Fermio

Fermio
100 Fm
Er ↑ Fm ↓ (UPB) Tabla periódica einsteinium ← fermio → mendelevio
Apariencia
desconocido
Propiedades generales
Nombre, símbolo, número	fermio, Fm, 100
Pronunciación	/ F ɜr m yo ə m / FER -mee-əm
Categoría Elemento	actínidos
Grupo, período, bloque	n / a, 7, F
Peso atómico estándar	(257)
Configuración electrónica	[ Rn ] 5f 12 7s 2 2, 8, 18, 32, 30, 8, 2
Historia
Descubrimiento	Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (1952)
Propiedades físicas
Fase	sólido
Punto de fusion	1800 K , 1527 ° C, 2781 ° F
Propiedades atómicas
Estados de oxidación	2, 3
Electronegatividad	1,3 (escala de Pauling)
Energías de ionización	Primero: 627 kJ · mol -1
Miscelánea
Número de registro del CAS	7440-72-4
La mayoría de los isótopos estables
Artículo principal: Los isótopos de fermio
iso N / A media 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 - -

Fermio es una elemento sintético con el símbolo Fm y número atómico 100. Es un miembro de la actínidos serie. Es el elemento más pesado que puede ser formada por neutrones bombardeo de elementos más ligeros, y por lo tanto, el último elemento que se puede preparar en cantidades macroscópicas, aunque fermium de metal puro aún no ha sido preparado. Un total de 19 isótopos son conocidos, con ²⁵⁷ Fm siendo más longevas uno con una vida media de 100,5 días el.

Fue descubierto en los restos de la primera bomba explosión de hidrógeno en 1952, y nombrado después Premio Nobel Enrico Fermi, uno de los pioneros de la física nuclear . Su química es típica de finales de los actínidos, con una preponderancia de las 3 estado de oxidación , sino también un estado de oxidación +2 accesible. Debido a las pequeñas cantidades de fermio producida y su vida media corta, actualmente no hay aplicaciones para él fuera de la investigación científica básica. Como todos los elementos sintéticos, los isótopos de fermium son extremadamente radiactivos y son considerados altamente tóxicos.

Descubrimiento

Fermio se observó por primera vez en las consecuencias de la prueba nuclear de Ivy Mike.

El elemento fue nombrado después de Enrico Fermi.

Fermio fue descubierto por primera vez en las consecuencias de la ' Prueba Ivy Mike "nuclear (1 noviembre 1952), la primera prueba exitosa de una bomba de hidrógeno. El examen inicial de los escombros de la explosión había demostrado la producción de un nuevo isótopo de plutonio , 244
94 Pu: esto sólo podría haberse formado por la absorción de seis neutrones por un de uranio-238 núcleo seguido por dos β ^- decae. En el momento, se pensaba que la absorción de neutrones por un núcleo pesado para ser un proceso raro, pero la identificación de 244
94 Pu planteó la posibilidad de que aún más neutrones podrían haber sido absorbidos por los núcleos de uranio, lo que lleva a los nuevos elementos.

Elemento 99 ( einsteinium ) fue descubierto rápidamente en papeles de filtro que había sido volado través de la nube de la explosión (la misma técnica de muestreo que se había utilizado para descubrir 244
94 Pu). A continuación, se identificó en diciembre de 1952 por Albert Ghiorso y compañeros de trabajo en la Universidad de California en Berkeley. Descubrieron el isótopo ²⁵³ Es ( vida media 20,5 días) que fue hecha por el captura de 15 neutrones por núcleos de uranio-238 - que luego se sometieron a siete sucesiva desintegraciones beta:

Algunos ²³⁸ átomos de U, sin embargo, podrían capturar otra cantidad de neutrones (lo más probable, 16 o 17).

El descubrimiento de fermium (Z = 100) requiere más material, como se esperaba que el rendimiento que ser al menos un orden de magnitud menor que la del elemento 99, y tan contaminado coral de la Enewetak atolón (donde la prueba había tenido lugar) fue enviado a la Universidad de California en Laboratorio de Radiación Berkeley, California, para su procesamiento y análisis. Unos dos meses después de la prueba, un nuevo componente se aisló emisor de alta energía α-partículas (7,1 MeV), con una vida media de alrededor de un día. Con una vida media tan corto, que sólo podía surgir de la β ^- decaimiento de un isótopo del einsteinio, y así tenía que ser un isótopo del elemento nuevo 100: se identificó rápidamente como ²⁵⁵ Fm (t _½ = 20,07 (7 ) horas).

El descubrimiento de los nuevos elementos, y los nuevos datos sobre la captura de neutrones, se mantuvo inicialmente en secreto por orden de los militares de Estados Unidos hasta 1955 debido a la Guerra Fría las tensiones. Sin embargo, el equipo de Berkeley fueron capaces de preparar los elementos 99 y 100 por medios civiles, a través del bombardeo de neutrones de plutonio-239, y publicó esta obra en 1954 con la advertencia de que no fueron los primeros estudios que se habían llevado a cabo en los elementos. Fueron desclasificados y publicados en 1955 los estudios de la "Ivy Mike.

El equipo de Berkeley se había preocupado de que otro grupo podría descubrir isótopos más ligeros del elemento 100 a través de técnicas de bombardeo de iones antes de que pudieran publicar sus investigaciones clasificada, y esto resultó ser el caso. Un grupo en el Instituto Nobel de Física en Estocolmo descubrió independientemente el elemento, produciendo un isótopo más tarde se confirmó que ²⁵⁰ Fm (t _½ = 30 minutos) mediante el bombardeo de un 238
92 U de destino con iones de oxígeno-16, y publicó sus trabajos en mayo de 1954. Sin embargo, la prioridad del equipo de Berkeley se reconocía en general, y con él la prerrogativa de nombrar al nuevo elemento en honor del recientemente fallecido Enrico Fermi, el desarrollador del primer reactor nuclear artificial autosostenida.

Isótopos

Decay vía de fermio-257

Hay 19 isótopos de fermium enumerados en N UBASE 2003, con pesos atómicos de 242 a 260ºC, de los cuales ²⁵⁷ FM es el vivió más larga con una vida media de 100,5 días. Fm ²⁵³ tiene una vida media de 3 días, mientras ²⁵¹ Fm de 5,3 h, ²⁵² Fm de 25,4 h, ²⁵⁴ Fm de 3,2 h, ²⁵⁵ Fm de 20,1 h, y ²⁵⁶ Fm de 2,6 horas. Todos los restantes tienen vidas medias que van desde 30 minutos a menos de un milisegundo. El producto por captura neutrónica de fermio-257, ²⁵⁸ Fm, sufre fisión espontánea, con una vida media de sólo 370 (14) microsegundos; ²⁵⁹ Fm y ²⁶⁰ Fm también son inestables con respecto a la fisión espontánea (t _½ = 1.5 (3) s y 4 ms, respectivamente). Esto significa que la captura de neutrones no se puede utilizar para crear nucleidos con una número de masa mayor que 257, a menos que lleva a cabo en una explosión nuclear. Como ²⁵⁷ Fm es una α-emisor, en descomposición a ²⁵³ Cf, y no hay isótopos fermio someten decaimiento beta menos (que produciría isótopos del elemento siguiente, mendelevio), fermium es también el último elemento que se puede preparar por un proceso de captura de neutrones.

Producción

Elución: separación por cromatografía de Fm (100), Es (99), Cf, Bk, Cm y Am.

Fermio es producida por el bombardeo de más ligeros actínidos con neutrones en un reactor nuclear. Fermio-257 es el isótopo más pesado que se obtiene a través de la captura de neutrones, y sólo puede ser producido en cantidades de nanogramos. La fuente principal es el 85 MW Reactor de Isótopos de Alto Flujo (HFIR) en el Oak Ridge National Laboratory en Tennessee, EE.UU., que se dedica a la producción de transcurium (Z> 96) elementos. En una "campaña de tratamiento típico" en Oak Ridge, decenas de gramos de curio son irradiados para producir cantidades Decigramo de californio , cantidades de miligramos de berkelio y einsteinium y cantidades de picogramos de fermio. Sin embargo, de nanogramos y cantidades de microgramos fermium se pueden preparar para experimentos específicos. Las cantidades de fermium producida en 20-200 kilotones explosiones termonucleares se cree que es del orden de miligramos, aunque se mezcla con una gran cantidad de desechos; 40 picogramos de ²⁵⁷ Fm fue recuperado de 10 kilogramos de residuos de la ' Prueba Hutch '(16 de julio 1969).

Después de la producción, la fermium debe ser separado de otros actínidos y de lantánidos productos de fisión. Esto se consigue normalmente por cromatografía de intercambio iónico, con el proceso estándar utilizando un intercambiador de cationes tales como Dowex 50 o T EVA se eluyó con una solución de amonio α-hidroxiisobutirato. Cationes más pequeños forman complejos más estables con el anión-α hidroxiisobutirato, y así son preferentemente eluyen de la columna. Una rápida método de cristalización fraccionada también se ha descrito.

Aunque el isótopo más estable de fermium es ²⁵⁷ Fm, con una vida media de 100,5 días, se llevan a cabo la mayoría de los estudios sobre ²⁵⁵ Fm (t _½ = 20,07 (7) horas) como este isótopo puede aislarse fácilmente como requerido como el producto de la desintegración ²⁵⁵ Es (t _½ = 39.8 (12) días).

Síntesis de las explosiones nucleares

El análisis de los escombros en el 10- megatones Ivy Mike prueba nuclear era una parte del proyecto a largo plazo, uno de los objetivos de los cuales fue el estudio de la eficiencia de la producción de elementos transuránicos de alta potencia explosiones nucleares. La motivación para estos experimentos fue la siguiente: síntesis de dichos elementos de uranio requiere la captura de neutrones múltiple. La probabilidad de este tipo de eventos se incrementa con el flujo de neutrones, y las explosiones nucleares son las fuentes de neutrones más poderosos, proporcionando densidades del orden de 10 ²³ neutrones / cm² en un microsegundo, es decir, unos 10 ²⁹ neutrones / (cm² · s). En comparación, el flujo del reactor HFIR es 5 × 10 ¹⁵ neutrones / (cm² · s). Un laboratorio dedicado se creó la derecha en Enewetak Atoll para el análisis preliminar de los residuos, ya que algunos isótopos podrían haber decaído por el momento en las muestras de escombros llegó a los EE.UU. El laboratorio estaba recibiendo muestras para su análisis, lo más pronto posible, de los aviones equipados con filtros de papel que volaban sobre el atolón después de las pruebas . Mientras que se esperaba para descubrir nuevos elementos químicos más pesados que fermio, los que no fueron encontrados después de una serie de explosiones megatones realizado entre 1954 y 1956 en el atolón.

Rendimiento estimado de los elementos transuránicos en las pruebas nucleares de Estados Unidos Hutch y ciclamen.

Los resultados atmosféricos se complementaron con los datos de las pruebas subterráneas acumuladas en la década de 1960 en el Nevada Test Site, ya que se esperaba que poderosas explosiones realizadas en espacios confinados pueden dar lugar a la mejora de los rendimientos y los isótopos más pesados. Además de los cargos de uranio tradicionales, las combinaciones de uranio con el americio y el torio se han probado, así como una carga de plutonio neptunio mixta. Ellos tuvieron menos éxito en términos de rendimiento, que se atribuyó a pérdidas más fuertes de isótopos pesados debido a las tasas de fisión mejoradas en los cargos de elementos pesados. El aislamiento de los productos se encontró que era bastante problemática, ya que las explosiones se extienden a través de los residuos de fusión y la vaporización de rocas bajo la gran profundidad de 300-600 metros, y la perforación a tal profundidad con el fin de extraer los productos era tanto lento e ineficiente en términos de recogida volúmenes.

Entre los nueve ensayos subterráneos, que se llevaron entre 1962 y 1969 y cuyo nombre en clave Anacostia (5,2 kilotones, 1962), Kennebec (<5 kilotones, 1963), Par (38, kilotones, 1964), Barbel (<20 kilotones, 1964), Tweed (<20 kilotones, 1965), ciclamen (13 kilotones, 1966), Kankakee (20 a 200 kilotones, 1966), Vulcan (25 kilotones, 1966) y Hutch (20-200 kilotones, 1969), el último era más potente y la mayor producción de elementos transuránicos. En la dependencia del número de masa atómica, el rendimiento mostró un comportamiento de diente de sierra con los valores más bajos para los isótopos impares, debido a sus mayores tasas de fisión. El problema práctico importante de toda la propuesta sin embargo estaba recogiendo los desechos radiactivos dispersos por la explosión de gran alcance. Filtros Aviones adsorbidos sólo alrededor del 4 × 10 ^-14 de la cantidad total y la recogida de toneladas de corales en Enewetak Atoll aumentó esta fracción sólo por dos órdenes de magnitud. La extracción de alrededor de 500 kilogramos de rocas subterráneas 60 días después de la explosión Hutch recupera sólo el 10 ^-7 de la carga total. La cantidad de elementos transuránicos del este de 500 kg por lotes fue de sólo 30 veces mayor que en un 0.4 kg de roca cogió 7 días después de la prueba. Esta observación demuestra la dependencia altamente no lineal de la transuranium elementos producen en la cantidad de roca radiactivo recuperado. Con el fin de acelerar la recolección de la muestra después de la explosión, los ejes se perforaron en el lugar no después sino antes de la prueba, por lo que la explosión podría expulsar material radiactivo del epicentro, a través de los árboles, a la recogida de los volúmenes de cerca de la superficie. Este método fue probado en los ensayos de Anacostia y Kennebec y al instante proporciona cientos de kilogramos de material, pero con la concentración de los actínidos 3 veces menor que en las muestras obtenidas después de la perforación; que tal método podría haber sido eficaz en los estudios científicos de los isótopos de corta vida, no podría mejorar la eficacia de la recogida de los actínidos producidos.

Aunque no hay elementos nuevos (aparte de einsteinium y fermio) podrían ser detectadas en los escombros de los ensayos nucleares, y los rendimientos totales de elementos transuránicos eran decepcionantemente baja, estas pruebas proporcionaron cantidades significativamente mayores de isótopos pesados raros que previamente disponible en los laboratorios. Así que 6 × 10 ⁹ átomos de ²⁵⁷ Fm podrían ser recuperados después de la detonación Hutch. Estaban acostumbrados a continuación en los estudios de neutrones térmicos fisión inducida de ²⁵⁷ Fm y en el descubrimiento de un nuevo isótopo fermio ²⁵⁸ Fm. También el isótopo ²⁵⁰ Cm fue sintetizado en grandes cantidades, lo cual es muy difícil de producir en reactores nucleares de su progenitor ²⁴⁹ Cm - la vida media de ²⁴⁹ cm (64 minutos) es demasiado corto para irradiaciones de reactores de meses de duración, pero es muy "largo" en la escala de tiempo de explosión.

Presencia natural

Debido a la corta vida media de todos los isótopos de fermium, todo fermio primordial, que es fermio que podrían estar presentes en la Tierra durante su formación, ha decaído por ahora. Síntesis de fermium de origen natural actínidos uranio y el torio en la corteza terrestre requiere la captura de neutrones múltiple, que es un evento extremadamente improbable. Por lo tanto, la mayoría fermio se produce en la Tierra en los laboratorios científicos, los reactores nucleares de alta potencia, o en pruebas de armas nucleares, y está presente sólo en unos pocos meses desde el momento de la síntesis. Einsteinium y fermio ocurrieron naturalmente en el reactor de fisión nuclear naturales a Oklo, pero ya no lo hacen.

Química

A fermium- iterbio aleación utilizada para medir la entalpía de vaporización del metal de fermium.

La química de fermium sólo se ha estudiado en solución utilizando técnicas de trazadores, y no hay compuestos sólidos han sido preparados. En condiciones normales, existe fermium en solución como el ion Fm ^3+, que tiene un número de hidratación de 16,9 y una ácido constante de disociación de 1,6 × 10 ^-4 (p K _a = 3,8). Fm ³⁺ forma complejos con una amplia variedad de ligandos orgánicos con átomos donadores duros tales como oxígeno, y estos complejos son generalmente más estables que los de los actínidos precedentes. También forma complejos aniónicos con ligandos tales como cloruro o nitrato y, de nuevo, estos complejos parecen ser más estables que los formados por einsteinium o californio . Se cree que la unión en los complejos de los actínidos posteriores es principalmente de carácter iónico: se espera que el ion Fm ³⁺ a ser más pequeños que los que preceden a una ³⁺ iones debido a la mayor carga nuclear efectiva de fermium, y por lo tanto fermium sería de esperar para formar enlaces metal-ligando más cortos y más fuerte.

Fermio (III) puede ser bastante fácilmente reducido a Fermio (II), por ejemplo, con samario (II) cloruro, con la que coprecipitados fermium. La potencial de electrodo se ha estimado para ser similar a la del iterbio (III) / (II) par, o alrededor de -1,15 V con respecto a la electrodo normal de hidrógeno, un valor que está de acuerdo con los cálculos teóricos. La Fm ²⁺ / Fm ⁰ pareja tiene un potencial de electrodo de -2,37 (10) V basado en mediciones polarográficos.

Toxicidad

Aunque pocas personas entran en contacto con fermio, la Comisión Internacional de Protección Radiológica ha establecido límites de exposición anual para los dos isótopos más estables. Para fermio-253, el límite de la ingestión se fijó en 10 ⁷ Becquerelios (Bq 1 es equivalente a una desintegración por segundo), y el límite de inhalación en 10 ⁵ Bq; para fermio-257, en 10 ⁵ Bq y 4000 Bq respectivamente.