Fermium

Fermium
100 Fm
Er ↑ Fm ↓ (Upb) Tableau p??riodique einsteinium ← → fermium mendelevium
Apparence
inconnu
Propri??t??s g??n??rales
Nom, symbole, nombre	fermium, Fm, 100
Prononciation	/ fa ɜr m Je ə m / FER -mee-əm
??l??ment Cat??gorie	actinides
Groupe, p??riode, bloc	n / a, 7, fa
Poids atomique standard	(257)
Configuration ??lectronique	[ Rn ] 5f 12 7s 2 2, 8, 18, 32, 30, 8, 2
Histoire
D??couverte	Lawrence Berkeley National Laboratory (1952)
Propri??t??s physiques
Phase	solide
Point de fusion	1800 K , 1527 ?? C, 2781 ?? F
Propri??t??s atomiques
??tats d'oxydation	2, 3
??lectron??gativit??	1,3 (??chelle de Pauling)
??nergies d'ionisation	1er: 627 kJ ?? mol -1
Miscellan??es
Num??ro de registre CAS	7440-72-4
La plupart des isotopes stables
Article d??taill??: Isotopes de fermium
iso N / A demi-vie 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 est un ??l??ment synth??tique avec le symbole Fm et de num??ro atomique 100. Ce est un membre de l' actinide s??rie. Ce est l'??l??ment le plus lourd qui peut ??tre form?? par neutrons bombardement d'??l??ments plus l??gers, et donc le dernier ??l??ment qui peut ??tre pr??par?? en quantit??s macroscopiques, bien fermium m??tal pur n'a pas encore ??t?? ??tablie. Un total de 19 isotopes sont connus, avec ²⁵⁷ Fm ??tant la plus longue dur??e de vie un avec une demi-vie de 100,5 jours.

Il a ??t?? d??couvert dans les d??bris de la premi??re bombe hydrog??ne explosion en 1952, et nomm?? d'apr??s Laur??at du prix Nobel Enrico Fermi, l'un des pionniers de la physique nucl??aire . Sa composition chimique est typique de la fin des actinides, avec une pr??pond??rance de la 3 ??tat d'oxydation , mais aussi un ??tat d'oxydation +2 accessible. En raison des petites quantit??s de fermium produit et sa demi-vie courte, il n'y a actuellement aucune utilisation pour elle en dehors de la recherche scientifique fondamentale. Comme tous les ??l??ments synth??tiques, isotopes de fermium sont extr??mement radioactifs et sont consid??r??s comme tr??s toxiques.

D??couverte

Fermium a ??t?? observ?? pour la premi??re dans les retomb??es de l'essai nucl??aire Ivy Mike.

L'??l??ment a ??t?? nomm?? d'apr??s Enrico Fermi.

Fermium a ??t?? d??couvert dans les retomb??es de la ' Test Ivy Mike 'nucl??aire (1 Novembre 1952), le premier essai r??ussi d'une bombe ?? hydrog??ne. L'examen initial des d??bris de l'explosion a montr?? la production d'une nouvelle isotope de plutonium , 244
94 Pu: ce ne pouvait ??tre form?? par l'absorption des six neutrons par un l'uranium-238 noyau suivie de deux β ^- se d??sint??gre. ?? l'??poque, l'absorption des neutrons par un noyau lourd a ??t?? pens?? pour ??tre un processus rare, mais l'identification des 244
94 Pu soulev?? la possibilit?? que toujours plus de neutrons auraient pu ??tre absorb??e par les noyaux d'uranium, menant ?? de nouveaux ??l??ments.

Element 99 ( einsteinium ) a ??t?? rapidement d??couvert sur du papier filtre qui avait ??t?? vol?? ?? travers le nuage de l'explosion (la m??me technique d'??chantillonnage qui avait ??t?? utilis?? pour d??couvrir 244
94 Pu). Il a ensuite ??t?? identifi?? en D??cembre 1952 par Albert Ghiorso et co-travailleurs de la Universit?? de Californie ?? Berkeley. Ils ont d??couvert l'isotope ²⁵³ Es ( demi-vie 20,5 jours) qui a ??t?? faite par le 15 capture de neutrons par uranium-238 noyaux - qui a ensuite subi sept successive d??sint??grations b??ta:

Quelques ²³⁸ atomes U, cependant, pourraient capturer une autre quantit?? de neutrons (le plus probable, 16 ou 17).

La d??couverte de fermium (Z = 100) requis plus de mat??riel, comme devait le rendement ?? au moins un ordre de grandeur inf??rieur ?? celui de l'??l??ment 99, et ainsi contamin?? corail de la Enewetak Atoll (o?? le test a eu lieu) a ??t?? exp??di?? ?? la Universit?? de Californie Radiation Laboratory dans Berkeley, en Californie, pour traitement et analyse. Environ deux mois apr??s le test, un nouveau composant a ??t?? isol?? ??mettant ?? haute ??nergie α-particules (7,1 MeV) avec une demi-vie d'environ un jour. Avec un tel demi-vie courte, il ne pouvait d??couler de la β ^- d??sint??gration d'un isotope de l'einsteinium, et devaient donc ??tre un isotope de l'??l??ment nouveau 100: il a ??t?? rapidement identifi?? comme ²⁵⁵ Fm (t _?? = 20,07 (7 ) heures).

La d??couverte de nouveaux ??l??ments, et les nouvelles donn??es sur la capture de neutrons, a d'abord ??t?? gard??s secrets sur les ordres de l'arm??e am??ricaine jusqu'en 1955 en raison de la guerre froide tensions. N??anmoins, l'??quipe de Berkeley ont pu pr??parer des ??l??ments 99 et 100 par des moyens civils, ?? travers le bombardement de neutrons des plutonium 239, et publi?? ce travail en 1954 avec l'avertissement qu'il ne ??tait pas les premi??res ??tudes qui ont ??t?? men??es sur les ??l??ments. Les ??tudes ??Ivy Mike 'ont ??t?? d??classifi??s et publi??s en 1955.

L'??quipe de Berkeley avait ??t?? inquiet qu'un autre groupe puisse d??couvrir isotopes les plus l??gers de l'??l??ment 100 par le biais de techniques de bombardement ionique avant qu'ils puissent publier leurs recherches classifi??es, et cela se est av??r?? ??tre le cas. Un groupe ?? l'Institut Nobel de physique ?? Stockholm d??couvert ind??pendamment l'??l??ment, la production d'un isotope confirm?? plus tard pour ??tre ²⁵⁰ Fm (t _?? = 30 minutes) en bombardant une 238
92 U cible avec oxyg??ne 16 ions, et publi?? leur travaux en mai 1954. N??anmoins, la priorit?? de l'??quipe de Berkeley a ??t?? g??n??ralement reconnu, et avec elle la pr??rogative de nommer le nouvel ??l??ment en l'honneur du r??cemment d??c??d?? Enrico Fermi, le d??veloppeur du premier r??acteur nucl??aire auto-entretenue artificielle.

Isotopes

voie de d??sint??gration de fermium-257

Il ya 19 isotopes de fermium ??num??r??s dans N UBASE 2003, avec des poids atomiques de 242 ?? 260, dont ²⁵⁷ Fm est le plus long-v??cu avec une demi-vie de 100,5 jours. Fm ²⁵³ a une demi-vie de 3 jours, tandis que ²⁵¹ Fm de 5,3 h, ²⁵² Fm de 25,4 h, ²⁵⁴ Fm de 3,2 h, ²⁵⁵ Fm de 20,1 h, et ²⁵⁶ Fm de 2,6 heures. Tous les restants ont des demi-vies allant de 30 minutes ?? moins d'une milliseconde. Le produit de la capture de neutrons fermium-257, ²⁵⁸ Fm, subit fission spontan??e avec une demi-vie de seulement 370 microsecondes (14); ²⁵⁹ et ²⁶⁰ Fm Fm sont ??galement instable par rapport ?? la fission spontan??e _{(t ??} = 1,5 (3) s et 4 ms respectivement). Cela signifie que la capture de neutrons ne peut pas ??tre utilis?? pour cr??er nucl??ides avec un nombre de masse sup??rieure ?? 257, sauf r??alis??e dans une explosion nucl??aire. Comme ²⁵⁷ Fm est un α-??metteur, en d??composition ?? ²⁵³ Cf, et aucun isotopes de fermium subissent d??sint??gration b??ta moins (ce qui serait de produire des isotopes de l'??l??ment suivant, mendelevium), fermium est aussi le dernier ??l??ment qui peut ??tre pr??par?? par un proc??d?? capture de neutrons.

Production

??lution: s??paration chromatographique de Fm (100), Es (99), Cf, Bk, Cm et Am.

Fermium est produite par le bombardement de l??gers actinides avec des neutrons dans un r??acteur nucl??aire. Fermium-257 est l'isotope le plus lourd qui est obtenue par capture de neutrons, et ne peut ??tre produite en quantit??s de l'ordre du nanogramme. La source principale est le 85 MW High Flux Isotope Reactor (HFIR) au Oak Ridge National Laboratory Tennessee, Etats-Unis, qui se consacre ?? la production de transcurium (Z> 96) ??l??ments. Dans une "campagne de traitement typique?? ?? Oak Ridge, des dizaines de grammes de curium sont irradi??s pour produire des quantit??s de decigramme de californium , les quantit??s de milligrammes de berkelium et einsteinium et des quantit??s de l'ordre du picogramme fermium. Cependant, des quantit??s de l'ordre du microgramme et fermium nanogramme peuvent ??tre pr??par??s pour des exp??riences sp??cifiques. Les quantit??s de fermium produit dans 20 ?? 200 kilotonnes explosions thermonucl??aires on croit ??tre de l'ordre de milligrammes, m??me se il est m??lang?? avec une ??norme quantit?? de d??bris; 40 ²⁵⁷ picogrammes d'Fm a ??t?? r??cup??r?? ?? partir de 10 kg de d??bris de la ' Test Hutch ??(16 Juillet 1969).

Apr??s la production, la fermium doit ??tre s??par?? des autres actinides et de lanthanides produits de fission. Ceci est habituellement r??alis?? par Chromatographie d'??change d'ions, le proc??d?? standard en utilisant un ??changeur de cations Dowex 50 tel que l'EVA ou T ??lu??e avec une solution d'α-hydroxyisobutyrate d'ammonium. Les petits cations forment des complexes plus stables avec l'anion α-hydroxyisobutyrate, et ainsi sont de pr??f??rence ??lu??es de la colonne. Un rapide Proc??d?? de cristallisation fractionn??e a ??galement ??t?? d??crite.

Bien que l'isotope le plus stable de fermium est ²⁵⁷ Fm, avec une demi-vie de 100,5 jours, la plupart des ??tudes sont effectu??es sur ²⁵⁵ Fm (t _?? = 20,07 (7) heures) comme cet isotope peut ??tre facilement isol?? selon les besoins comme le produit de d??sint??gration ²⁵⁵ Es (t _?? = 39,8 (12) jours).

Synth??se des explosions nucl??aires

L'analyse des d??bris ?? la 10- m??gatonnes Ivy Mike essai nucl??aire ??tait une partie de projet ?? long terme, l'un des objectifs qui a ??t?? ??tudient l'efficacit?? de la production d'??l??ments transuraniens dans les explosions nucl??aires ?? haute puissance. La motivation de ces exp??riences ??tait comme suit: synth??se de ces ??l??ments de l'uranium n??cessite capture de neutrons multiple. La probabilit?? de tels ??v??nements augmente avec le flux de neutrons, et les explosions nucl??aires sont les sources les plus puissants de neutrons, fournir des densit??s de l'ordre de 10 ²³ neutrons / cm?? dans une microseconde, soit environ 10 ²⁹ neutrons / (cm?? ?? s). En comparaison, le flux du r??acteur est HFIR 5 x 10 ¹⁵ neutrons / (cm?? ?? s). Un laboratoire sp??cialis?? a ??t?? mis en place ?? droite au Enewetak Atoll pour l'analyse pr??liminaire des d??bris, comme certains isotopes auraient pourri au moment o?? les ??chantillons de d??bris a atteint les Etats-Unis Le laboratoire recevait des ??chantillons pour analyse, d??s que possible, ?? partir d'avions ??quip??s de filtres en papier qui ont survol?? l'atoll apr??s les essais . Consid??rant qu'il esp??rait d??couvrir de nouveaux ??l??ments chimiques plus lourds que fermium, ceux qui ne ont pas ??t?? trouv?? apr??s une s??rie d'explosions de m??gatonnes men??e entre 1954 et 1956 sur l'atoll.

Le rendement estim?? des ??l??ments transuraniens dans les essais nucl??aires am??ricains et Hutch Cyclamen.

Les r??sultats atmosph??riques ont ??t?? compl??t??es par les donn??es de test souterraines accumul??es dans les ann??es 1960 ?? la Nevada Test Site, car il est ?? esp??rer que de puissantes explosions men??es dans un espace confin?? peut aboutir ?? des rendements am??lior??s et des isotopes plus lourds. Outre les accusations d'uranium traditionnelles, des combinaisons de l'uranium et du thorium avec am??ricium ont ??t?? essay??es, ainsi qu'une charge de plutonium neptunium mixte. Ils ??taient moins de succ??s en termes de rendement qui a ??t?? attribu?? ?? des pertes plus fortes d'isotopes lourds en raison de l'am??lioration des taux de fission dans charges ??l??ments lourds. Isolement des produits a ??t?? jug??e assez probl??matique, que les explosions se r??pandaient d??bris ?? travers la fusion et de vaporisation des roches sous la grande profondeur de 300 ?? 600 m??tres, et le forage ?? la profondeur afin d'en extraire les produits ??tait ?? la fois lent et inefficace en termes des volumes collect??s.

Parmi les neuf essais souterrains, qui ont ??t?? r??alis??es entre 1962 et 1969 et le nom de code Anacostia (5.2 kilotonnes, 1962), Kennebec (<5 kilotonnes, 1963), Par (38, kilotonnes, 1964), le barbeau (<20 kilotonnes, 1964), Tweed (<20 kilotonnes, 1965), Cyclamen (13 kilotonnes, 1966), Kankakee (de 20 ?? 200 kilotonnes, 1966), Vulcan (25 kilotonnes, 1966) et Hutch (20-200 kilotonnes, 1969), la derni??re ??tait la plus puissante et avait le meilleur rendement des ??l??ments transuraniens. En fonction du nombre de masse atomique, le rendement a montr?? un comportement en dents de scie avec des valeurs plus faibles pour les isotopes impairs, en raison de leur taux de fission plus ??lev??s. Le probl??me pratique majeur de l'ensemble de la proposition a toutefois ??t?? recueille les d??bris radioactifs dispers??s par le souffle puissant. filtres d'a??ronefs adsorb??es seulement environ 4 ?? 10 ^-14 du montant total et la collecte de tonnes de coraux ?? Enewetak Atoll augment?? cette fraction par seulement deux ordres de grandeur. Extraction d'environ 500 kg de roches souterraines 60 jours apr??s l'explosion Hutch r??cup??r?? seulement environ 10 ^-7 de la charge totale. La quantit?? d'??l??ments transuraniens de ce lot de 500 kg ne ??tait que de 30 fois plus ??lev?? que dans un 0,4 kg de roche ramass?? sept jours apr??s le test. Cette observation a d??montr?? la d??pendance fortement non lin??aire de la transuraniens donnent sur le montant de la roche radioactive r??cup??r??e. Afin d'acc??l??rer la collecte de l'??chantillon apr??s l'explosion, des arbres ont ??t?? for??s sur le site pas apr??s, mais avant le test, de sorte que l'explosion serait expulser mati??res radioactives de l'??picentre, ?? travers les arbres, ?? la collecte de volumes pr??s de la surface. Cette m??thode a ??t?? jug?? dans les tests Anacostia et Kennebec et instantan??ment fourni des centaines de kilogrammes de mat??riel, mais avec une concentration des actinides trois fois plus faible que dans les ??chantillons obtenus apr??s le forage; que cette m??thode aurait pu ??tre efficace dans des ??tudes scientifiques d'isotopes de courte dur??e, il ne pouvait pas am??liorer l'efficacit?? globale de la collecte des actinides produits.

Bien qu'aucune de nouveaux ??l??ments (?? l'exception de einsteinium et fermium) pourraient ??tre d??tect??s dans les d??bris des essais nucl??aires, et les rendements totaux des transuraniens ??taient d??cevants, ces tests ne fournissent des quantit??s significativement plus ??lev??es d'isotopes lourds rares qu'auparavant disponibles dans les laboratoires. Donc 6 ?? 10 ⁹ atomes de ²⁵⁷ Fm pourraient ??tre r??cup??r??s apr??s la d??tonation Hutch. Ils ont ensuite ??t?? utilis??es dans les ??tudes de neutrons thermiques scission induite de ²⁵⁷ Fm et ?? la d??couverte d'un nouvel isotope de fermium ²⁵⁸ Fm. Aussi rare ²⁵⁰ cm isotope a ??t?? synth??tis?? en grandes quantit??s, ce qui est tr??s difficile de produire dans les r??acteurs nucl??aires de son anc??tre ²⁴⁹ cm - la demi-vie de ²⁴⁹ cm (64 minutes) est beaucoup trop court pour des irradiations de r??acteurs mois-longues, mais est tr??s "long" sur le calendrier d'explosion.

Occurrence naturelle

En raison de la courte demi-vie de tous les isotopes de l'fermium, toutes fermium primordial, ce est-fermium qui pourraient ??tre pr??sents sur la Terre lors de sa formation, est d??sint??gr??e par l'entreprise. Synth??se des actinides fermium de l'uranium et du thorium naturel dans la cro??te terrestre n??cessite multiple capture de neutrons, ce qui est un cas extr??mement improbable. Par cons??quent, la plupart fermium est produite sur Terre dans les laboratoires scientifiques, les r??acteurs nucl??aires de forte puissance, ou dans essais d'armes nucl??aires, et ne est pr??sent que dans quelques mois ?? partir du moment de la synth??se. Einsteinium et fermium ne se produisent naturellement dans le naturelle r??acteur de fission nucl??aire ?? Oklo, mais ne est plus le faire.

Chimie

Un fermium- ytterbium alliage utilis?? pour mesurer la enthalpie de vaporisation du m??tal fermium.

La chimie de fermium n'a ??t?? ??tudi?? en solution en utilisant des techniques de tra??age, et aucun des compos??s solides ont ??t?? pr??par??s. Dans des conditions normales, fermium existe en solution sous forme d'ion Fm ^3+, qui pr??sente un certain nombre d'hydratation de 16,9 et un constante de dissociation acide de 1,6 ?? 10 ^-4 (p K _a = 3,8). Fm ³⁺ formant des complexes avec une grande vari??t?? de ligands organiques avec des atomes donneurs durs, tels que l'oxyg??ne, et ces complexes sont g??n??ralement plus stables que ceux des actinides pr??c??dentes. Il forme ??galement des complexes anioniques avec des ligands tels que le chlorure ou le nitrate et, encore une fois, ces complexes semblent ??tre plus stables que ceux form??s par einsteinium ou californium . On pense que la liaison dans les complexes des actinides ult??rieures est surtout ionique de caract??re: l'ion Fm ³⁺ devrait ??tre plus petite que les pr??c??dentes Un ³⁺ ions en raison de la plus ??lev??e charge nucl??aire effective de fermium, et donc fermium serait pr??vu pour former des liaisons plus courtes et plus fortes m??tal-ligand.

Fermium (III) peut ??tre assez facilement r??duit ?? fermium (II), par exemple avec samarium (II) chlorure, avec lequel fermium copr??cipit??s. Le potentiel de l'??lectrode a ??t?? estim??e ??tre similaire ?? celle de l' ytterbium (III) / (II) en couple, ou environ -1,15 V par rapport ?? la ??lectrode ?? hydrog??ne standard, une valeur qui est en accord avec les calculs th??oriques. Le Fm ²⁺ / Fm ⁰ couple a un potentiel d'??lectrode de -2,37 (10) V sur la base mesures polarographiques.

Toxicit??

Bien que peu de gens viennent en contact avec fermium, le Commission internationale de protection radiologique a fix?? des limites annuelles d'exposition pour les deux isotopes les plus stables. Pour fermium-253, la limite de l'ingestion a ??t?? fix?? ?? 10 ⁷ Becquerels (Bq 1 ??quivaut ?? une d??sint??gration par seconde), et la limite d'inhalation ?? 10 ⁵ Bq; pour fermium-257, ?? 10 Bq ⁵ et 4000 Bq respectivement.