แฟรนเซียม: ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับธาตุกัมมันตรังสีที่เข้าใจยาก

แฟรนเซียมมีประโยชน์จริงหรือไม่?

แฟรนเซียม – องค์ประกอบที่ 87 ในตารางธาตุ – เป็นธาตุกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ แต่หายากอย่างเหลือเชื่อ มันก่อตัวและสลายตัวอย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงไม่มีประโยชน์ในทางปฏิบัติ และส่วนใหญ่จะใช้ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์

อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบนี้มีคุณสมบัติที่น่าสนใจบางประการ: เป็นองค์ประกอบเดียวที่ไม่มีรูปแบบคงที่ที่รู้จัก และมีรัศมีอะตอมที่ใหญ่ที่สุด 

องค์ประกอบบางอย่างในตารางธาตุมีอยู่ค่อนข้างมากบนโลก ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจน ฮีเลียม ออกซิเจน และคาร์บอนในขณะที่องค์ประกอบอื่นๆ เข้าใจยากกว่ามาก โพรมีเธียมและทูเลียมเป็นธาตุที่หายากที่สุด แฟรนเซียมอยู่ที่จุดสิ้นสุดของสเปกตรัมอย่างมาก 

“แฟรนเซียม-223 ก่อตัวขึ้นตามธรรมชาติในช่วงการสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสีของธาตุอื่นๆ แต่คาดว่าแฟรนเซียมจะมีเพียง 30 กรัม [1 ออนซ์] ในเปลือกโลกทั้งหมดเมื่อใดก็ได้” คริสโตเฟอร์ บาร์เน็ตต์ นักเคมีหลังปริญญาเอก นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยซิดนีย์ ประเทศออสเตรเลีย บอกกับ WordsSideKick.com ทางอีเมล

องค์ประกอบนี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1939 โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Marguerite Perey อัจฉริยะของMarie Curieซึ่งตั้งชื่อการค้นพบใหม่นี้ตามบ้านเกิดของ Perey องค์ประกอบที่หายากนี้ถือเป็นองค์ประกอบสุดท้ายที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ(เปิดในแท็บใหม่)ค้นพบบนโลก

ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับแฟรนเซียม

• เลขอะตอม (จำนวนโปรตอนในนิวเคลียส): 87
• สัญลักษณ์อะตอม (ในตารางธาตุ): Fr
• น้ำหนักอะตอม (มวลเฉลี่ยของอะตอม): 223
• ความหนาแน่น: ไม่ทราบ
• เฟสที่อุณหภูมิห้อง: ของแข็ง
• จุดหลอมเหลว: 80.6 องศาฟาเรนไฮต์ (27 องศาเซลเซียส)
• จุดเดือด: 1,250 F (677 C)

การใช้และครึ่งชีวิต

เนื่องจากแฟรนเซียมหายากมาก นักวิทยาศาสตร์ที่ต้องการศึกษามันก่อนจึงต้องสร้างมันขึ้นมาในปฏิกิริยานิวเคลียร์ ไม่ว่าจะโดย “การทิ้งเรเดียมด้วยนิวตรอน หรือทอเรียมด้วยโปรตอน” บาร์เน็ตต์กล่าว

เรเดียม — เลขอะตอม 88 — เป็นธาตุเคมีที่เป็นกัมมันตภาพรังสี ในขณะที่ทอเรียม — เลขอะตอม 90 — เป็นโลหะกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ 

แฟรนเซียมมีประโยชน์หรือไม่? นักวิทยาศาสตร์พบว่ามีการใช้งานจริงหรือไม่? คำตอบง่ายๆ คือ “ไม่”

Barnett กล่าวว่ารูปแบบที่เสถียรที่สุดของแฟรนเซียมคือแฟรนเซียม-223 แต่ถึงกระนั้น “ครึ่งชีวิตยังสั้นมากจนไม่มีกระบวนการทางชีววิทยาที่เป็นที่รู้จัก” บาร์เน็ตต์กล่าว 

ค่าครึ่งชีวิตเป็นตัววัดว่าจะใช้เวลาครึ่งหนึ่งของตัวอย่างวัสดุกัมมันตภาพรังสีในการสลายตัวนานแค่ไหน “เราอาจคาดหวังว่าการสลายตัว [ขององค์ประกอบใดๆ] จะเกิดขึ้นเป็นเส้นตรงและในอัตราคงที่” บาร์เน็ตต์กล่าว “อย่างไรก็ตาม เราพบว่าอัตราการสลายตัวเปลี่ยนแปลงไปตามปริมาณของสารที่เหลืออยู่ ทำให้ปริมาณของวัสดุลดลงครึ่งหนึ่งในช่วงเวลาคงที่”

แฟรนเซียมมีครึ่งชีวิต 22 นาที ดังนั้น หากสังเกตตัวอย่างแฟรนเซียม ครึ่งหนึ่งของปริมาณแฟรนเซียมจะเหลือหลังจากผ่านไป 22 นาที หลังจากนั้นอีก 22 นาที จะมีหนึ่งในสี่ของจำนวนเงินเริ่มต้น มันสลายตัวเป็นเรเดียม-223 ผ่านการสลายตัวของเบตา เมื่ออิเล็กตรอนถูกปล่อยออกมา หรือแอสทาทีน-219 ผ่านการสลายแอลฟา เมื่อ “นิวเคลียสของอะตอมทำให้โปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัวในแพ็คเก็ตที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่าอนุภาคแอลฟา” ตามรายงานของ JLab(เปิดในแท็บใหม่).

“ครึ่งชีวิตของแฟรนเซียมนั้นสั้นมากสำหรับธาตุกัมมันตภาพรังสี สำหรับการเปรียบเทียบ เทคนีเชียม-99 เมตร (ซึ่งใช้ในการถ่ายภาพทางการแพทย์) มีครึ่งชีวิตหกชั่วโมง ยูเรเนียม-235 (ชนิดที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์) มีครึ่งชีวิต -อายุขัย 703,800,000 ปี” บาร์เน็ตต์กล่าว

แม้ว่าค่าครึ่งชีวิตของแฟรนเซียมจะสั้นอย่างไม่น่าเชื่อและถึงแม้จะเป็นพิษมากเนื่องจากกัมมันตภาพรังสี แต่ลักษณะของแฟรนเซียมทำให้เป็นเรื่องที่น่าสนใจในการศึกษา

“แฟรนเซียมมีคุณสมบัติที่น่าสนใจ มันถูกใช้เพื่อพัฒนาและทดสอบแบบจำลองทางทฤษฎี และฉันเห็นได้ว่าสิ่งเหล่านี้มีประโยชน์มากในการทดสอบแบบจำลองฟิสิกส์และเคมี ที่ใช้แมชชีนเลิร์นนิง ” 

Barnett ยังตั้งข้อสังเกตอีกว่าแฟรนเซียมไม่เคยถูกสังเกตด้วยตาเปล่าเพราะ “ไม่เคยมี [แฟรนเซียม] โดดเดี่ยวมากพอที่จะรู้ว่ามันเป็นอย่างไร” Barnett คาดการณ์ว่าน่าจะเป็น “โลหะสีเงินเทา” คล้ายกับโลหะอัลคาไลอื่น ๆ แต่ยอมรับว่า “เราไม่รู้แน่ชัด”

แฟรนเซียมเป็นอันตรายหรือไม่?

เนื่องจากแฟรนเซียมสามารถพบได้ในปริมาณที่น้อย จึงไม่ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อมนุษย์มากนัก แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้ามีคนสามารถจับแฟรนเซียมในปริมาณมากได้ แฟรนเซียมถือเป็นอันตรายหรือไม่?

“มีความเสี่ยงหลักสองประการกับแฟรนเซียม” บาร์เน็ตต์กล่าว “หนึ่งคือกัมมันตภาพรังสี เมื่อมันสลายตัว มันจะปล่อยอนุภาคพลังงานสูงที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนในเนื้อเยื่อรอบข้าง (ทำให้เกิดแผลไหม้) หรือทำลาย สาย DNA (ส่งผลให้เกิดมะเร็ง)

แต่เนื่องจากแฟรนเซียมทำได้ยาก การได้รับมากพอที่จะทำให้เกิดปัญหาร้ายแรงจึงไม่น่าจะเป็นไปได้ การแยกตัวมากที่สุดเท่าที่เคยมีมานั้นน้อยกว่า 0.000000001% ที่พบในเครื่องตรวจจับควันไฟใหม่ล่าสุด ด้วยครึ่งชีวิตที่สั้นกว่ามาก รังสีส่วนใหญ่จะถูกปล่อยออกมาภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง เมื่อเทียบกับปีสำหรับเครื่องตรวจจับควัน 

“ความเสี่ยงอีกประการหนึ่งก็คือ มันคือโลหะอัลคาไล มันเป็น — หรือค่อนข้างจะเป็นเช่นนั้น, หากเราสามารถรวมเข้าด้วยกันได้เพียงพอ — มีปฏิกิริยามาก และน่าจะลุกเป็นไฟได้อย่างสวยงามที่สุด”

เผยแพร่ครั้งแรกบน Live Science เมื่อวันที่ 11 กันยายน 2013 และเขียนใหม่เมื่อวันที่ 26 กรกฎาคม 2022

หน้าแรก