Le francium porte le numéro atomique 87 et appartient à la dernière période du tableau périodique. Sa présence naturelle n’est pas mesurable en quantité durable : l’élément se forme lors de désintégrations radioactives, puis disparaît rapidement à son tour. Cette instabilité explique à la fois sa rareté, les difficultés de son étude et l’absence d’usage courant.
Où trouve-t-on le francium ?
Dans la nature, le francium apparaît en quantités infimes au sein de chaînes de désintégration radioactive. L’isotope naturel mentionné par PubChem est le francium 223, produit lors de la désintégration de l’actinium dans les minerais d’uranium. Sa demi-vie est d’environ 22 minutes : après ce temps, la moitié des noyaux d’un échantillon donné se sont désintégrés. Il est donc continuellement formé puis détruit, sans s’accumuler en dépôt exploitable. La fiche de PubChem sur le francium décrit cette présence naturelle fugace.
Pour l’étudier, les chercheurs produisent de très petites quantités par des réactions nucléaires ou en récupérant des atomes issus de la désintégration d’autres éléments radioactifs. Il ne s’agit pas d’extraire un métal comme le fer ou le cuivre : les atomes doivent être détectés et observés rapidement, avant leur transformation.
Ce que sa place parmi les alcalins permet de prévoir
Le francium se trouve dans le groupe 1, avec le lithium, le sodium, le potassium, le rubidium et le césium. Ces éléments possèdent un électron externe qu’ils tendent à perdre lors de réactions chimiques. La configuration électronique indiquée pour le francium, [Rn]7s¹, correspond à cette structure ; son état d’oxydation caractéristique est +1. Vous pouvez situer ses ressemblances et différences dans la famille des métaux alcalins.
Sa position permet donc de prévoir certaines analogies chimiques avec les autres alcalins, mais les expériences sont limitées par sa radioactivité et par le nombre d’atomes disponibles. Les propriétés attribuées à un gros échantillon de francium métallique ne peuvent pas être vérifiées comme celles d’un métal courant. La fiche du Los Alamos National Laboratory classe également le francium parmi les alcalins et indique son isotope de masse 223. La fiche du laboratoire de Los Alamos présente ses données élémentaires.
À quoi sert-il aujourd’hui ?
Le francium n’a pas d’application pratique courante. La quantité produite est trop faible et sa durée de vie trop courte pour permettre la fabrication de matériaux ou de produits commerciaux. Le Jefferson Lab indique que ses usages se limitent à la recherche scientifique fondamentale. Les expériences portent sur les propriétés atomiques et nucléaires de cet élément particulièrement difficile à observer. La présentation du Jefferson Lab souligne cette absence d’usage hors recherche.
Il faut distinguer l’intérêt scientifique du francium de celui de ses éventuels composés : la fiche disponible ne décrit pas de composé courant utilisé dans la vie quotidienne. Son principal apport est celui d’un objet d’étude, notamment pour examiner un métal alcalin très lourd et radioactif.
Comment Marguerite Perey l’a-t-elle découvert ?
La radiochimiste française Marguerite Perey a identifié le francium en 1939 en étudiant l’actinium. Elle a repéré un produit radioactif formé par sa désintégration, ce qui a révélé l’existence de l’élément 87. Elle l’a nommé d’après la France. L’annonce de la découverte a été présentée à l’Académie des sciences en janvier 1939, selon l’Académie des technologies. Le portrait de Marguerite Perey retrace cette découverte et son contexte scientifique.