Фермий (Fm)
АктиноидТвердое вещество
Стандартная относительная атомная масса
[257]Электронная конфигурация
[Rn] 5f12 7s2Температура плавления
1526,85 °CТемпература кипения
Нет данныхПлотность
9700 kg/m³Степени окисления
+2, +3Электроотрицательность (по Полингу)
1,3Энергия ионизации (1-я)
6,5 eVГод открытия
1952Атомный радиус
Нет данныхПодробные сведения
Фермий — синтетический актиноид и элемент с атомным номером 100. Он образуется лишь в ничтожных количествах в реакциях с высоким потоком нейтронов и изучается главным образом радиохимическими и ядерными методами. Его химия определяется степенью окисления +3 и в целом напоминает химию других поздних актиноидов и лантаноидов. Макроскопический металлический образец не получен, и большинство измеренных свойств зависят от изотопа или раствора.
Фермий не встречается в природе в земной коре. Впервые он был идентифицирован в декабре 1952 года американскими учёными из Национальной лаборатории Аргонн близ Чикаго, штат Иллинойс, Национальной лаборатории Лос-Аламоса в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, и Лаборатории Калифорнийского университета в Беркли, штат Калифорния, в продуктах термоядерных взрывов (рис. IUPAC.100.1). Элемент был назван в честь Энрико Ферми, который построил первый созданный человеком ядерный реактор. 255Fm (с периодом полураспада 20 ч) был первым идентифицированным изотопом фермия. Фермий является самым тяжёлым элементом, который может быть образован при нейтронной бомбардировке более лёгких элементов, и, следовательно, самым тяжёлым элементом, который может быть синтезирован в макроскопических количествах [632], [633].
Фермий представляет интерес для исследований в области физики частиц, но не имеет коммерческих применений. 253Fm был одним из продуктов распада, использованных для подтверждения синтеза коперниция в эксперименте на ускорителе частиц [634].
Фермий — самый тяжёлый синтетический элемент, который может быть образован при нейтронной бомбардировке более лёгких элементов, и, следовательно, самый тяжёлый элемент, который может быть получен в макроскопических количествах. Химические свойства фермия изучались исключительно в следовых количествах, и для этого требуются новаторские экспериментальные методики. Металлический фермий не был получен, однако были выполнены измерения на сплавах фермия с редкоземельными металлами и сделан ряд предсказаний. Было установлено, что металл фермия предпочитает двухвалентное состояние, но при умеренном сжатии может переходить в трёхвалентное состояние. Другие измерения на смешанных сплавах и соединениях фермия включают магнитный момент, энергии связи внутренних оболочек, рентгеновские энергии, энтальпию сублимации и т. д.
Химия фермия типична для поздних актиноидов, с преобладанием степени окисления +3, но также с тенденцией к доступному состоянию +2. В твёрдом состоянии чистые соединения фермия не были получены, однако Fm(III) изучали методами соосаждения как следовый компонент в матрице редкоземельного элемента с тем же зарядом. Фермий соосаждается с фторидами и гидроксидами редкоземельных элементов. В водном растворе фермий существует в виде иона Fm3+, для которого число гидратации составляет 16,9, а константа кислотной диссоциации — 1,6 × 10-4 (pKa = 3,8). Fm3+ образует комплексы с широким спектром органических лигандов с жёсткими донорными атомами, такими как кислород, и эти комплексы обычно более стабильны, чем комплексы более лёгких актиноидов. Он также образует комплексы с лигандами, такими как хлорид или нитрат, и, опять же, эти комплексы, по-видимому, более стабильны, чем образуемые эйнштейнием или калифорнием. Связь в более тяжёлых актиноидах имеет преимущественно ионный характер, а ионный радиус иона Fm3+ меньше, чем у предшествующих ионов An3+, вследствие актиноидного сжатия. Это является результатом более высокого эффективного ядерного заряда фермия, и поэтому фермий образует более короткие и более прочные связи металл—лиганд. У более тяжёлых актиноидов наблюдается возрастающая тенденция к образованию двухвалентного иона, которая проявляется начиная с эйнштейния. Fm3+ можно легко восстановить до стабильного Fm2+ с использованием умеренно сильных восстановителей, таких как хлорид самария(II). В водных средах окислительно-восстановительная пара Fm(III)/Fm(III) изучалась методами радиоэлектрохимии и другими методами. Потенциалы электродов, как оценено, близки к потенциалам окислительно-восстановительной пары иттербия. Окислительно-восстановительные потенциалы для различных пар фермия были измерены и/или оценены различными исследователями: Fm3+ → Fm2+ (- 1.15 V); Fm2+ → Fm0 (-2.37 V), все относительно стандартного водородного электрода.
Фермий был открыт группой ученых под руководством Альберта Джиорсо в 1952 году при изучении радиоактивных обломков, образовавшихся в результате взрыва первой водородной бомбы. Открытый ими изотоп, фермий-255, имеет период полураспада около 20 часов и был получен путем присоединения 17 нейтронов к урану-238, который затем претерпел восемь β-распадов. В настоящее время фермий получают посредством длительной цепочки ядерных реакций, включающей бомбардировку каждого изотопа в цепи нейтронами с последующим β-распадом образующегося изотопа. Наиболее стабильный изотоп фермия, фермий-257, имеет период полураспада около 100,5 суток. Он распадается в калифорний-253 путем α-распада либо претерпевает спонтанное деление.
Фермий, элемент 100, является восьмым трансурановым элементом актинидного ряда и назван в честь итальянского физика и нобелевского лауреата Энрико Ферми. Элемент 100 был впервые обнаружен в 1952 году в выпадениях после 10-мегатонного ядерного испытания "Ivy Mike" в южной части Тихого океана — первого успешного испытания водородной термоядерной бомбы. Исследователи идентифицировали новый изотоп Pu-244, обнаруженный на фильтровальной бумаге на беспилотных летательных аппаратах, пролетавших через зону выпадений. Они установили, что он мог образоваться только в результате неожиданного поглощения шести нейтронов ядрами урана-238 с последующим последовательным β-распадом. В то время поглощение нейтронов тяжелым ядром считалось редким процессом, однако идентификация Pu-244 породила возможность того, что ядра урана могли поглотить еще больше нейтронов, приводя к образованию дополнительных новых элементов.
Элемент 99, эйнштейний, был почти сразу обнаружен на других фильтровальных бумагах Альбертом Джиорсо и сотрудниками Ливерморской лаборатории имени Лоуренса в Беркли в сотрудничестве с Аргоннской и Лос-Аламосской национальными лабораториями, что продемонстрировало захват 15 нейтронов ядрами U-238! Последующее открытие фермия потребовало большего количества материала, поскольку выход элемента 100 ожидался как минимум на порядок ниже, чем у эйнштейния. Поэтому загрязненный коралл из зоны нулевого взрыва на атолле Эниветок был отправлен в Беркли для обработки и анализа. Примерно через два месяца после испытания Ivy-Mike была выделена новая активность, испускавшая высокоэнергетические α-частицы (7,1 МэВ) с периодом полураспада около 1 дня. Это был дочерний продукт β-распада изотопа эйнштейния, и он должен был быть изотопом элемента 100. : Он был идентифицирован как 255Fm (период полураспада 20,07 часа). Открытие новых элементов и новые данные о захвате нейтронов оставались засекреченными по распоряжению военных США до 1955 года из-за напряженности холодной войны. Позднее группе Беркли удалось получить элементы 99 и 100 в лаборатории путем нейтронной бомбардировки Pu-239 в циклотроне. Они опубликовали эту работу в 1954 году с оговоркой, что это не были первые исследования, проведенные с этим элементом. Исследования по проекту "Ivy Mike" были впоследствии рассекречены и опубликованы в 1955 году. Между тем группа в Нобелевском институте физики в Стокгольме независимо заявила об открытии элемента 100, получив изотоп с 30-минутным периодом полураспада, и опубликовала свою работу в мае 1954 года. Тем не менее исторический приоритет группы Беркли в целом был признан, а вместе с ним и право назвать новый элемент в честь недавно умершего Энрико Ферми, создателя первого искусственного самоподдерживающегося ядерного реактора.
Объемный внешний вид металлического фермия неизвестен, поскольку элемент не был выделен в видимых, поддающихся взвешиванию количествах. Поэтому любая металлическая форма и многие обычные физические свойства выводятся из тенденций для актиноидов, а не наблюдаются непосредственно.
Фермий не имеет коммерческого или практического технологического применения. Его использование ограничено фундаментальными исследованиями в ядерной химии, разделении актиноидов и изучении получения очень тяжелых элементов. Некоторые изотопы фермия, особенно ²⁵⁷Fm из-за сравнительно длинного среди нуклидов фермия периода полураспада, использовались в экспериментах на уровне трейсера для характеристики химического поведения и ядерного распада. Доступность слишком ограничена для рутинных применений.
Из-за малых количеств, в которых он производится, и его короткого периода полураспада, в настоящее время фермий не имеет применений за пределами фундаментальных научных исследований.
Из-за ничтожных количеств фермия, которые получают, и относительно коротких периодов полураспада всех его изотопов, в настоящее время он не имеет применений за пределами фундаментальных научных исследований, расширяющих знания об остальной части периодической системы.
Применение изотопов элемента Fermium (Fm) будет здесь.
Химия фермия известна по водным исследованиям на уровне следовых количеств. Устойчивой степенью окисления в растворе является Fm³⁺, а разделение обычно основывается на его сходстве с трёхвалентными лантаноидами и соседними актинидами. Конкретные твёрдые соединения в макроскопических количествах не были получены. Простые галогениды, такие как хлорид фермия(III), FmCl₃, и оксиды, такие как оксид фермия(III), Fm₂O₃, ожидаются по аналогии, но их макроскопические свойства экспериментально не установлены. Сообщалось о Fm²⁺ в сильно восстановительных условиях в растворе.
See more information at the Fermium compound page.
Все изотопы фермия радиоактивны, и их опасности в значительной степени зависят от изотопа, активности, типа распада и химической формы. Обращение ограничено специализированными радиохимическими установками, использующими дистанционные методы и изоляцию. Основные риски связаны с внешним и внутренним облучением от следовых количеств образцов; необходимо предотвращать проглатывание, вдыхание и загрязнение кожи и оборудования. Обычная химическая токсичность охарактеризована слабо и является вторичной по отношению к радиологической опасности.
Фермий не имеет значимого природного экологического цикла. Это не первичный элемент, и любое естественное образование происходило бы на уровне отдельных атомов и было бы кратковременным. Присутствие в окружающей среде в основном является теоретическим или историческим следствием ядерных взрывов либо специализированной лабораторной работы, где количества крайне малы. Поскольку отсутствуют как массовые выбросы, так и устойчивые резервуары, его экологическое поведение выводится из химии актинидов, а не из полевых наблюдений.
Фермий не имеет товарного рынка, промышленного спроса или экономики переработки. Его получают только в микроскопических количествах путем интенсивного нейтронного облучения более легких актинидов в реакторах с высоким потоком нейтронов или из обломков ядерного взрыва в исторических открытиях. Выделение требует сложного радиохимического разделения от множества загрязняющих актинидных и осколочных продуктов, а распад ограничивает хранение и распределение. Доступ определяется национальными исследовательскими центрами, наличием мишеней и научной необходимостью, а не ценой.
Получают бомбардировкой более лёгких трансурановых элементов ещё более лёгкими частицами или путём захвата нейтронов.
Не ожидается, что фермий имеет устойчивую космическую распространённость. Его изотопы слишком короткоживущи, чтобы сохраниться от звёздного нуклеосинтеза или образования Солнечной системы. Очень нейтрон-избыточные среды могут кратковременно образовывать ядра в этой массовой области, но фермий распадётся задолго до включения в стабильное планетарное вещество. Подтверждённый фермий является продуктом, созданным человеком на Земле.
- Фермий впервые был обнаружен в обломках термоядерного испытания Ivy Mike.
- ²⁵⁷Fm — самый полезный изотоп фермия для химии, поскольку он живет достаточно долго для экспериментов с трассерами.
- Элемент назван в честь Энрико Ферми.
- Фермий обозначает точку, где синтез более тяжёлых актинидов путём захвата нейтронов становится сильно ограниченным из-за короткого периода полураспада
- Были возможны только химические исследования на атомном уровне или на уровне трассеров.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 245 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Плотность
- 9700 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 1526,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
Химические свойства
- Электроотрицательность (по Полингу)
- 1,3 Сравнить Электроотрицательность (по Полингу) у всех элементов →
- Сродство к электрону
- 0,339 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 6,5 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 12,400043 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 23,20008 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 39,300135 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 55,000189 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- +2, +3 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 3 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Электронная конфигурация
- [Rn] 5f12 7s2
Термодинамические свойства
- Теплота сублимации
- 4,145722 eV
- Теплота атомизации
- 4,145722 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 100 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 157 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 20 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 0 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Массовое число (наиболее стабильный изотоп)
- 257
- Наиболее стабильный изотоп
- Fm-257
- Год открытия
- 1952
Распространённость
Нет данных
Кристаллическая структура
Нет данных
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 32, 30, 8, 2 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7440-72-4 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 3H6
- InChI
- InChI=1S/Fm
- Ключ InChI
- MIORUQGGZCBUGO-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
Fm: 5f¹² 7s²[Rn] 5f¹² 7s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁶ 5f¹² 7s²Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
Стабильных изотопов нет.
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 242 Радиоактивный | 242,07343 ± 0,00043 | Нет данных | 800 us |
| 241 Радиоактивный | 241,07421 ± 0,00032 | Нет данных | 730 us |
| 258 Радиоактивный | 258,09708 ± 0,00022 | Нет данных | 370 us |
| 243 Радиоактивный | 243,07446 ± 0,00023 | Нет данных | 231 мс |
| 256 Радиоактивный | 256,0917745 ± 0,0000078 | Нет данных | 157.1 минуты |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 1501,8 °C ниже температуры сублимации (1526,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Атомные спектры
Показано 10 из 100. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| Fm I | 0 | 2 |
| Fm II | +1 | 2 |
| Fm III | +2 | 2 |
| Fm IV | +3 | 2 |
| Fm V | +4 | 2 |
| Fm VI | +5 | 2 |
| Fm VII | +6 | 2 |
| Fm VIII | +7 | 2 |
| Fm IX | +8 | 2 |
| Fm X | +9 | 2 |
Данные о кристаллической структуре отсутствуют
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +3 | 9 | Нет данных | 110.5 пм |
Соединения
Изотопы (5)
A total of 21 known isotopes of fermium exist with atomic weights from 242 to 260, including 2 that are metastable. Fermium-257 is the longest-lived with a half-life of 100.5 days. Other relatively long-lived isotopes include Fm-253 (3 days), Fm-252 (25.4 hours) and Fm-255 (~20 hours). Fm-250, with a half-life of 30 minutes, was shown to be a decay product of nobelium, element 102 and the chemical identification of the isotope 250Fm confirmed the production and discovery of element 102. All the remaining isotopes of fermium have half-lives ranging from 30 minutes to less than a millisecond. The neutron-capture product of fermium-257, 258Fm, undergoes spontaneous fission with a half-life of just 370 microseconds; 259Fm and 260Fm are also unstable with respect to spontaneous fission (t½ = 1.5 s and 4 ms respectively). This means that the neutron capture production chain essentially terminates at mass number 257 because of the very short spontaneous fission half-lives of the heavier isotopes.
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 242 Радиоактивный | 242,07343 ± 0,00043 | Нет данных | 800 us | SF ≈100%α ? | |
| 241 Радиоактивный | 241,07421 ± 0,00032 | Нет данных | 730 us | SF =?α<14% β+<12% | |
| 258 Радиоактивный | 258,09708 ± 0,00022 | Нет данных | 370 us | SF ≈100%α ? | |
| 243 Радиоактивный | 243,07446 ± 0,00023 | Нет данных | 231 мс | α =91±0.3%SF =9±0.3%β+ ? | |
| 256 Радиоактивный | 256,0917745 ± 0,0000078 | Нет данных | 157.1 минуты | SF =91.9±0.3%α =8.1±0.3% |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 167 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- UFF
- 328,6 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 36
- Pettifor
- 37
- Glawe
- 44
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 113 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 20 a.u.
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 1800,15 K |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Подробные данные о кристаллических радиусах (1)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 3 | IX | — | 124,5 |
Типы распада изотопов (46)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 241 | SF | — |
| 241 | A | 14% |
| 241 | B+ | 12% |
| 242 | SF | 100% |
| 242 | A | — |
| 243 | A | 91% |
| 243 | SF | 9% |
| 243 | B+ | — |
| 244 | SF | 97% |
| 244 | B+ | 2% |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
Not Applicable
Источники (1)
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
Not Applicable
Источники (1)
Получение
Production of this element (from raw materials or other compounds containing the element).
Because of the short half-life of all fermium isotopes, all that may have been present on the Earth during its formation has long since decayed away. Einsteinium and fermium did occur in the natural nuclear fission reactor at Oklo, but no longer exist. Fermium is produced as the result of multiple neutron captures in lighter elements, such as uranium and curium, followed by successive beta decays. The probability of such events increases with increased neutron flux, and nuclear explosions are the most powerful neutron sources on Earth. Fermium is also produced by the bombardment of lighter actinides with neutrons in nuclear reactors or accelerators. Fermium-257 is the heaviest isotope that is obtained via neutron capture, and can only be produced in nanogram quantities. The major source is the 85 MW High Flux Isotope Reactor (HFIR) at the Oak Ridge National Laboratory in Tennessee, USA. In a HFIR "campaign", tens of grams of curium are irradiated to produce heavier actinides and picogram quantities of fermium. The quantities of fermium produced in 20–200 kiloton thermonuclear explosions are believed to be of the order of milligrams, although it is mixed in with a huge quantity of debris. Forty picograms of 257Fm were recovered from 10 kilograms of debris from the 'Hutch' nuclear test in 1969. After production, fermium must be separated from debris and a host of other actinides and lanthanide fission products by solvent extraction, ion exchange, etc.). The annual reactor production of fermium-257 is in the picogram range. However, pure 255Fm (half-life 20 hours) can be easily isolated by "milking" the beta-decay daughter of pure 255Es (half-life 39.8 days).
Источники (1)
- [6] Fermium https://periodic.lanl.gov/100.shtml
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Fermium.
The element property data was retrieved from publications.
