Фермий (Fm)

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.