特性

钫是所有自然元素中最不稳定的，其最稳定同位素钫-223的半衰期也只有22分钟。稳定性第二低的砹元素半衰期有8.5小时。 所有钫同位素都会衰变为砹、镭或氡。 钫的稳定性比?（原子序106）以下的所有人造元素都要低。

钫是一种碱金属，化学属性与铯相近， 同样只有一颗价电子。 如果成功制成，液态钫在熔点的表面张力将为0.05092N/m。 根据计算，钫的熔点约为24 °C，沸点为677 °C。 但由于钫既罕有又具放射性，所以这些数字并不一定准确。

莱纳斯·鲍林估计钫的电负性为0.7，当时与铯相同。 铯的电负性之后被修正为0.79，但因数据不足，不能同样地修正钫的电负性数字。 钫的电离能比铯稍高。

钫会和多种铯盐共同沉淀，如高氯酸钫会和高氯酸铯共沉淀，从而分离出钫。其他能共沉淀的铯盐包括碘酸铯、苦味酸铯、酒石酸铯、氯铂酸铯以及硅钨酸铯。同样可与钫共沉淀的有硅钨酸和高氯酸，而不需要任何碱金属载体。 几乎所有钫盐都可溶于水。

应用

钫由于极为罕见、稳定性低，因此目前还没有商业应用。 它在生物学 和原子结构等领域的研究中起到了作用。科学家曾提出用钫来诊断各种癌症， 但这一用途并不现实。

钫可以被合成、捕捉和冷却，而且原子结构简单，因此它被用在一些光谱学实验中，在能级和亚原子粒子间的耦合常数上提供了新的信息。 对钫-210离子在激光捕捉下所发出的光谱的研究指出，钫的实际原子能级符合量子理论的预测。

历史

1870年，化学家就开始猜想铯以下存在着一种尚未发现的碱金属，原子序为87。 当时人们称其为“eka-铯”。 多个研究团队尝试发现并分离出这种新元素，在真正发现之前，至少出现了4次错误发现。

错误或不完整的发现

苏联化学家D. K.多布罗谢尔多夫（Dobroserdov）是第一位声称发现了钫的科学家。1925年，他在一个钾样本中观察到弱放射性，错误地认为这是87号元素所造成的。实际上放射性来自自然产生的钾-40。 他而后发布了一篇有关预测87号元素的属性的论文，当中将其以他的国家俄罗斯（Russia）命名为Russium。 不久后，多布罗谢尔多夫开始专注于他在敖德萨理工学院的教学工作，而并没有继续研究这一元素。 翌年，英国化学家杰拉尔德·德鲁斯（Gerald J. F. Druce）和费德里克·罗林（Frederick H. Loring）分析了硫酸锰的X-光片， 以为观察到的光谱线来自于87号元素。他们发布了这项发现，把该元素命名为Alkalinium，因为它是最重的碱金属（alkali metal）。

1930年，美国阿拉巴马州理工学院的弗雷德·艾利森（Fred Allison）在用磁光仪器研究铯榴石和锂云母后，声称发现了87号元素，并建议以他的家乡佛吉尼亚州（Virginia）命名为Virginium，符号Vi或Vm。 然而在1934年，伯克利加州大学的H. G.麦佛森（H. G. MacPherson）证明艾利森的仪器是无效的，并且推翻了他的发现。

1936年，罗马尼亚物理学家霍里亚·胡卢贝伊（Horia Hulubei）与法国物理学家伊维特·哥舒瓦（Yvette Cauchois）也研究了铯榴石，使用的是高分辨率X-光仪器。 他们观察到几条弱发射光谱线，以为它们来自87号元素。胡卢贝伊和哥舒瓦发布了这项发现，并以胡卢贝伊的诞生地罗马尼亚摩尔达维亚省（Moldavia）命名为Moldavium，符号为Ml。 1937年，美国物理学家F. H.盖斯（F. H. Hirsh Jr.）对胡卢贝伊的研究手法进行了批判。盖斯非常肯定87号元素不会在自然界中发现，并声称胡卢贝伊观察到的其实是汞和铋的X-射线光谱线。胡卢贝伊坚持自己的X-光仪器和实验方法足够准确，他的发现不可能是错误的。胡卢贝伊的导师，诺贝尔奖得主让·佩兰也支持他的发现。马格利特·佩里在1939年确实发现钫之后，一直都批评胡卢贝伊的研究，直到自己被承认为钫的正式发现者为止。

佩里的发现

1939年，法国巴黎居里研究所的马格利特·佩里在纯化锕-227的时候，发现了钫元素。锕-227的衰变能量应该是220keV，但佩里却观察到衰变能量低于80 keV的粒子。她认为这些异常的衰变活动源自尚未发现的一种衰变产物。这种产物在纯化过程中已经被分离出去，而是在纯锕-227样本中自然产生的。经过一系列测试之后，她消除了这种未知同位素是钍、镭、铅、铋和铊的可能性。该产物具有碱金属的属性（比如可以和铯盐共沉淀等），佩里因此判断这就是锕-227经α衰变所产生的87号元素。

佩里把这一新同位素命名为锕-K（今天则称钫-223）， 又在1946年提出正式命名Catium，因为她相信这种元素正离子（cation）的电正性是所有元素中最高的。佩里的其中一位导师伊雷娜·约里奥-居里反对这一命名，因为Catium一字更像是“猫元素”（cat），而非正离子。 佩里继而建议用法国（France）来命名为Francium，也就是钫的现名。国际纯粹与应用化合会在1949年接纳了这一名称。 钫也成为了继镓之后第二个以法国命名的元素。钫最初的符号为Fa，但不久后便改为Fr。 钫是1925年铼被发现后，最后一个在自然界中发现的元素。 欧洲核子研究中心在1970年代至1980年代间进一步研究了钫的结构。

存量

这一块沥青铀矿在同一时间含有大约10万颗钫-223原子（3.3×10 g）。

自然

锕-227经α衰变之后，会产生钫-223，因此钫以痕量存在于铀和钍的矿石中。 在一个铀样本中，估计每1×10 个铀原子就有一个钫原子。 根据计算，地球的地壳中，同一时间只有约30克钫。

合成

钫可以通过以下核反应合成：

这一过程可以产生钫-209、210和211， 产物再由磁光阱分离出来。 氧束的能量会影响同位素的形成速率。实验所用的金目标体必须在接近熔点的温度下，而且表面必须完全没有杂质。核反应会把钫原子嵌入目标体的深处，原子再迅速移动到表面，以离子的形式释放出来。静电透镜把钫离子引导至一个钇金属片的表面，这时钫离子会变回中性原子。激光束和磁场再对原子进行冷却和控制。原子在磁光阱中只会停留20秒左右，之后逃脱或衰变，但新的原子会不断替代这些失去了的原子。这一过程使原子数量在1分钟之内大约不变。首次进行这项实验时，科学家捕捉了1000个钫原子。在不断改进后，实验最终能够捕捉超过30万个钫原子。 捕获到的钫原子处于松散气体状态，当数量足够多的时候，钫发出的萤光就可以在摄影机上留下影像。影像呈球体，直径约为1毫米。这是钫首次被人类直接看到。研究人员这时就可以准确地测量钫所释放及吸收的亮光，从而给出原子能级跃迁的实验数据。初步结果表明，实验数据与量子理论所预测的相吻合。

钫的其他合成方法有，用中子撞击镭，或以质子、氘原子核或氦离子撞击钍。

同位素

钫共有34个同位素，原子量从199到232不等， 另有7种亚稳态同核异构体。 自然产生的只有钫-223和钫-221，其中钫-221罕见得多。

钫-223是最稳定的同位素，半衰期为21.8分钟。 再发现或合成半衰期更长的钫同位素的可能性极低。 钫-223是锕衰变系的第五个产物，是锕-227的子同位素。 钫-223会再β衰变为镭-223（衰变能量为1149 keV），另有0.006%的α衰变路径，产物为砹-219（衰变能量为5.4 MeV）。

钫-221的半衰期为4.8分钟。 它是镎衰变系的第九个产物，是锕-225的子同位素。 钫-221会再α衰变成砹-217（衰变能量为6.457 MeV）。

基态最不稳定的同位素是钫-215，半衰期只有0.12 μs。它会α衰变为砹-211，能量为9.54 MeV。 其亚稳态同核异构体钫-215m的稳定性则更低，半衰期只有3.5 ns。

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