fermiyum - Fermium

Fermiyum, ₁₀₀ Fm
fermiyum
Telaffuz	/ F ɜːr m i'nin ə m / ( FUR -mee-əm )
Kütle Numarası	[257]
Periyodik tablodaki fermiyum
	einsteinium ← fermiyum → mendelevyum
Atom numarası ( Z )	100
Grup	grup yok
Dönem	7. dönem
Engellemek	f bloğu
Elektron konfigürasyonu	[ Rn ] 5f 12 7s 2
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 32, 30, 8, 2
Fiziki ozellikleri
Faz de STP	katı (tahmin edilen)
Erime noktası	1800 K (1527 °C, 2781 °F) (tahmini)
Yoğunluk ( rt yakın )	9.7 (1) g / cm 3 (tahmin edilen)
atomik özellikler
oksidasyon durumları	+2, +3
elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 1.3
iyonlaşma enerjileri
Diğer özellikler
Doğal oluşum	sentetik
Kristal yapı	yüz merkezli kübik (fcc) ; (tahmin edildi)
CAS numarası	7440-72-4
Tarih
adlandırma	Enrico Fermi'den sonra
keşif	Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (1952)
Fermiyumun ana izotopları
α	248 Bkz.
α	249 Bkz.
α	251 Bkz.
bilimkurgu	-
	Kategori: Fermiyum; görüş; konuşmak; Düzenle; \| Referanslar

Fermium a, sentetik elemanı ile sembolü Fm ve atom sayısına Bir 100. aktinid ve oluşturulabilir ağır parçası nötron saf fermium metal, ancak daha hafif elemanların bombardımanı ve makroskopik miktarlarda hazırlanabilir, dolayısıyla son öğe henüz hazırlanmamıştır. Toplam 19 izotop bilinmektedir, ²⁵⁷ Fm en uzun ömürlüdür ve yarılanma ömrü 100,5 gündür.

1952'de ilk hidrojen bombası patlamasının enkazında keşfedildi ve adını nükleer fiziğin öncülerinden Enrico Fermi'den aldı . Kimyası, +3 oksidasyon durumunun baskınlığı ve aynı zamanda erişilebilir bir +2 oksidasyon durumu ile geç aktinitler için tipiktir . Üretilen az miktarda fermiyum ve tüm izotoplarının nispeten kısa yarılanma ömrüne sahip olması nedeniyle, şu anda temel bilimsel araştırmaların dışında bir kullanımı yoktur.

keşif

Fermiyum ilk olarak Ivy Mike nükleer testinin serpintisinde gözlemlendi .

Öğe, Enrico Fermi'nin adını aldı .

Element, Albert Ghiorso başkanlığındaki bir ekip tarafından keşfedildi .

Fermiyum ilk olarak , bir hidrojen bombasının ilk başarılı testi olan ' Ivy Mike ' nükleer testinin (1 Kasım 1952) serpintisinde keşfedildi . Patlamanın enkaz İlk muayene yeni bir izotop üretimi göstermişti plütonyum ,²⁴⁴
₉₄Pu
: bu sadece altı nötronun bir uranyum-238 çekirdeği tarafından soğurulması ve ardından iki β ^- bozunması ile oluşmuş olabilir . O zamanlar, ağır bir çekirdek tarafından nötronların emilmesinin nadir bir süreç olduğu düşünülüyordu, ancak²⁴⁴
₉₄Pu
daha da fazla nötronun uranyum çekirdekleri tarafından absorbe edilmiş olabileceği ve yeni elementlere yol açabileceği olasılığını yükseltti.

Element 99 ( einsteinium ), patlamadan bulutun içinden geçen filtre kağıtlarında hızla keşfedildi (keşfetmek için kullanılan aynı örnekleme tekniği).²⁴⁴
₉₄Pu
). Daha sonra Aralık 1952'de Albert Ghiorso ve Berkeley'deki California Üniversitesi'ndeki iş arkadaşları tarafından tanımlandı . 15 nötronun uranyum-238 çekirdeği tarafından yakalanmasıyla elde edilen ²⁵³ Es ( yarı ömür 20.5 gün) izotopunu keşfettiler ve bu daha sonra yedi ardışık beta bozunması geçirdi :

${\ce {^{238}_{92}U ->[+ 15 {\ce {n}}][7 \beta^-] ^{253}_{99}Es}}$

( 1 )

Bazı ²³⁸ U atomu, ancak, nötronlar (büyük olasılıkla, 16 veya 17) diğer bir miktarda yakalamak.

Fermiyumun keşfi ( Z = 100) daha fazla malzeme gerektirdi, çünkü verimin en azından element 99'unkinden daha düşük olması bekleniyordu ve bu nedenle Enewetak atolünden (testin yapıldığı yer) kirlenmiş mercan oldu. sevk Kaliforniya Radyasyon Laboratuvarı Üniversitesi de Berkeley, California işleme ve analiz için. Testten yaklaşık iki ay sonra, yaklaşık bir günlük yarı ömre sahip yüksek enerjili α-parçacıkları (7.1 MeV) yayan yeni bir bileşen izole edildi . Bu kadar kısa bir yarılanma ömrü ile, yalnızca einsteinium izotopunun β ^- bozunmasından kaynaklanabilir ve bu nedenle yeni element 100'ün bir izotopu olmak zorundaydı: çabucak ²⁵⁵ Fm olarak tanımlandı ( t = 20.07(7) saat ).

Yeni elementlerin keşfi ve nötron yakalama konusundaki yeni veriler, Soğuk Savaş gerilimleri nedeniyle başlangıçta ABD ordusunun emriyle 1955 yılına kadar gizli tutuldu . Bununla birlikte, Berkeley ekibi, plütonyum-239'un nötron bombardımanı yoluyla 99 ve 100 numaralı elementleri sivil yollarla hazırlayabildi ve bu çalışmayı 1954'te, elementler üzerinde yapılan ilk çalışmaların olmadığı iddiasıyla yayınladı. . "Ivy Mike" çalışmaları 1955'te sınıflandırıldı ve yayınlandı.

Berkeley ekibi, başka bir grubun, sınıflandırılmış araştırmalarını yayınlamadan önce iyon bombardımanı teknikleriyle 100 numaralı elementin daha hafif izotoplarını keşfedebileceğinden endişeliydi ve durum böyle oldu. Stockholm'deki Nobel Fizik Enstitüsü'ndeki bir grup, elementi bağımsız olarak keşfetti ve daha sonra bir atom bombasını bombalayarak ²⁵⁰ Fm ( t _1/2 = 30 dakika) olduğu doğrulanan bir izotop üretti.²³⁸
₉₂sen
oksijen-16 iyonlarını hedef aldılar ve çalışmalarını Mayıs 1954'te yayınladılar. Bununla birlikte, Berkeley ekibinin önceliği genel olarak kabul edildi ve bununla birlikte, yakın zamanda ölen Enrico Fermi'nin onuruna yeni öğeyi adlandırma ayrıcalığı , geliştiricisi ilk yapay kendi kendini idame ettiren nükleer reaktör.

izotoplar

fermiyum-257'nin çürüme yolu

N UBASE 2016'da listelenen , 241 ila 260 atom ağırlıklarına sahip 20 fermiyum izotopu vardır; bunlardan ²⁵⁷ Fm, 100,5 günlük yarılanma ömrü ile en uzun ömürlüdür . ²⁵³ Fm 3 günlük bir yarı ömre sahiptir, ²⁵¹ Fm 5.3 saat, ²⁵² Fm 25.4 saat, ²⁵⁴ Fm 3.2 saat, ²⁵⁵ Fm 20.1 saat ve ²⁵⁶ Fm 2.6 saattir. Geri kalanların hepsinin yarılanma ömrü 30 dakikadan bir milisaniyeye kadardır. Fermiyum-257, ²⁵⁸ Fm'nin nötron yakalama ürünü, sadece 370(14) mikrosaniyelik bir yarı ömürle kendiliğinden fisyona uğrar ; ²⁵⁹ Fm ve ²⁶⁰ Fm, kendiliğinden fisyona göre de kararsızdır (sırasıyla t _1/2 = 1.5(3) s ve 4 ms). Bu araçlar bu nötron yakalama oluşturmak için kullanılamaz nuclides bir ile kütle sayısı bir nükleer patlama yürütülen sürece, 257 Büyüktür. Olarak ²⁵⁷ Fm bir bir α-yayıcı ile çürüyen, ²⁵³ Cf, ve bilinen bir fermium izotopları maruz P eksi çürüme sonraki elemanı için mendelevyum , fermium bir nötron yakalama işlemi ile hazırlanabilir son öğe aynı zamanda. Daha ağır izotopların oluşumundaki bu engel nedeniyle, bu kısa ömürlü ^258-260 Fm izotopları, "fermiyum boşluğu" olarak adlandırılır.

Üretme

Elüsyon : Fm(100), Es(99), Cf, Bk, Cm ve Am'ın kromatografik ayrımı

Fermium hafif bombardıman ile üretilen aktinidler ile nötron bir nükleer reaktör içinde. Fermium-257, nötron yakalama yoluyla elde edilen en ağır izotoptur ve sadece pikogram miktarlarında üretilebilir. Başlıca kaynak, transkuryum ( Z > 96) elementlerinin üretimine adanmış, Tennessee , ABD'deki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarında bulunan 85 MW'lık Yüksek Akı İzotop Reaktörüdür (HFIR) . Daha düşük kütleli fermiyum izotopları daha büyük miktarlarda bulunur, ancak bu izotoplar ( ²⁵⁴ Fm ve ²⁵⁵ Fm) nispeten kısa ömürlüdür. Oak Ridge bir "tipik işlem kampanyası" olarak, onlarca gram küriyum arasında desigram miktarlarının üretilmesi için ışınlanır Kaliforniyumun , miligram miktarlarında berkelyum ve aynştaynyum ve fermium pikogram miktarları. Bununla birlikte, belirli deneyler için nanogram miktarlarında fermiyum hazırlanabilir. 20-200 kiloton termonükleer patlamalarda üretilen fermiyum miktarlarının, büyük miktarda enkazla karıştırılmış olmasına rağmen, miligram mertebesinde olduğuna inanılmaktadır; " Hutch " testinden (16 Temmuz 1969) çıkan 10 kilogram enkazdan ²⁵⁷ Fm'lik 4,0 pikogram çıkarıldı . Hutch deneyi, tahmini toplam 250 mikrogram ²⁵⁷ Fm üretti .

Üretimden sonra, fermiyum diğer aktinitlerden ve lantanit fisyon ürünlerinden ayrılmalıdır . Bu genellikle , Dowex 50 veya T EVA gibi bir katyon değiştirici kullanılarak, bir amonyum a-hidroksiizobutirat çözeltisi ile ayrıştırılmış standart işlemle iyon değişim kromatografisi ile elde edilir . Daha küçük katyonlar, a-hidroksiizobutirat anyonu ile daha kararlı kompleksler oluşturur ve bu nedenle tercihen kolondan ayrıştırılır. Hızlı bir fraksiyonel kristalizasyon yöntemi de tarif edilmiştir.

Fermiyumun en kararlı izotopu 100,5 günlük yarılanma ömrü ile ²⁵⁷ Fm olmasına rağmen , çoğu çalışma ²⁵⁵ Fm ( t _1/2 = 20.07(7) saat) üzerinde yürütülür , çünkü bu izotop gerektiği gibi kolayca izole edilebilir. ²⁵⁵ Es'in bozunma ürünü ( t _1/2 = 39.8(12) gün).

Nükleer patlamalarda sentez

10 megatonluk Ivy Mike nükleer testindeki enkazın analizi , hedeflerinden biri yüksek güçlü nükleer patlamalarda transuranyum elementlerin üretiminin verimliliğini incelemek olan uzun vadeli projenin bir parçasıydı. Bu deneylerin motivasyonu şuydu: uranyumdan bu tür elementlerin sentezi çoklu nötron yakalamayı gerektiriyor. Nötron akısı ile bu tür olaylar artar ve nükleer patlamaların olasılığı düzenine 10 yoğunluklara sağlayan, en güçlü nötron kaynağı olan ²³ nötron / cm ² ila yaklaşık 10, yani bir mikro içinde ²⁹ nötron / (cm ² -s). Karşılaştırıldığında, HFIR reaktörünün akışı 5 × 10 ¹⁵ nötron/(cm ² ·s)'dir. Enkaz örnekleri ABD'ye ulaştığında bazı izotoplar çürümüş olabileceğinden, enkazın ön analizi için Enewetak Atolü'nde özel bir laboratuvar kuruldu Laboratuvar, kağıt filtrelerle donatılmış uçaklardan analiz için en kısa sürede numuneler alıyordu. testlerden sonra atolün üzerinden uçtu. Fermiyumdan daha ağır yeni kimyasal elementlerin keşfedilmesi umulurken, 1954 ile 1956 yılları arasında atolde gerçekleştirilen bir dizi megaton patlamadan sonra bunlar bulunamadı.

ABD nükleer testleri Hutch ve Cyclamen'de uranyumötesi elementlerin tahmini verimi.

Atmosferik sonuçlar, 1960'larda Nevada Test Sitesinde toplanan yeraltı test verileriyle desteklendi , çünkü kapalı alanlarda gerçekleştirilen güçlü patlamaların daha iyi verim ve daha ağır izotoplarla sonuçlanabileceği umuluyordu. Geleneksel uranyum yüklerinin yanı sıra, uranyum ile amerikyum ve toryumun kombinasyonları ve ayrıca karışık bir plütonyum-neptunyum yükü denenmiştir. Ağır element yüklerinde artan fisyon oranları nedeniyle ağır izotopların daha güçlü kayıplarına atfedilen verim açısından daha az başarılıydılar. Patlamalar, 300-600 metre derinlikteki kayaları eriterek ve buharlaştırarak enkazı yayar ve ürünleri çıkarmak için bu derinliğe kadar sondaj yapmak hem yavaş hem de verimsiz olduğundan, ürünlerin izolasyonu oldukça sorunlu bulunmuştur. toplanan hacimlerin

1962 ve 1969 yılları arasında gerçekleştirilen ve Anacostia (5.2 kiloton , 1962), Kennebec (<5 kiloton, 1963), Par (38 kiloton, 1964), Barbel (<20 kiloton, 1964), Tweed kod adlı dokuz yer altı testi arasında (<20 kiloton, 1965), Siklamen (13 kiloton, 1966), Kankakee (20-200 kiloton, 1966), Vulcan (25 kiloton, 1966) ve Hutch (20-200 kiloton, 1969), sonuncusu en güçlüydü ve uranyumötesi elementlerin en yüksek verimine sahipti. Atom kütle numarasına bağlı olarak, verim, yüksek fisyon oranları nedeniyle tek izotoplar için daha düşük değerlerle testere dişi davranışı gösterdi. Bununla birlikte, tüm teklifin temel pratik sorunu, güçlü patlama tarafından dağılan radyoaktif kalıntıları toplamaktı. Enewetak Mercan Adası'ndaki toplam miktarın yalnızca yaklaşık 4 × 10 ^{− 14'ünü} adsorbe eden uçak filtreleri ve tonlarca mercan bu oranı yalnızca iki büyüklük mertebesinde artırdı. Hutch patlamasından 60 gün sonra yaklaşık 500 kilogram yeraltı ^kayasının çıkarılması, toplam yükün sadece yaklaşık 10 ^−7'sini kurtardı . Bu 500 kg'lık yığındaki transuranyum elementlerin miktarı, testten 7 gün sonra toplanan 0,4 kg'lık bir kayadakinden sadece 30 kat daha fazlaydı. Bu gözlem, uranyumötesi elementlerin elde edilen radyoaktif kaya miktarına son derece doğrusal olmayan bağımlılığını göstermiştir. Patlamadan sonra numune toplamayı hızlandırmak için, sahada şaftlar testten sonra değil, testten önce delinmiştir, böylece patlama radyoaktif malzemeyi merkez üssünden şaftlar aracılığıyla yüzeye yakın toplama hacimlerine atacaktır. Bu yöntem Anacostia ve Kennebec testlerinde denendi ve anında yüzlerce kilogram malzeme sağladı, ancak aktinit konsantrasyonu sondajdan sonra elde edilen numunelere göre 3 kat daha düşük; Böyle bir yöntem, kısa ömürlü izotopların bilimsel çalışmalarında etkili olabilirken, üretilen aktinitlerin genel toplama verimliliğini iyileştirememiştir.

Nükleer test kalıntılarında (einsteinium ve fermiyum dışında) hiçbir yeni element tespit edilememesine ve uranyumötesi elementlerin toplam veriminin hayal kırıklığı yaratacak şekilde düşük olmasına rağmen, bu testler daha önce laboratuvarlarda mevcut olandan önemli ölçüde daha yüksek miktarlarda nadir ağır izotoplar sağladı. Örneğin, 6 x 10 ⁹ atomları ²⁵⁷ Fm kafesi patlamasından sonra geri olabilir. Daha sonra ²⁵⁷ Fm'lik termal nötron kaynaklı fisyon çalışmalarında ve yeni bir fermiyum izotopu ²⁵⁸ Fm'nin keşfinde kullanıldılar . Ayrıca, ²⁵⁰ Cm'lik nadir izotop, büyük miktarlarda sentezlendi; bu, nükleer reaktörlerde ²⁴⁹ Cm'lik atasından üretilmesi çok zor - ²⁴⁹ Cm'nin (64 dakika) yarı ömrü, aylarca süren reaktör ışınlamaları için çok kısa, ancak patlama zaman ölçeğinde çok "uzun".

Doğal oluşum

Fermiyumun tüm izotoplarının yarı ömürlerinin kısa olması nedeniyle, herhangi bir ilkel fermiyum, yani oluşumu sırasında Dünya'da bulunabilecek olan fermiyum şimdiye kadar çürümüştür. Yer kabuğunda doğal olarak meydana gelen aktinitlerden uranyum ve toryumdan fermiyum sentezi, pek olası olmayan bir olay olan çoklu nötron yakalamayı gerektirir. Bu nedenle, çoğu fermiyum Dünya'da bilimsel laboratuvarlarda, yüksek güçlü nükleer reaktörlerde veya nükleer silah testlerinde üretilir ve sentez zamanından itibaren yalnızca birkaç ay içinde bulunur. Amerikyumdan fermiyuma kadar olan transuranik elementler , Oklo'daki doğal nükleer fisyon reaktöründe doğal olarak meydana geldi , ancak artık böyle değil.

Kimya

Bir fermium- iterbiyum ölçmek için kullanılan alaşım buharlaşma entalpisi fermium metal

Fermiyumun kimyası, yalnızca izleyici teknikleri kullanılarak çözelti içinde incelenmiştir ve hiçbir katı bileşik hazırlanmamıştır. Normal koşullar altında, fermium Fm olarak çözelti içinde mevcut ³⁺ bir sahiptir iyonu, bir hidrasyon sayısına 16.9 ve asit çözünürlük sabitinin 1.6 x 10 ^-4 (s K _a = 3.8). Fm ³⁺ , oksijen gibi sert verici atomlara sahip çok çeşitli organik ligandlarla kompleksler oluşturur ve bu kompleksler genellikle önceki aktinitlerinkinden daha kararlıdır. Ayrıca klorür veya nitrat gibi ligandlarla anyonik kompleksler oluşturur ve yine bu komplekslerin einsteinium veya californium tarafından oluşturulanlardan daha kararlı olduğu görülmektedir . Daha sonra, aktinidlerin komplekslerinde bağlanma çok olduğuna inanılmaktadır iyonik fm: karakter ³⁺ iyon önceki bir daha küçük olması beklenmektedir ³⁺ , çünkü daha yüksek iyonlar etkin çekirdek şarj fermium arasında ve dolayısıyla fermium olur daha kısa ve daha güçlü metal-ligand bağları oluşturması beklenir.

Fermiyum(III), örneğin fermiyum(II)'nin birlikte çökeldiği samaryum(II) klorür ile oldukça kolay bir şekilde fermiyum(II)'ye indirgenebilir . Çökelti, bileşik fermium (II) klorid (FmCl ₂ saflaştırılabilir veya izolasyon çalışılmamıştır da) üretildi. Elektrot potansiyeli, benzer olduğu tahmin edilmiştir iterbiyum (III) / (II) çift ya da ilgili olan -1.15 V ile ilgili standart bir hidrojen elektrotundan , teorik hesaplamalar ile kabul değeri. Fm ²⁺ /Fm ⁰ çifti, polarografik ölçümlere dayalı olarak -2.37(10) V'luk bir elektrot potansiyeline sahiptir .

toksisite

Çok az insan fermiyum ile temas etse de, Uluslararası Radyolojik Koruma Komisyonu en kararlı iki izotop için yıllık maruz kalma limitleri belirlemiştir. Fermium-253 için, yutma sınırı 10 ayarlandı ⁷ becquerels ve 10 soluma sınırı (1 Bq bir saniye başına çürümeye eşdeğerdir) ⁵ Bq; fermium-257, 10 de için ⁵ , sırasıyla Bq 4000 Bq.

Notlar ve referanslar

Notlar

Referanslar

daha fazla okuma

Robert J. Silva: Fermium, Mendelevium, Nobelium ve Lawrencium , içinde: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements , Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1 , s. 1621-1651; doi : 10.1007/1-4020-3598-5_13 .
Seaborg, Glenn T. (ed.) (1978) Element 99 ve 100'ün 25. Yıldönümünü Anma Sempozyumu Bildiriler Kitabı , 23 Ocak 1978, Rapor LBL-7701
Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie , Sistem No. 71, Transurane: Teil A 1 II, s. 19-20; Teil A 2, s. 47; Teil B 1, s. 84.

Dış bağlantılar

Fermium de video Periyodik Tablo (Nottingham Üniversitesi)

Languages

In other projects