 긴
플루토늄 238(반감기 약 80년)도 상온에 방치하면 붉게 달아오를 정도로 열이 발생된다.