Molto più rari dell’oro: cosa sono l’astato ed il francio, pochi grammi in tutto il pianeta

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Nel nostro pianeta esistono elementi naturali ben più rari del popolare oro. Parliamo dell’astato e del francio:

L’astato è un elemento chimico con il simbolo At e numero atomico 85. È l’ elemento naturale più raro nella crosta terrestre , presente solo come prodotto di decadimento di vari elementi più pesanti. Tutti gli isotopi dell’astato sono di breve durata; il più stabile è l’astato-210, con un’emivita di 8,1 ore. Non è mai stato assemblato un campione dell’elemento puro, perché qualsiasi campione macroscopico verrebbe immediatamente vaporizzato dal calore della propria radioattività. Le proprietà di massa dell’astato non sono note con certezza. Molti di loro sono stati stimati in base alla posizione dell’elemento sulla tavola periodica come un analogo più pesante dello iodio e un membro degli alogeni (il gruppo di elementi che include fluoro , cloro , bromo e iodio). Tuttavia, anche l’astato cade all’incirca lungo la linea di demarcazione tra metalli e non metalli e per questo è stato osservato e previsto anche un comportamento metallico. È probabile che l’astato abbia un aspetto scuro o brillante e possa essere un semiconduttore o forse un metallo . Chimicamente, diversi anionicisono note specie di astato e la maggior parte dei suoi composti assomiglia a quelli dello iodio, ma a volte mostra anche caratteristiche metalliche e mostra alcune somiglianze con l’argento:

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Esempio di Astato

La prima sintesi dell’elemento fu nel 1940 da parte di Dale R. Corson, Kenneth Ross MacKenzie ed Emilio G. Segrè dell’Università della California, Berkeley , che lo chiamarono dal greco antico ἄστατος ( astatos ) ‘instabile’. Successivamente si è scoperto che quattro isotopi dell’astato sono presenti in natura, sebbene nella crosta terrestre sia presente molto meno di un grammo in un dato momento. Né l’isotopo più stabile astato-210, né l’astato-211 utile dal punto di vista medico si trovano naturalmente; possono essere prodotti solo sinteticamente, di solito bombardando il bismuto -209 con particelle alfa. L’astato è l’elemento naturale più raro. La quantità totale di astato nella crosta terrestre (massa citata 2,36 × 10 25 grammi) è stimata da alcuni come inferiore a un grammo in un dato momento. Altre fonti stimano che la quantità di astato effimero, presente sulla terra in un dato momento, sia fino a un’oncia (circa 28 grammi). Passiamo ad un altro elemento molto raro:

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Il Francio è un elemento chimico con il simbolo Fr e numero atomico 87. È estremamente radioattivo ; il suo isotopo più stabile, il francio-223 (originariamente chiamato attinio K dopo la catena di decadimento naturale in cui appare), ha un’emivita di soli 22 minuti. È il secondo elemento più elettropositivo , dietro solo al cesio, ed è il secondo elemento naturale più raro (dopo l’astato). Gli isotopi del francio decadono rapidamente in astato, radio e radon . La struttura elettronicadi un atomo di francio è [Rn] 7s 1 , e quindi l’elemento è classificato come un metallo alcalino. Il francio sfuso non è mai stato visto. A causa dell’aspetto generale degli altri elementi nella sua colonna della tavola periodica, si presume che il francio appaia come un metallo altamente reattivo, se si potesse raccogliere insieme abbastanza per essere visto come un solido o liquido sfuso. Ottenere un tale campione è altamente improbabile, poiché l’estremo calore di decadimento derivante dalla sua breve emivita vaporizzerebbe immediatamente qualsiasi quantità visibile dell’elemento. Francium fu scoperto da Marguerite Perey in Francia (da cui l’elemento prende il nome) nel 1939. Prima della sua scoperta, era chiamato eka – cesio o ekacaesium a causa della sua presunta esistenza al di sotto del cesio nella tavola periodica. Fu l’ultimo elemento scoperto per la prima volta in natura, piuttosto che per sintesi. Fuori dal laboratorio, il francio è estremamente raro, con tracce trovate nei minerali di uranio e torio , dove l’ isotopo francio-223 si forma e decade continuamente. Esistono solo 20-30 g (un’oncia) in un dato momento in tutta la crosta terrestre; a parte il francio-221, i suoi altri isotopi sono interamente sintetici. La quantità maggiore prodotta in laboratorio è stata un cluster di oltre 300.000 atomi.

Già nel 1870, i chimici pensavano che ci dovesse essere un metallo alcalino oltre il cesio , con un numero atomico di 87. Fu quindi indicato con il nome provvisorio eka-cesio. I gruppi di ricerca hanno tentato di localizzare e isolare questo elemento mancante e sono state fatte almeno quattro false affermazioni che l’elemento fosse stato trovato prima che fosse fatta una scoperta autentica. Il chimico sovietico Dmitry Dobroserdov fu il primo scienziato a dichiarare di aver trovato l’eka-cesio, o francio. Nel 1925 osservò una debole radioattività in un campione di potassio , un altro metallo alcalino, e concluse erroneamente che l’eka-cesio stava contaminando il campione (la radioattività del campione proveniva dal radioisotopo di potassio presente in natura, potassio-40 ). Pubblicò quindi una tesi sulle sue predizioni sulle proprietà dell’eka-cesio, in cui chiamò l’elemento russium dal nome del suo paese d’origine. Poco dopo, Dobroserdov iniziò a concentrarsi sulla sua carriera di insegnante presso il Politecnico di Odessa, e non ha perseguito ulteriormente l’elemento.

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L’anno successivo, i chimici inglesi Gerald JF Druce e Frederick H. Loring analizzarono le fotografie a raggi X del solfato di manganese (II). Hanno osservato righe spettrali che presumevano essere di eka-cesio. Annunciarono la loro scoperta dell’elemento 87 e proposero il nome alcalinium , poiché sarebbe il metallo alcalino più pesante. Nel 1930, Fred Allison dell’Alabama Polytechnic Institute affermò di aver scoperto l’elemento 87 (oltre all’85) durante l’analisi di pollucite e lepidolite usando la sua macchina magneto-ottica . Allison ha chiesto che fosse chiamato virginium dal suo stato natale della Virginia , insieme ai simboli Vi e Vm. Nel 1934, HG MacPherson della UC Berkeley confutò l’efficacia del dispositivo di Allison e la validità della sua scoperta.

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Nel 1936, anche il fisico rumeno Horia Hulubei e la sua collega francese Yvette Cauchois analizzarono la pollucite, questa volta utilizzando il loro apparato a raggi X ad alta risoluzione. Osservarono diverse deboli linee di emissione, che presumevano essere quelle dell’elemento 87. Hulubei e Cauchois riferirono la loro scoperta e proposero il nome moldavium , insieme al simbolo Ml, da Moldavia , la provincia rumena dove nacque Hulubei. Nel 1937, il lavoro di Hulubei fu criticato dal fisico americano FH Hirsh Jr. , che rifiutò i metodi di ricerca di Hulubei. Hirsh era certo che l’eka-cesio non si sarebbe trovato in natura e che Hulubei aveva invece osservatolinee di raggi X di mercurio o bismuto . Hulubei ha insistito sul fatto che il suo apparato a raggi X e i suoi metodi erano troppo accurati per commettere un errore del genere. Per questo motivo, Jean Baptiste Perrin , vincitore del premio Nobel e mentore di Hulubei, ha approvato la moldavio come il vero eka-cesio rispetto al francio scoperto di recente da Marguerite Perey . Perey si è sforzata di essere accurata e dettagliata nella sua critica al lavoro di Hulubei, e alla fine è stata accreditata come l’unica scopritrice dell’elemento 87. [28] Tutte le altre presunte scoperte precedenti dell’elemento 87 sono state escluse a causa dell’emivita molto limitata del francio.

L’eka-cesio è stato scoperto il 7 gennaio 1939 da Marguerite Perey dell’Istituto Curie di Parigi, [32] quando ha purificato un campione di attinio -227 che era stato segnalato per avere un’energia di decadimento di 220 keV. Perey ha notato particelle di decadimento con un livello di energia inferiore a 80 keV. Perey pensava che questa attività di decadimento potesse essere stata causata da un prodotto di decadimento precedentemente non identificato, che era stato separato durante la purificazione, ma era emerso di nuovo dall’attinio-227 puro. Vari test hanno eliminato la possibilità che l’elemento sconosciuto fosse torio , radio, piombo , bismuto o tallio. Il nuovo prodotto mostrava le proprietà chimiche di un metallo alcalino (come la coprecipitazione con i sali di cesio), che portarono Perey a credere che fosse l’elemento 87, prodotto dal decadimento alfa dell’attinio-227. [27] Perey ha quindi tentato di determinare la proporzione del decadimento beta rispetto al decadimento alfa nell’attinio-227. Il suo primo test ha messo la ramificazione alfa allo 0,6%, una cifra che ha poi rivisto all’1%. [17]

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Questo campione di uraninite contiene circa 100.000 atomi (3,3 × 10−20 g) di francio-223 in un dato momento. [22]
Perey chiamò il nuovo isotopo attinio-K (ora è indicato come francio-223) [27] e nel 1946 propose il nome catium (Cm) per il suo elemento appena scoperto, poiché credeva che fosse il catione più elettropositivo degli elementi. Irène Joliot-Curie , uno dei supervisori di Perey, si oppose al nome per la sua connotazione di gatto piuttosto che di catione ; inoltre il simbolo coincideva con quello che in seguito era stato assegnato a curium . [27] Perey suggerì quindi il francio , dopo la Francia. Questo nome è stato ufficialmente adottato dalUnione internazionale di chimica pura e applicata (IUPAC) nel 1949, [5] diventando il secondo elemento dopo il gallio a prendere il nome dalla Francia. Le fu assegnato il simbolo Fa, ma poco dopo questa abbreviazione fu rivista nell’attuale Fr. [33] Il francio è stato l’ultimo elemento scoperto in natura, piuttosto che sintetizzato, dopo afnio e renio . [27] Ulteriori ricerche sulla struttura del francio sono state condotte, tra gli altri, da Sylvain Lieberman e dal suo team al CERN negli anni ’70 e ’80. [34] Fr è il risultato del decadimento alfa di 227 Ac e può essere trovato in tracce nei minerali di uranio . [6] In un dato campione di uranio, si stima che vi sia un solo atomo di francio ogni 1 × 10 18 atomi di uranio. [22] Si calcola inoltre che vi sia una massa totale di al massimo 30 g di francio nella crosta terrestre in un dato momento. [35]

Riferimenti:

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Fonti:

https://en.wikipedia.org/wiki/Francium

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https://en.wikipedia.org/wiki/Astatine

https://ataridogdaze.com/science/astatine.html

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