Фермий (Fm)

Фермий не встречается в природе в земной коре. Впервые он был идентифицирован в декабре 1952 года американскими учеными из Национальной лаборатории Аргонн недалеко от Чикаго, Иллинойс, Национальной лаборатории Лос-Аламос в Лос-Аламосе, Нью-Мексико, и Лаборатории Калифорнийского университета в Беркли, Калифорния, в обломках термоядерного оружия (Fig. 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 тяжелым элементом, который может образовываться при нейтронной бомбардировке более легких элементов, и, таким образом, самым тяжелым элементом, который может быть синтезирован в макроскопических количествах [632], [633].

Фермий представляет интерес для исследований в области физики частиц, но не имеет коммерческого применения. 253Fm был одним из продуктов распада, использованных для подтверждения синтеза коперниция в эксперименте на ускорителе частиц [634].

Фермий — самый тяжелый синтетический элемент, который может образовываться при нейтронной бомбардировке более легких элементов, и, следовательно, самый тяжелый элемент, который может быть получен в макроскопических количествах. Химические свойства фермия изучались исключительно с использованием следовых количеств, и для этого требуются инновационные экспериментальные методы. Металлический фермий не был получен, однако были проведены измерения на сплавах фермия с редкоземельными металлами и сделан ряд предсказаний. Было установлено, что металлический фермий предпочитает двухвалентное состояние, но при умеренном сжатии может переходить в трехвалентное 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: преобладает состояние окисления +3, но также имеется тенденция к доступному состоянию +2. В твердом состоянии чистые соединения фермия не были получены, однако Fm(III) изучался методами со-кристаллизации 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+, который имеет число гидратации 16.9 и константу кислотной диссоциации 1.6 × 10-4 (pKa = 3.8). Fm3+ образует комплексы с широким спектром органических лигандов с жесткими донорными атомами, такими как кислород, и эти комплексы обычно более устойчивы, чем комплексы более легких актиноидов. Он также образует комплексы с лигандами, такими как хлорид или нитрат, и, опять же, эти комплексы, по-видимому, более устойчивы, чем образуемые эйнштейнием или калифорнием. Связь у более тяжелых актиноидов в основном имеет ионный характер, а ионный радиус иона Fm3+ меньше, чем у предшествующих ионов An3+, вследствие актинидного сжатия. Это является результатом более высокого эффективного заряда ядра фермия, и, таким образом, фермий образует более короткие и более прочные связи металл–лиганд. У более тяжелых актиноидов наблюдается возрастающая тенденция к образованию двухвалентного иона, которая проявляется у эйнштейния. Fm3+ может быть легко восстановлен до стабильного Fm2+ с использованием умеренно сильных восстановителей, таких как хлорид самария(II). В водных средах редокс-пара Fm(III)/Fm(III) была исследована с помощью радиоэлектрохимии и других методов. Было оценено, что электродные потенциалы сопоставимы с потенциалом редокс-пары иттербия. Редокс-потенциалы для различных пар фермия были измерены и/или оценены разными авторами: Fm3+ → Fm2+ (- 1.15 V); Fm2+ → Fm0 (-2.37 V), все относительно стандартного водородного электрода.

Фермий был открыт в 1952 году группой учёных под руководством Альберта Гиорсо при изучении радиоактивных обломков, образовавшихся при взрыве первой водородной бомбы. Обнаруженный ими изотоп, фермий-255, имеет период полураспада около 20 часов и был получен путём соединения 17 нейтронов с ураном-238, который затем претерпел восемь β-распадов. В настоящее время фермий получают посредством длительной цепи 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 посредством α-распада или распадается путём спонтанного деления.

Фермий, элемент 100, является восьмым трансурановым элементом актиноидного ряда и назван в честь итальянского физика и нобелевского лауреата Энрико Ферми. Элемент 100 впервые был обнаружен в 1952 году в радиоактивных 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 в беспилотных самолётах, пролетавших через зону выпадений. Они установили, что он мог образоваться только в результате неожиданного захвата шести нейтронов ураном-238 с последующими последовательными β-распадами. В то время поглощение нейтронов тяжёлым ядром считалось редким процессом, однако идентификация Pu-244 породила возможность того, что ядра урана могли поглотить ещё больше нейтронов, приводя к появлению дополнительных новых элементов.

Элемент 99, эйнштейний, почти сразу же был обнаружен на других фильтровальных бумагах Альбертом Гиорсо и сотрудниками в Лаборатории Лоуренса в Беркли в сотрудничестве с Аргоннской и Лос-Аламосской национальными лабораториями, что показало, что U-238 захватил 15 нейтронов! Последующее открытие фермия потребовало большего количества материала, поскольку выход элемента 100 ожидался по крайней мере на порядок ниже, чем у эйнштейния. Поэтому загрязнённые кораллы из эпицентра на атолле Эниветок были отправлены 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 была β-распадная дочерняя активность изотопа эйнштейния, и она должна была быть изотопом элемента 100. Она была идентифицирована как 255Fm (период полураспада 20,07 часа). Открытие новых элементов и новые данные о захвате нейтронов оставались засекреченными по распоряжению вооружённых сил США до 1955 года из-за напряжённости холодной войны. Позднее группа в Беркли смогла приготовить элементы 99 и 100 в лаборатории путём нейтронной бомбардировки Pu-239 в циклотроне. Они опубликовали эту работу в 1954 году, с оговоркой, что это не были первые исследования, проведённые для этого элемента. Исследования Ivy Mike позднее были 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 был в целом признан, а вместе с ним и право назвать новый элемент в честь недавно умершего Энрико Ферми, создателя первого искусственного самоподдерживающегося ядерного реактора.