Fermium - Fermium

Fermium, ₁₀₀ Fm
Fermium
Pronúncia	/ F ɜr m i ə m / ( PELE -mee-əm )
Número de massa	[257]
Fermium na tabela periódica
	einsteinium ← férmio → mendelévio
Número atômico ( Z )	100
Grupo	grupo n / a
Período	período 7
Bloquear	bloco f
Configuração de elétron	[ Rn ] 5f 12 7s 2
Elétrons por camada	2, 8, 18, 32, 30, 8, 2
Propriedades físicas
Fase em STP	sólido (previsto)
Ponto de fusão	1800 K (1527 ° C, 2781 ° F) (previsto)
Densidade (próximo à rt )	9,7 (1) g / cm 3 (previsto)
Propriedades atômicas
Estados de oxidação	+2, +3
Eletro-negatividade	Escala de Pauling: 1,3
Energias de ionização
Outras propriedades
Ocorrência natural	sintético
Estrutura de cristal	cúbico centrado na face (fcc) ; (previsto)
Número CAS	7440-72-4
História
Nomeação	depois de Enrico Fermi
Descoberta	Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (1952)
Isótopos principais de férmio
α	248 Cf
α	249 Cf
α	251 Cf
SF	-
	Categoria: Fermium; visualizar; falar; editar; \| referências

O férmio é um elemento sintético com o símbolo Fm e número atômico 100. É um actinídeo e o elemento mais pesado que pode ser formado pelo bombardeio de nêutrons de elementos mais leves e, portanto, o último elemento que pode ser preparado em quantidades macroscópicas, embora férmio metálico puro ainda não foi preparado. Um total de 19 isótopos são conhecidos, com ²⁵⁷ Fm sendo o mais longevo, com meia-vida de 100,5 dias.

Ele foi descoberto nos escombros da primeira explosão de uma bomba de hidrogênio em 1952 e recebeu o nome de Enrico Fermi , um dos pioneiros da física nuclear . Sua química é típica para os últimos actinídeos, com uma preponderância do estado de oxidação +3, mas também um estado de oxidação +2 acessível. Devido às pequenas quantidades de férmio produzido e todos os seus isótopos tendo meia-vida relativamente curta, não há atualmente nenhum uso para ele fora da pesquisa científica básica.

Descoberta

Fermium foi observado pela primeira vez na precipitação do teste nuclear de Ivy Mike .

O elemento foi nomeado após Enrico Fermi .

O elemento foi descoberto por uma equipe chefiada por Albert Ghiorso .

Fermium foi descoberto pela primeira vez na precipitação do teste nuclear ' Ivy Mike ' (1 de novembro de 1952), o primeiro teste bem-sucedido de uma bomba de hidrogênio. O exame inicial dos destroços da explosão mostrou a produção de um novo isótopo de plutônio ,²⁴⁴
₉₄Pu
: Isto só poderia ter sido formada pela absorção de seis neutrões por um urânio-238 núcleo seguido por dois p ^- decaimentos . Na época, a absorção de nêutrons por um núcleo pesado era considerada um processo raro, mas a identificação de²⁴⁴
₉₄Pu
levantou a possibilidade de que ainda mais nêutrons poderiam ter sido absorvidos pelos núcleos de urânio, levando a novos elementos.

O elemento 99 ( einsteinio ) foi rapidamente descoberto em papéis de filtro que haviam voado através da nuvem desde a explosão (a mesma técnica de amostragem que foi usada para descobrir²⁴⁴
₉₄Pu
) Foi então identificado em dezembro de 1952 por Albert Ghiorso e colegas de trabalho da Universidade da Califórnia em Berkeley . Eles descobriram o isótopo ²⁵³ Es ( meia-vida de 20,5 dias) que era feito pela captura de 15 nêutrons pelo urânio-238 núcleos - que então sofreram sete decaimentos beta sucessivos :

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

( 1 )

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

A descoberta de férmio ( Z = 100) exigiu mais material, já que se esperava que o rendimento fosse pelo menos uma ordem de magnitude inferior ao do elemento 99, e assim o coral contaminado do atol Enewetak (onde o teste ocorreu) foi enviado para o Laboratório de Radiação da Universidade da Califórnia em Berkeley, Califórnia , para processamento e análise. Cerca de dois meses após o teste, um novo componente foi isolado emitindo partículas α de alta energia (7,1 MeV) com meia-vida de cerca de um dia. Com tal uma meia-vida curta, que só pode surgir a partir do β ^- decaimento de um isótopo de einsteinium, e portanto tinham de ser um isótopo do novo elemento 100: foi rapidamente identificado como ²⁵⁵ Fm ( t = 20,07 (7) horas ).

A descoberta dos novos elementos e os novos dados sobre a captura de nêutrons foram inicialmente mantidos em segredo por ordem dos militares dos Estados Unidos até 1955 devido às tensões da Guerra Fria . No entanto, a equipe de Berkeley foi capaz de preparar os elementos 99 e 100 por meios civis, por meio do bombardeio de nêutrons de plutônio-239 , e publicou este trabalho em 1954 com a ressalva de que não foram os primeiros estudos realizados sobre os elementos. . Os estudos "Ivy Mike" foram desclassificados e publicados em 1955.

A equipe de Berkeley estava preocupada que outro grupo pudesse descobrir isótopos mais leves do elemento 100 por meio de técnicas de bombardeio de íons antes que pudessem publicar sua pesquisa classificada, e este foi o caso. Um grupo do Instituto Nobel de Física em Estocolmo descobriu independentemente o elemento, produzindo um isótopo posteriormente confirmado como sendo ²⁵⁰ Fm ( t _1/2 = 30 minutos), bombardeando um²³⁸
₉₂você
alvo com íons de oxigênio-16 e publicou seu trabalho em maio de 1954. No entanto, a prioridade da equipe de Berkeley foi geralmente reconhecida, e com ela a prerrogativa de nomear o novo elemento em homenagem ao recentemente falecido Enrico Fermi , o desenvolvedor do primeiro reator nuclear artificial auto-sustentado.

Isótopos

Via de decomposição do férmio-257

Existem 20 isótopos de férmio listados no N UBASE 2016, com pesos atômicos de 241 a 260, dos quais ²⁵⁷ Fm é o mais longevo com meia-vida de 100,5 dias. ²⁵³ Fm tem 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 he ²⁵⁶ Fm de 2,6 horas. Todos os demais têm meia-vida variando de 30 minutos a menos de um milissegundo. O produto de captura de nêutrons do férmio-257, ²⁵⁸ Fm, sofre fissão espontânea com meia-vida de apenas 370 (14) microssegundos; ²⁵⁹ Fm e ²⁶⁰ Fm também são instáveis em relação à fissão espontânea ( t _1/2 = 1,5 (3) se 4 ms, respectivamente). Isso significa que a captura de nêutrons não pode ser usada para criar nuclídeos com um número de massa maior que 257, a menos que realizada em uma explosão nuclear. Como ²⁵⁷ Fm é um emissor α , decaindo para ²⁵³ Cf, e nenhum isótopo de férmio conhecido sofre decaimento beta menos para o próximo elemento, mendelévio , férmio também é o último elemento que pode ser preparado por um processo de captura de nêutrons. Por causa desse impedimento na formação de isótopos mais pesados, esses isótopos de vida curta ^258-260 Fm constituem o chamado "férmio gap".

Produção

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

O férmio é produzido pelo bombardeio de actinídeos mais leves com nêutrons em um reator nuclear. Fermium-257 é o isótopo mais pesado obtido por captura de nêutrons e só pode ser produzido em quantidades de picogramas. A principal fonte é o reator isotópico de alto fluxo de 85 MW (HFIR) no Oak Ridge National Laboratory no Tennessee , EUA, que se dedica à produção de elementos transcúrio ( Z > 96). Isótopos de férmio de menor massa estão disponíveis em grandes quantidades, embora esses isótopos ( ²⁵⁴ Fm e ²⁵⁵ Fm) tenham vida relativamente curta. Em uma "campanha de processamento típica" em Oak Ridge, dezenas de gramas de cúrio são irradiados para produzir quantidades de decigramas de califórnio , quantidades de miligramas de berquélio e einsteínio e quantidades de picogramas de férmio. No entanto, quantidades de nanograma de férmio podem ser preparadas para experimentos específicos. Acredita-se que as quantidades de férmio produzidas em explosões termonucleares de 20 a 200 quilotons sejam da ordem de miligramas, embora esteja misturado a uma grande quantidade de detritos; 4,0 picogramas de ²⁵⁷ Fm foram recuperados de 10 quilogramas de destroços do teste " Hutch " (16 de julho de 1969). O experimento Hutch produziu um total estimado de 250 microgramas de ²⁵⁷ Fm.

Após a produção, o férmio deve ser separado dos outros actinídeos e dos produtos da fissão dos lantanídeos . Isso geralmente é obtido por cromatografia de troca iônica , com o processo padrão usando um trocador de cátions, como Dowex 50 ou T EVA eluído com uma solução de α-hidroxiisobutirato de amônio. Os cátions menores formam complexos mais estáveis com o ânion α-hidroxiisobutirato e, portanto, são preferencialmente eluídos da coluna. Um método de cristalização fracionada rápida também foi descrito.

Embora o isótopo mais estável de férmio seja ²⁵⁷ Fm, com meia-vida de 100,5 dias, a maioria dos estudos é realizada em ²⁵⁵ Fm ( t _1/2 = 20,07 (7) horas), uma vez que este isótopo pode ser facilmente isolado conforme necessário, conforme o produto de decaimento de ²⁵⁵ Es ( t _1/2 = 39,8 (12) dias).

Síntese em explosões nucleares

A análise dos destroços do teste nuclear de 10 megatoneladas Ivy Mike fazia parte de um projeto de longo prazo, um dos quais era estudar a eficiência da produção de elementos transurânicos em explosões nucleares de alta potência. A motivação para esses experimentos foi a seguinte: a síntese de tais elementos a partir do urânio requer a captura de múltiplos nêutrons. A probabilidade de tais eventos aumenta com o fluxo de nêutrons, e as explosões nucleares são as fontes de nêutrons mais poderosas, fornecendo densidades da ordem de 10 ²³ nêutrons / cm ² em um microssegundo, ou seja, cerca de 10 ²⁹ nêutrons / (cm ² · s). Em comparação, o fluxo do reator HFIR é de 5 × 10 ¹⁵ nêutrons / (cm ² · s). Um laboratório dedicado foi montado bem no Atol de Enewetak para análises preliminares de detritos, já que alguns isótopos poderiam ter se deteriorado no momento em que as amostras de detritos chegassem aos EUA. O laboratório estava recebendo amostras para análise, o mais rápido possível, de aviões equipados com filtros de papel que sobrevoou o atol após os testes. Enquanto se esperava descobrir novos elementos químicos mais pesados que o férmio, eles não foram encontrados após uma série de explosões de megatons conduzidas entre 1954 e 1956 no atol.

Rendimento estimado de elementos de transurânio nos testes nucleares dos EUA Hutch e Cyclamen.

Os resultados atmosféricos foram complementados pelos dados de teste subterrâneos acumulados na década de 1960 no local de teste de Nevada , pois se esperava que explosões poderosas conduzidas em espaço confinado pudessem resultar em rendimentos melhorados e isótopos mais pesados. Além das cargas de urânio tradicionais, foram experimentadas combinações de urânio com amerício e tório, bem como uma carga mista de plutônio-neptúnio. Eles tiveram menos sucesso em termos de rendimento, o que foi atribuído a perdas maiores de isótopos pesados devido às taxas de fissão aumentadas em cargas de elementos pesados. O isolamento dos produtos foi considerado bastante problemático, pois as explosões espalharam detritos através do derretimento e vaporização de rochas sob a grande profundidade de 300-600 metros, e a perfuração a tal profundidade para extrair os produtos foi lenta e ineficiente em termos de volumes coletados.

Entre os nove testes subterrâneos, que foram realizados entre 1962 e 1969 e codinome Anacostia (5,2 quilotons , 1962), Kennebec (<5 quilotons, 1963), Par (38 quilotons, 1964), Barbel (<20 quilotons, 1964), Tweed (<20 quilotons, 1965), Cyclamen (13 quilotons, 1966), Kankakee (20-200 quilotons, 1966), Vulcan (25 quilotons, 1966) e Hutch (20-200 quilotons, 1969), o último era o mais poderoso e teve o maior rendimento de elementos de transurânio. Na dependência do número de massa atômica, o rendimento apresentou comportamento dente de serra com os menores valores para os isótopos ímpares, devido às suas maiores taxas de fissão. O principal problema prático de toda a proposta, entretanto, era coletar os detritos radioativos dispersos pela poderosa explosão. Os filtros de aeronaves adsorveram apenas cerca de 4 × 10 ^{- 14} da quantidade total e a coleta de toneladas de corais no Atol de Enewetak aumentou essa fração em apenas duas ordens de magnitude. A extração de cerca de 500 quilos de rochas subterrâneas 60 dias após a explosão de Hutch recuperou apenas cerca de ^10-7 da carga total. A quantidade de elementos de transurânio neste lote de 500 kg foi apenas 30 vezes maior do que em uma rocha de 0,4 kg coletada 7 dias após o teste. Esta observação demonstrou a dependência altamente não linear do rendimento dos elementos transurânicos na quantidade de rocha radioativa recuperada. Para acelerar a coleta de amostra após a explosão, poços foram perfurados no local não depois, mas antes do teste, de modo que a explosão expelisse o material radioativo do epicentro, através dos poços, para volumes de coleta próximos à superfície. Este método foi tentado nos testes Anacostia e Kennebec e instantaneamente forneceu centenas de quilos de material, mas com concentração de actinídeo 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, ele não poderia melhorar a eficiência geral de coleta dos actinídeos produzidos.

Embora nenhum elemento novo (além de einsteínio e férmio) pudesse ser detectado nos restos de teste nuclear, e os rendimentos totais de elementos de transurânio fossem decepcionantemente baixos, esses testes forneceram quantidades significativamente maiores de isótopos pesados raros do que anteriormente disponíveis em laboratórios. Por exemplo, 6 × 10 ⁹ átomos de ²⁵⁷ Fm podem ser recuperados após a detonação de Hutch. Eles foram então usados nos estudos de fissão induzida por nêutrons térmicos de ²⁵⁷ Fm e na descoberta de um novo isótopo de férmio ²⁵⁸ Fm. Além disso, o isótopo raro de ²⁵⁰ cm foi sintetizado em grandes quantidades, o que é muito difícil de produzir em reatores nucleares de seu progenitor de ²⁴⁹ cm - a meia-vida de ²⁴⁹ cm (64 minutos) é muito curta para irradiações de reator de meses de duração, mas é muito "longo" na escala de tempo da explosão.

Ocorrência natural

Por causa da meia-vida curta de todos os isótopos de férmio, qualquer férmio primordial , isto é, férmio que poderia estar presente na Terra durante sua formação, já decaiu. A síntese de férmio a partir de urânio e tório actinídeos de ocorrência natural na crosta terrestre requer a captura de vários nêutrons, o que é um evento extremamente improvável. Portanto, a maior parte do férmio é produzida na Terra em laboratórios científicos, reatores nucleares de alta potência ou em testes de armas nucleares e está presente apenas alguns meses após a síntese. Os elementos transurânicos de amerício em férmio ocorreram naturalmente no reator de fissão nuclear natural em Oklo , mas não o fazem mais.

Química

Uma liga de férmio- itérbio usada para medir a entalpia de vaporização do metal de férmio

A química do férmio só foi estudada em solução usando técnicas de traçador, e nenhum composto sólido foi preparado. Em condições normais, o férmio existe em solução como o íon Fm ³⁺ , que tem um número de hidratação de 16,9 e uma constante de dissociação de ácido de 1,6 × 10 ⁻⁴ (p K _a = 3,8). Fm ³⁺ forma complexos com uma ampla variedade de ligantes orgânicos com átomos doadores rígidos , como o oxigênio, e esses complexos são geralmente mais estáveis do que os dos actinídeos anteriores. Ele também forma complexos aniônicos com ligantes como cloreto ou nitrato e, novamente, esses complexos parecem ser mais estáveis do que aqueles formados por einstênio ou califórnio . Acredita-se que a ligação nos complexos dos últimos actinídeos é principalmente de caráter iônico : espera-se que o íon Fm ³⁺ seja menor do que os íons An ³⁺ anteriores por causa da carga nuclear efetiva mais alta do férmio e, portanto, o férmio seria deve formar ligações metal-ligante mais curtas e fortes.

O férmio (III) pode ser facilmente reduzido a férmio (II), por exemplo com cloreto de samário (II) , com o qual o férmio (II) coprecipita. No precipitado, foi produzido o composto cloreto de férmio (II) (FmCl ₂ ), porém não purificado ou estudado isoladamente. O potencial do eletrodo foi estimado ser semelhante ao do par itérbio (III) / (II), ou cerca de -1,15 V em relação ao eletrodo de hidrogênio padrão , um valor que está de acordo com os cálculos teóricos. O par Fm ²⁺ / Fm ⁰ tem um potencial de eletrodo de -2,37 (10) V com base em medições polarográficas .

Toxicidade

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

Notas e referências

Notas

Referências

Leitura adicional

Robert J. Silva: Fermium, Mendelévio, Nobelium e Lawrencium , em: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): A Química dos Elementos Actinídeos e Transactinídeos , Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1 , p. 1621–1651; doi : 10.1007 / 1-4020-3598-5_13 .
Seaborg, Glenn T. (ed.) (1978) Proceedings of the Symposium Comemorando o 25º aniversário dos elementos 99 e 100 , 23 de janeiro de 1978, Relatório LBL-7701
Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie , System Nr. 71, Transurano: Teil A 1 II, p. 19–20; Teil A 2, pág. 47; Teil B 1, pág. 84

links externos

Fermium na The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)

Languages

In other projects