Características del francio, uno de los elementos más peculiares de la tabla periódica
Ampliando cada vez más nuestra sección de química sobre los elementos de la tabla periódica, hoy es momento de hablar sobre el francio, que ocupa el lugar número 87 dentro de ella. Se trata de un elemento complejo y de características peculiares, así que te invitamos a conocer las propiedades y características del francio. Y averiguaremos si tiene alguna utilidad o no.
Porque a todos nos pasó en algún momento de la escuela: te aprendes los elementos y las letras que se utilizan para identificarlos, pero fuera del oxígeno y el calcio, hay muchos otros que nunca antes habías escuchado y menos sabes en donde se encuentran. Es probable que ese también sea el caso de francio, pero ya no será así después de leer este artículo. Comencemos con la historia de cómo fue descubierto.
¿Quién descubrió el francio y qué significa su nombre?
Una vez conocido como actinio K y también como eka-cesio, el francio fue un hallazgo de Marguerite Catherine Perey, física parisina, estudiante y asistente personal de la gran Marie Curie. Este descubrimiento, entre otros aportes suyos al ámbito científico, la convirtieron en la primer mujer electa para la prestigiosa Academia Francesa de Ciencias, en 1962.
La historia de Marguerite Perey (1909-1975) es inspiradora. Ella soñaba con estudiar medicina, pero su familia tuvo grandes dificultades económicas tras el fallecimiento de su padre. A pesar de ello, Marguerite logró estudiar química como carrera técnica, con lo cual se dedicó a buscar un trabajo apoyar a sus seres queridos.
El lugar al cual mandó su currículum fue nada más y nada menos que el Instituto del Radio, ahora conocido como Instituto Curie: uno de los centros de investigación más prestigiosos en el mundo. Con el tiempo, este lugar se volvió una pieza importante en el estudio del cáncer y cómo combatirlo.
Imagina que en tu entrevista laboral te toca conversar con alguien que ya ganó dos premios Nobel. Fue Marie Curie en persona quien platicó con Perey para ver si la aceptaba en su laboratorio. Marguerite tenía apenas 19 años y salió del sitio con la idea de que la charla no había ido muy bien. Pero su percepción resultó errónea y Marie la contrató.
El francio se descubrió en 1939 tras el aislamiento y purificación de muestras de actinio (Ac), el cual fue hallado por André-Louis Debierne (también dentro de las instalaciones del Instituto del Radio). Perey se dedicaba a realizar esta tarea con otros elementos radioactivos. Lamentablemente, Marie Curie falleció cinco años después de que Marguerite comenzara a trabajar con ella. A pesar de la tragedia, Perey y Debierne decidieron continuar con la investigación.
Así fue como llegó el día en el que la científica de 26 años leyó un trabajo estadounidense que afirmaba que el actinio emitía partículas beta. La información en el estudio le hizo pensar que sus conclusiones eran incorrectas y que en realidad lo que producía dichas partículas era de un átomo hijo; es decir, un átomo que surgió tras la desintegración radioactiva de otro elemento.
Lo que Marguerite encontró fue que una minúscula fracción de las partículas emitidas por el actinio eran en realidad partículas alfa. Cada elemento posee una cantidad definida de protones, y como las partículas alfa implican la pérdida de protones, eso quiso decir que estaba ante un nuevo elemento químico. El actinio está formado por 89 protones y ella logró desenmascarar al misterioso elemento 87.
Perey decidió nombrar a su hallazgo como "francio" en honor a Francia, su país natal y en donde realizó el trabajo más importante de su vida. Su gran logro no pasó desapercibido para la comunidad científica, ya que se le otorgó una beca para estudiar un doctorado en la Universidad de la Sorbona. El problema fue que al venir de una carrera técnica, ella no cumplía con los requisitos de educación superior que la institución exigía de sus alumnos. Pero eso no la detuvo porque se inscribió a cursos en dicha escuela para obtener el equivalente de una carrera universitaria y, ahora sí, cursar un posgrado. En 1946 terminó su doctorado en Física.
El resto de su vida lo dedicó a la investigación del francio (Fr), con la esperanza de que este elemento fuera de utilidad en los tratamientos contra el cáncer. Como se descubrió después, la radiación del francio de hecho es cancerígena y Marguerite tuvo un final como el de Marie Curie. Ella falleció —probablemente por un tipo de cáncer — en 1975. Además de ser recordada como la mujer que descubrió el francio, también se le reconoce la insistencia que tuvo en crear medidas de seguridad más rigurosas para proteger a los expertos que trabajan con radiactividad.
Características generales y propiedades del francio
El francio presenta características únicas, se trata del segundo elemento menos abundante en la Tierra y es superado tan sólo por el astato (At). Fue el último elemento de la tabla periódica en descubrirse de forma natural y no mediante un proceso de síntesis. Se trata de un metal alcalino de alta radiactividad, además es el metal alcalino más pesado que se conoce y también el más pesado entre los 101 primeros elementos de la tabla periódica.
Sus propiedades físicas presentan numerosas similitudes con las del cesio (Cs) y también es menos estable que cualquier otro elemento que sea más ligero que el nobelio (No). Dentro de la tabla periódica, el francio se encuentra dentro del grupo 1 (el de los metales alcalinos) junto con otros elementos como el litio (Li), el sodio (Na), el potasio (K), el rubidio (Rb) y el cesio. Recordemos que un metal alcalino es aquel que cuenta con una densidad baja y suelen reaccionar de manera inmediata ante otras sustancias químicas como el oxígeno y el agua. También son buenos conductores tanto de electricidad como de calor.
Una búsqueda más o menos común en los buscadores de Internet es cómo reacciona en francio al agua. Nadie ha podido comprobar qué pasaría con exactitud si se arrojara un pedazo de francio dentro de un cuerpo acuoso, porque este elemento es escaso (un punto que tocaremos más adelante). Pero los científicos tienen la hipótesis de que el resultado sería violento y explosivo. Esto por que el resto de los elementos del grupo 1 se incendian con facilidad. Así ocurre porque todos ellos cuentan con un sólo electrón en su nivel energético más externo, lo que los vuelve más reactivos. A diferencia de sus compañeros cercanos en la tabla, el francio también presenta un alto nivel de radiactividad, lo cual podría ocasionar una explosión aún más peligrosa y con una gran liberación de calor.
El periodo en el cual se encuentra localizado el francio en la tabla periódica es el 7. Aquí, en la última fila de la clasificación, es donde se ubican los elementos más inestables y radiactivos. El primero de ellos es el francio, seguido de: el radio (Ra), los actínidos (los cuales se acomodan en las dos filas separadas bajo la tabla periódica), el rutherfodio (Rf), el dubnio (Db), el seaborgio (Sg), el bohrio (Bh), el hassio (Hs), el meitnerio (Mt), el darmstadtio (Ds), el roentgenio (Rg), el copernicio (Cn), el ununtrio (Uut), el flerovio (Fl), el ununpentio (Uup), el livermorio (Lv), el ununseptio (Uus) y el ununoctio (Uuo). En palabras más sencillas y humorísticas: muchos elementos con nombres que tal vez sólo leamos una vez en la vida, sino es que nunca.
Actualmente, se conocen 33 isótopos de francio; el 223Fr, derivado del 227Ac, es el más longevo de estos y tiene una vida activa equivalente a unos 22 minutos de duración, siendo también el único isótopo de francio natural conocido. De todas maneras, todos sus isótopos son considerablemente inestables. Sólo por si necesitas que te refresquemos un poco la memoria: un isótopo es una forma "alterna" de un mismo elemento, la cual contiene el mismo número de protones, pero una cantidad diferente de neutrones en su núcleo.
Entre otras curiosidades, cabe mencionar que el francio es escaso. Encontrarlo en el medio ambiente, fuera del laboratorio, es casi imposible. Se estima que en la totalidad de la corteza terrestre — en cualquier momento determinado — sólo existe un promedio de 30 gramos de francio. Para resaltar aún más lo pequeña que es esa cantidad, otros objetos que pesarían lo mismo serían una pila AA o la mitad de una pelota de tennis.
Para obtenerlo, es necesario provocar un bombardeo de neutrones o protones dirigido a otros elementos, como el radio o el torio. De hecho nunca se ha podido reunir una dosis que sea lo suficientemente grande como para ser pesada. Esa dificultad para conseguirlo, más su escasez en el planeta, son los motivos principales por los que los científicos desconocen cuál es su función en el mundo. A eso se le suma el hecho de su inestabilidad y radiactividad.
El número atómico del francio es 87, el cual señala la cantidad de protones que posee cada uno de sus átomos (se utiliza la letra Z para representar este valor). Su masa atómica es de 223 u, lo que quiere decir que un átomo de este elemento pesa 223 unidades (también se utiliza la medida de dalton o Da). Su punto de fusión — es decir, la temperatura necesaria para que pase de un estado sólido a uno líquido — es de 27° centígrados. Mientras que el punto de ebullición — la temperatura con la cual pasa de líquido a gas — es de 677 grados centígrados. Para comparar, el agua hierve a los 100 °C, mientras que el sodio (uno de sus compañeros del grupo 7) lo hace a los 882.8 °C.
¿Para qué se usa el francio?
Con toda la información que hemos repasado hasta ahora, es probable que ya te imagines la respuesta a esta pregunta. Al ser este un elemento tan radiactivo, escaso, poco conocido y tan complejo — ya sea en cuanto a su manipulación o a su producción — el francio no es un elemento útil y dista mucho de serlo. Aún hoy se buscan aplicaciones de francio en las actividades humanas, sin embargo, nada se ha encontrado hasta ahora. Eso hace que nos preguntemos, ¿por qué existe en la Tierra?
Muy bien, esto es todo por esta vez. Un elemento muy peculiar e interesante, ¿no es así? ¿Qué otras cosas puedes aportar tú acerca del francio y sus propiedades? Si te interesa seguir conociendo sobre los diversos compuestos químicos elementales que existen, no dejes de visitar nuestra sección « elementos de la tabla periódica». Te aseguro que encontrarás todo lo que buscas.
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