Frâncio (Fr)

O frâncio, símbolo Fr, número atômico 87, é um elemento pertencente ao Grupo 1 da Tabela Periódica, os metais alcalinos. Contudo, diferentemente dos demais elementos do grupo, o frâncio não apresenta isótopos estáveis, o que, inclusive, dificultou a sua descoberta. Aliás, o frâncio foi o último elemento a ser descoberto e isolado em amostras naturais.

Sua grande instabilidade atômica não permite obter amostras visíveis e pesáveis, sendo assim, suas propriedades físico-químicas são extrapoladas a partir dos dados dos demais metais alcalinos. Estima-se que só haja 30 gramas de frâncio na crosta terrestre, o que faz dele o segundo elemento mais raro do planeta, atrás apenas do ástato.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre frâncio
• 2 - Propriedades do frâncio
  • → Videoaula sobre propriedades periódicas e aperiódicas dos elementos químicos
• 3 - Características do frâncio
• 4 - Obtenção do frâncio
• 5 - Aplicações do frâncio
• 6 - História do frâncio
• 7 - Exercícios resolvidos sobre frâncio

Resumo sobre frâncio

• O frâncio é um metal alcalino localizado no sétimo período da Tabela Periódica, de símbolo Fr, Z = 87.

• Não apresenta isótopos estáveis e é o segundo elemento mais raro do planeta.

• Seu isótopo mais estável apresenta tempo de meia-vida de 22 minutos.

• É o elemento com maior raio atômico da Tabela Periódica, além de ser o mais eletropositivo.

• Pode ser obtido apenas por processos nucleares, sendo de difícil isolamento.

• Ainda não existem aplicações práticas relacionadas ao frâncio.

Propriedades do frâncio

• Símbolo: Fr.

• Massa atômica: 223,02 u.

• Ponto de fusão: 22 °C (estimado).

• Ponto de ebulição: 665 °C (estimado).

• Densidade: 2,5 g/cm³ (estimado).

• Eletronegatividade: 0,79.

• Distribuição eletrônica: [Rn] 7s¹.

→ Videoaula sobre propriedades periódicas e aperiódicas dos elementos químicos

Características do frâncio

O frâncio possui diversos isótopos, mas é o isótopo 233 o de maior estabilidade, atingindo 22 minutos de tempo de meia-vida. Apenas o isótopo 212 possui um tempo de meia-vida similar, de 21 minutos, enquanto os demais nem chegam perto disso, podendo até mesmo possuir tempos de meia-vida da ordem de segundos.

Toda essa instabilidade atômica atrapalha na determinação de características e propriedades físicas importantes. Aliás, as propriedades conhecidas foram obtidas em condições de extrema diluição (concentração da ordem de 10^-15 mol/L).

Como metal alcalino, sabe-se que seu número de oxidação deve ser +1. Experimentos demonstraram também que o frâncio é o elemento mais eletropositivo da Tabela Periódica. Outro posto de liderança que esse elemento possui na tabela é o de maior diâmetro, com 2,7 angström (10^-10 m).

Assim como outros metais alcalinos, o frâncio se mantém em solução enquanto outros elementos precipitam na forma de hidróxidos, carbonatos, fluoretos, sulfetos, cromatos etc.

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Obtenção do frâncio

O frâncio-223, isótopo mais estável do Fr, foi detectado pela primeira vez através da emissão alfa do actínio-227. Também é possível produzir frâncio (isótopo 212) através do bombardeamento de ouro (¹⁹⁷Au) com o oxigênio-18 (¹⁸O) em um reator nuclear.

O frâncio pode ser obtido de algumas formas. Por exemplo, há a possibilidade de precipitá-lo junto ao césio, através de sais pouco solúveis desses elementos, como o perclorato (ClO₄^-), hexacloroplatinato (PtCl₆^2-), iodato (IO₄^-), entre outros. Contudo, prevê-se que a separação do césio e frâncio seja muito difícil.

Outros métodos desenvolvidos nas décadas de 1960 e 1970 permitiram a separação de frâncio a partir de soluções com césio e rubídio por meio de resinas trocadoras de cátions. O frâncio-223, que foi descoberto a partir da emissão alfa do actínio-227, também pode ser separado do actínio e dos demais produtos de desintegração por técnicas de precipitação seletiva. Há também outra técnica empregada com relativo sucesso: a sublimação do cloreto de frâncio (FrCl) em temperaturas da ordem de 300 °C.

Aplicações do frâncio

Testes com ratos permitiram concluir que o frâncio se acumula nos rins, fígado e glândulas salivares. Além disso, tentou-se aplicá-lo em medicina nuclear, no diagnóstico de câncer, mas a dificuldade em prepará-lo e isolá-lo tornou o projeto inviável. Essa característica, somada ao seu baixo tempo de meia-vida, fazem com que o frâncio seja um dos poucos elementos sem aplicações práticas.

Contudo, o fato de possuir o maior raio atômico da Tabela Periódica e de ter apenas um elétron na camada de valência mantém alguns pesquisadores curiosos acerca de sua natureza. Em 2002, um grupo de pesquisadores dos Estados Unidos conseguiu aprisionar 300.000 átomos de frâncio para descobrir mais sobre o elemento.

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História do frâncio

O que chama a atenção na história do frâncio é o número de vezes que as pessoas disseram tê-lo descoberto após Mendeleev prever a existência deste elemento, em 1871, sob o nome de eka-cesium.

Há muito se sabe que após o elemento 83, bismuto, a Tabela Periódica apresenta apenas elementos radioativos e instáveis — com exceções, como é o caso do urânio e do tório. Mesmo assim, isso não desencorajou diversos cientistas a buscarem o elemento 87 em fontes naturais e, em muitas das vezes, reivindicarem sua descoberta.

Por exemplo, em 1925, o químico russo Dobroserdov observou uma fraca radioatividade em uma amostra de potássio, concluindo que esse seria o elemento 87 e dando a ele o nome de russium, em homenagem ao seu país natal. Contudo, a melhor explicação para o fato foi de que, na verdade, foi detectada a radioatividade oriunda do isótopo ⁴⁰K, um emissor beta que compõe cerca de 0,012% do potássio natural.

Em 1926, os químicos ingleses Druce e Loring, ao analisarem linhas espectrais do sulfato de manganês (II), presumiram também observar algumas linhas relativas ao elemento 87, para o qual posteriormente propuseram o nome de alkalinium. Porém, a fragilidade das evidências desencorajou os pesquisadores a seguirem em frente.

Depois, em 1930, Fred Allison reivindicou a descoberta do elemento 87 após alguns experimentos com amostras de polucita (um minério rico em césio) e lepidolita (um minério com lítio em sua composição). Allison propôs o nome virginium em homenagem ao estado norte-americano de Virgínia. Porém, em 1934, MacPherson demonstrou incorreções na descoberta de Allison.

Dois anos depois, Jean Perrin, físico francês conhecido por ter confirmado a teoria de Einstein acerca do movimento browniano, provendo, assim, evidências suficientes para a existência dos átomos, juntou-se ao físico romano Horia Hulubei em uma série de experimentos com raios X. Eles obtiveram, então, resultados esperados para o elemento 87, o qual prontamente batizaram de moldavium, em referência à região da Moldávia, região de nascimento de Hulubei. Contudo, novamente, o trabalho foi criticado diante das interpretações.

Nenhum dos pesquisadores podia compreender, mas o que ocorria é que o frâncio possui isótopos muito instáveis, com meia-vida curtíssima. O infortúnio foi tanto que chegou-se a cogitar a inexistência do elemento 87.

Contudo, em 1939, a descoberta do elemento 87 ocorreu por alguém que começou como assistente de laboratório de ninguém mais, ninguém menos que Marie Curie, em Paris: a francesa Marguerite Perey. Com boa perícia para manipular e purificar amostras radioativas, Perey foi incumbida de analisar uma amostra radioativa de actínio, o elemento 89.

A cientista foi a primeira a observar as emissões alfa e beta produzidas pelo actínio, revelando um novo elemento com tempo de meia-vida de 21 minutos. A francesa então anunciou, com cautela, a sua descoberta e, em 1946, defendeu sua tese de doutorado O elemento 87: Actínio-K.

O novo elemento foi então batizado de frâncio, em homenagem ao seu país natal, inicialmente com símbolo Fa. Em 1949, a União Internacional de Química Pura e Aplicada (Iupac) confirmou o elemento com o nome dado por Perey, mas em 1951 alterou o símbolo para Fr.

Exercícios resolvidos sobre frâncio

Questão 1

O frâncio (Fr, Z = 87) é um metal alcalino de baixo tempo de meia-vida, além de ser instável. Contudo, sabe-se que possui algumas propriedades semelhantes aos demais metais alcalinos.

Com base nas informações acima, qual o provável composto formado entre o frâncio e o bromo (Br, Z = 35)?

A) FrBr₂

B) Fr₂Br

C) FrBr

D) FrBr₃

Resposta

O frâncio, como metal alcalino, possui NOX igual a +1. Já o bromo, um halogênio, na ausência de oxigênio possui NOX igual a -1. Sendo assim, o composto mais provável entre ambos é o da letra C, FrBr.

Questão 2

O raio atômico é uma propriedade periódica de extrema importância, pois além de diferenciar os átomos quanto a seus tamanhos, auxilia na compreensão da reatividade e de outras propriedades dos átomos.

Dentre os elementos da Tabela Periódica, o elemento que possui o maior raio atômico é o:

A) F

B) Cs

C) H

D) Fr

E) Og

Resposta

Sabe-se que o raio atômico é maior quanto maior for o período do elemento e menor o número de elétrons na camada de valência. Assim, o elemento de maior raio é o frâncio, Fr, pois está no sétimo período da Tabela Periódica e só possui um único elétron de valência.

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química