Fermium

Fermium
100 Fm
Er ↑ Fm ↓ (UPB) Tabela periódica einsteinium ← fermium → mendelevium
Aparência
desconhecido
Propriedades gerais
Nome, símbolo, número	fermium, Fm, 100
Pronúncia	/ f ɜr m Eu ə m / FER -mee-əm
Categoria elemento	actinide
Grupo, período, bloco	n / D, 7, f
Peso atômico padrão	(257)
Configuração eletrônica	[ Rn ] 5f 12 7s 2 2, 8, 18, 32, 30, 8, 2
História
Descoberta	Lawrence Berkeley National Laboratory (1952)
Propriedades físicas
Fase	sólido
Ponto de fusão	1800 K , 1527 ° C, 2781 ° F
Propriedades atômicas
Estados de oxidação	2, 3
Eletronegatividade	1,3 (escala de Pauling)
Energias de ionização	1º: 627 kJ · mol -1
Miscelânea
Número de registo CAS	7440-72-4
A maioria dos isótopos estáveis
Ver artigo principal: Isótopos de fermium
iso N / D meia-vida DM DE ( MeV) DP 252 Fm syn 25,39 h SF - - α 7,153 248 Cf 253 Fm syn 3 d ε 0,333 253 Es α 7,197 249 Cf 255 Fm syn 20.07 h SF - - α 7,241 251 Cf 257 Fm syn 100,5 d α 6,864 253 Cf SF - -

Fermium é um elemento sintético com o símbolo Fm e número atômico 100. Ele é um membro da actinídeos série. É o elemento mais pesado que pode ser formada por neutrões bombardeamento de elementos mais leves, e por isso o último elemento que pode ser preparado em quantidades macroscópicas, embora pura fermium de metal ainda não tenha sido preparado. Um total de 19 isótopos são conhecidos, com ²⁵⁷ Fm sendo o mais longo-vivido um com uma meia-vida de 100,5 dias.

Foi descoberto nos escombros da primeira explosão de uma bomba de hidrogênio em 1952, e nomeado após Prêmio Nobel Enrico Fermi, um dos pioneiros da física nuclear . Sua química é típica do final dos actinídeos, com preponderância da +3 estado de oxidação , mas também acessível um estado de oxidação +2. Devido às pequenas quantidades de fermium produzido e sua meia-vida curta, há atualmente nenhum uso para ele fora da pesquisa científica básica. Como todos os elementos sintéticos, isótopos de fermium são extremamente radioactivos e são considerados altamente tóxicos.

Descoberta

Fermium foi observada pela primeira vez na precipitação a partir do teste nuclear Ivy Mike.

O elemento foi nomeado após Enrico Fermi.

Fermium foi descoberto pela primeira vez na precipitação da ' Teste Ivy Mike 'nuclear (01 de novembro de 1952), o primeiro teste bem sucedido de uma bomba de hidrogênio. O exame inicial dos escombros da explosão havia mostrado a produção de um novo isótopo de plutônio , 244
94 Pu: esta só poderia ter formado pela absorção de seis nêutrons por um urânio-238 núcleo seguido por dois β ^- decai. No momento, a absorção de neutrões por um núcleo pesado foi pensado para ser um processo rara, mas a identificação de 244
94 Pu levantou a possibilidade de que ainda mais nêutrons poderia ter sido absorvido pelos núcleos de urânio, levando a novos elementos.

Elemento 99 ( einsteinium ) foi rapidamente descoberto em papéis de filtro que tinha sido voadas através da nuvem da explosão (a mesma técnica de amostragem que tinha sido usado para descobrir 244
94 Pu). Em seguida, foi identificada em dezembro de 1952 por Albert Ghiorso e colegas de trabalho no Universidade da Califórnia em Berkeley. Descobriram o isótopo ²⁵³ Es ( meia-vida 20,5 dias) que foi feito pela captura de 15 neutrões por núcleos de urânio-238 - que, em seguida, foram submetidos a sete sucessivo decaimentos beta:

Alguns ²³⁸ U átomos, no entanto, poderia capturar outra quantidade de nêutrons (provavelmente, 16 ou 17).

A descoberta de fermium (Z = 100) necessário mais material, dado que o rendimento era esperado para ser, pelo menos, uma ordem de grandeza menor do que a do elemento 99, e assim contaminada do coral Enewetak (onde o teste teve lugar) foi enviado para o University of Radiation Laboratory Califórnia em Berkeley, Califórnia, para processamento e análise. Cerca de dois meses depois do teste, um novo componente foi isolado emissores de alta energia α-partículas (7,1 MeV) com uma semi-vida de cerca de um dia. Com uma meia-vida tão curto, só poderia surgir a partir do β ^- decaimento de um isótopo de einsteinium, e assim tinha que ser um isótopo do elemento novo 100: foi rapidamente identificado como ²⁵⁵ Fm (t _½ = 20,07 (7 ) horas).

A descoberta de novos elementos, e os novos dados sobre a captura de nêutrons, foi inicialmente mantida em segredo sob as ordens do exército dos EUA até 1955, devido à Guerra Fria tensões. No entanto, a equipe de Berkeley foram capazes de preparar elementos 99 e 100 por meios civis, através do bombardeamento de neutrões de plutônio-239, e publicou este trabalho em 1954, com o aviso de que não foram os primeiros estudos que foram realizados sobre os elementos. Os estudos da 'Ivy Mike' foram desclassificados e publicados em 1955.

A equipe de Berkeley estava preocupada que um outro grupo pode descobrir isótopos mais leves do elemento 100 através de técnicas de bombardeamento de íons antes que eles poderiam publicar suas pesquisas classificado, e isto provou ser o caso. Um grupo no Instituto Nobel de Física em Estocolmo descoberto independentemente do elemento, produzindo um isótopo mais tarde confirmado para ser ²⁵⁰ Fm (t _½ = 30 minutos), bombardeando um 238
92 L com alvo íons de oxigênio-16, e publicou seu trabalho em maio de 1954. No entanto, a prioridade da equipe de Berkeley era geralmente reconhecido, e com ele a prerrogativa para nomear o novo elemento em homenagem ao recentemente falecido Enrico Fermi, o desenvolvedor do primeiro reactor nuclear auto-sustentada artificial.

Isótopos

Decay via de fermium-257

Existem 19 isótopos de fermium listados na N UBASE 2003, com pesos atômicos de 242-260, dos quais ²⁵⁷ FM é a mais longa duração com uma meia-vida de 100,5 dias. ²⁵³ Fm tem uma meia-vida de 3 dias, enquanto ²⁵¹ Fm de 5,3 h, ²⁵² Fm de 25,4 h, ²⁵⁴ Fm de 3,2 h, ²⁵⁵ Fm de 20,1 h, e ²⁵⁶ Fm de 2,6 horas. Todos os restantes têm semi-vidas variando entre 30 minutos e menos do que um milésimo de segundo. O produto de captura de neutrões de fermium-257, ²⁵⁸ Fm, sofre fissão espontânea com uma semi-vida de apenas 370 microsegundos (14); ²⁵⁹ e ²⁶⁰ Fm Fm também são instáveis em relação à fissão espontânea _(t½ = 1,5 (3) s e 4 ms, respectivamente). Isto significa que a captura de neutrões não pode ser usado para criar nuclídeos com um número de massa superior a 257, se for efectuada em uma explosão nuclear. Como ²⁵⁷ é um Fm α-emissor, deteriorando a ²⁵³ Cf, e não há isótopos fermium sofrer deterioração menos beta (que produziria isótopos do elemento seguinte, mendelevium), fermium é também o último elemento que pode ser preparado por um processo de captura de neutrões-.

Produção

Eluição: separação cromatográfica de Fm (100), Es (99), Cf, Bk, Cm e Am.

Fermium é produzido pelo bombardeamento de mais leves actinides com nêutrons em um reator nuclear. Fermium-257 é o isótopo mais pesado que é obtido através de captura de neutrões, e só podem ser produzidos em quantidades de nanogramas. A principal fonte é a 85 MW Alto Fluxo Isotope Reactor (HFIR) no Oak Ridge National Laboratory, em Tennessee, EUA, que se dedica à produção de transcurium (Z> 96) elementos. Em uma "campanha de processamento típica" em Oak Ridge, dezenas de gramas de cúrio são irradiados para produzir quantidades decigrama de califórnio , quantidades de miligramas de berquélio e einsteinium e quantidades picogramas de fermium. No entanto, de nanogramas e quantidades de microgramas fermium pode ser preparado para experiências específicas. As quantidades de fermium produzido em explosões termonucleares 20-200 quilotons acredita-se ser da ordem dos miligramas, embora seja misturada com uma grande quantidade de detritos; 40 picogramas de ²⁵⁷ Fm foi recuperado a partir de 10 kg de detritos a partir do ' Teste Hutch "(16 de Julho 1969).

Após a produção, a fermium deve ser separado dos outros e de actinídeos Lantanóides produtos de cisão. Isto normalmente é alcançado por cromatografia de permuta iónica, com o processo convencional utilizando um permutador de catiões, tais como Dowex 50 ou T EVA eluiu-se com uma solução de amónio α-hydroxyisobutyrate. Catiões menores formar complexos mais estáveis com o anião hydroxyisobutyrate-α, e assim são preferencialmente eluído a partir da coluna. Uma rápida método de cristalização fraccionada também tem sido descrita.

Embora o isótopo mais estável de fermium é Fm ^257, com uma meia-vida de 100,5 dias, a maioria dos estudos são realizados em ²⁵⁵ FM _(t½ = 20,07 (7) horas) como este isótopo pode ser facilmente isolado como o produto requerido como decaimento de ²⁵⁵ Es (t _½ = 39,8 (12) dias).

Síntese em explosões nucleares

A análise dos detritos no 10- megaton Ivy Mike teste nuclear foi uma parte do projeto a longo prazo, um dos objetivos da qual estava estudando a eficiência da produção de elementos transuranianos em alta potência explosões nucleares. A motivação para estas experiências foi a seguinte: a síntese de tais elementos de urânio requer múltiplos de captura de neutrões. A probabilidade de tais eventos aumenta com o fluxo de neutrões, e explosões nucleares são a fonte de neutrões mais potentes, proporcionando densidades da ordem de 10 ²³ neutrões / cm dentro de um microssegundo, ou seja, cerca de 10 ²⁹ neutrões / (cm² · s). Em comparação, o fluxo do reactor é HFIR 5 × 10 ¹⁵ neutrões / (cm · s). Um laboratório dedicado foi criado à direita na Enewetak para análise preliminar de detritos, como alguns isótopos poderia ter deteriorado pelo tempo que as amostras de detritos atingiu os EUA O laboratório estava recebendo amostras para análise, o mais rapidamente possível, a partir de aviões equipados com filtros de papel que voou sobre o atol depois dos testes . Considerando que se esperava descobrir novos elementos químicos mais pesados que fermium, aqueles que não foram encontrados após uma série de explosões megaton realizado entre 1954 e 1956 no atol.

O rendimento estimado de elementos transuranianos nos testes nucleares norte-americanas e Hutch Ciclame.

Os resultados atmosféricas foram complementados pelos dados de teste subterrâneas acumuladas na década de 1960 no Nevada Test Site, como esperava-se que as explosões poderosas realizadas em espaço confinado pode resultar em melhores rendimentos e isótopos mais pesados. Além de taxas de urânio tradicionais, as combinações de urânio e tório com amerício foram tentadas, bem como uma taxa de plutônio-neptunium misto. Eles foram menos bem sucedidos em termos de rendimento que foi atribuída a perdas mais fortes de isótopos pesados devido às taxas de fissão reforçada em encargos pesados de elementos. O isolamento dos produtos foi encontrado para ser um tanto problemática, porque as explosões foram espalhando detritos por meio de fusão e vaporização rochas sob a grande profundidade de 300-600 metros, e perfuração de tal profundidade, de modo a extrair os produtos era lenta e ineficaz em termos de volumes recolhidos.

Entre os nove testes subterrâneos, que foram realizadas entre 1962 e 1969 e codinome Anacostia (5.2 quilotons, 1962), Kennebec (<5 quilotons, 1963), Par (38, quilotons, 1964), Bärbel (<20 quilotons, 1964), Tweed (<20 quilotons, 1965), Ciclame (13 quilotons, 1966), Kankakee (20-200 kilotons de 1966), Vulcan (25 quilotons, 1966) e Hutch (20-200 quilotons, 1969), o último foi o mais poderoso e teve o maior rendimento de elementos transuranianos. Na dependência do número de massa atômica, o rendimento apresentou um comportamento de dente de serra com os valores mais baixos para os isótopos ímpares, devido a suas taxas de fissão mais elevados. O grande problema prático de toda a proposta foi, porém, coletando os detritos radioactivos dispersos pela poderosa explosão. Filtros de aeronaves adsorvido apenas cerca de 4 × 10 ^-14 do montante total e recolha de toneladas de corais na enewetak aumentou esta fracção por apenas duas ordens de magnitude. Extracção de cerca de 500 quilogramas de rochas subterrâneas 60 dias após a explosão Hutch recuperados apenas cerca de 10 ^-7 da carga total. A quantidade de elementos transuranianos neste lote de 500 kg foi de apenas 30 vezes maior do que em um 0,4 kg de rock pegou 7 dias após o teste. Esta observação demonstrou a dependência altamente não-linear da Transuranianos produzir na quantidade de rocha recuperado radioativo. A fim de acelerar a recolha da amostra após a explosão, veios foram perfurados no local não depois, mas antes do teste, de modo que seria explosão expelir material radioactivo a partir do epicentro, através dos poços, para recolher os volumes de perto da superfície. Este método foi julgado nos testes de Anacostia e Kennebec e forneceu imediatamente centenas de quilos de material, mas com concentração actinide 3 vezes menor do que em amostras obtidas após a perfuração; Considerando que tal método poderia ter sido eficiente em estudos científicos de isótopos de vida curta, não poderia melhorar a eficiência de coleta global dos actinídeos produzidos.

Embora não há novos elementos (além de einsteinium e fermium) pôde ser detectado nos escombros teste nuclear, e os rendimentos totais dos elementos transuranianos eram decepcionantemente baixo, estes testes não forneceu valores significativamente mais elevados de isótopos pesados raras do que anteriormente disponível em laboratórios. Então 6 × 10 ⁹ átomos de ²⁵⁷ Fm poderiam ser recuperados após a detonação Hutch. Eles foram, em seguida, utilizada nos estudos de fissão de neutrões térmico-induzida de ²⁵⁷ Fm e na descoberta de um novo isótopo fermium ²⁵⁸ Fm. Além disso, o isótopo raro ²⁵⁰ Cm foi sintetizado em grandes quantidades, o que é muito difícil produzir em reactores nucleares a partir da sua progenitora ²⁴⁹ Cm - a sua meia-vida de ²⁴⁹ cm (64 minutos) é demasiado curta para a irradiação do reactor meses de duração, mas é muito "longa" na escala de tempo de explosão.

Ocorrência natural

Devido à curta semi-vida de todos os isótopos de fermium, todos fermium primordial, que é fermium que poderia estar presente na Terra durante a sua formação, decaiu até agora. Síntese de fermium ocorra naturalmente actinides urânio e tório na crosta da Terra requer captura de nêutrons múltipla, que é um evento extremamente improvável. Portanto, a maioria fermium é produzido na Terra em laboratórios científicos, de alta potência, reatores nucleares, ou em testes de armas nucleares, e está presente apenas dentro de alguns meses a partir do momento da síntese. Einsteinium e fermium que ocorrem naturalmente no reator de fissão nuclear natural em Oklo, mas não mais fazê-lo.

Química

Um fermium- itérbio liga utilizada para medir a entalpia de vaporização de metais fermium.

A química de fermium só foi estudado em solução utilizando técnicas de traçador, e não há compostos sólidos foram preparados. Sob condições normais, fermium existe em solução como o ião Fm ^3+, que tem um número de hidratação de 16,9 e um constante de dissociação de ácido de 1,6 x 10 ^-4 (p _KA = 3,8). Fm ³⁺ forma complexos com uma grande variedade de ligandos orgânicos com átomos doadores duros, tais como o oxigénio, e estes complexos são geralmente mais estáveis do que aqueles dos actinídeos anteriores. Também forma complexos com ligandos aniónicos tais como cloreto ou nitrato e, mais uma vez, estes complexos parecem ser mais estáveis do que aqueles formados por einsteinium ou californium . Acredita-se que a ligação nos complexos dos actinídeos posteriores é principalmente iónico em carácter: o ião Fm ³⁺ deverá ser menor do que o que precede um ³⁺ iões, devido à maior carga nuclear eficaz de fermium, e, portanto, seria esperado fermium para formar ligações metal-ligante mais curto e mais forte.

Fermium (III) pode ser facilmente reduzida a Fermium (II), por exemplo com samário (II), cloreto de co-precipitados com o qual fermium. O potencial do eléctrodo foi estimada como sendo semelhante à do itérbio (III) / (II) par, ou cerca de -1,15 V, com respeito ao eletrodo padrão de hidrogênio, um valor que concorda com cálculos teóricos. A Fm ²⁺ / Fm ⁰ casal tem um potencial de eletrodo de -2,37 (10) com base em V medições polarográficas.

Toxicidade

Embora poucas pessoas entram em contato com fermium, o Comissão Internacional de Proteção Radiológica estabeleceu limites de exposição anuais para os dois isótopos mais estáveis. Para fermium-253, o limite de ingestão foi de 10 ⁷ Becquerel (Bq 1 é equivalente a uma decomposição por segundo), eo limite de inalação em 10 ⁵ Bq; para fermium-257, a 10 Bq ⁵ e 4000 Bq respectivamente.