Франций (Fr) — редкий щелочной металл, расположенный в группе 1 периодической системы, с атомным номером 87. Является самым тяжёлым представителем щелочных металлов, обладает чрезвычайной радиоактивностью и малой стабильностью, существуя лишь в виде изотопов с коротким периодом полураспада. Наиболее устойчивый изотоп — 223Fr с периодом полураспада около 22 минут. В природе встречается крайне редко, образуется в результате альфа-распада актиния и урана.
Физические свойства франция определяются его положением в группе щелочных металлов: металлический блеск, мягкость, низкая твёрдость и высокая пластичность. При нормальных условиях металл крайне нестабилен, быстро окисляется на воздухе, образуя гидроксид FrOH и оксиды. Плотность элемента оценивается приблизительно в 2,48–2,9 г/см³, температура плавления около 27 °C, температура кипения — 677 °C (приблизительные значения, учитывая экспериментальные трудности с изучением).
Франций проявляет типичную щелочнометаллическую реакционную способность, усиливающуюся по сравнению с другими элементами группы 1. Основные реакции:
С кислородом: при контакте с кислородом быстро образует оксид Fr2O и пероксид FrO2. Реакции протекают с высокой скоростью, сопровождаются выделением тепла.
С водой: взаимодействует бурно, образуя гидроксид франция и выделяя водород:
2Fr + 2H2O → 2FrOH + H2↑
Скорость реакции выше, чем у цезия, что соответствует тенденции увеличения химической активности вниз по группе.
С галогенами: образует галогениды франция (FrX, X = F, Cl, Br, I), преимущественно ионного характера. Эти соединения сильно гидролизуются и устойчивы только в сухом виде.
С кислотами: металл реагирует с разбавленными кислотами с образованием соли и выделением водорода, аналогично другим щелочным металлам.
Гидроксид франция (FrOH) является сильным щелочным соединением. В водном растворе полностью диссоциирует, проявляя максимальные значения щёлочности среди всех щелочных металлов. Подвержен быстрому разложению из-за радиоактивности исходного элемента.
Франций образует оксид Fr2O и пероксид FrO2. Структура оксида аналогична оксидам цезия: ионная решётка с характерной высокой реакционной способностью. Пероксид обладает выраженной окислительной активностью и нестабилен, быстро разлагается.
Галогениды франция (FrF, FrCl, FrBr, FrI) являются солями ионного типа. Эти соединения имеют высокую растворимость в воде и сильно гигроскопичны, что делает их хранение крайне проблематичным.
Все соединения франция радиоактивны. Радиоактивность приводит к самоподогреву и разрушению кристаллической структуры соединений. Энергия альфа-распада делает химические исследования франция крайне сложными, ограничивая практическое применение элементарного металла и его соединений.
Франций не имеет промышленных применений из-за крайне малой концентрации и высокой радиоактивности. Научные исследования ограничиваются изучением свойств изотопов, реакционной способности и потенциальной роли в ядерной физике. Применение возможно в качестве радиоактивного индикатора и для экспериментов в атомной спектроскопии.
Франций демонстрирует ярко выраженные тенденции щелочных металлов: высокая реакционная способность, образование сильных оснований, склонность к ионным соединениям. Его свойства усиливают систематические закономерности группы 1, показывая предельное проявление щелочных характеристик в природе.
Исследование франция осложняется крайне коротким временем существования изотопов, высокой радиоактивностью и малым содержанием в природе. Методы изучения включают генерацию элементов в ускорителях частиц, быстрый перенос в вакуумных камерах и спектроскопический анализ. Многие свойства оцениваются теоретически и через сравнение с цезием и другими щелочными металлами.