Fermium: Het element

Het element fermium werd ontdekt in het puin van de eerste waterstofbom explosie in 1952 en vernoemd naar Enrico Fermi, een pionier in de kernfysica. De chemie wordt bepaald door de overheersende +3 oxidatietoestand, maar ook +2 oxidatietoestand komt voor. Door de kleine hoeveelheden geproduceerd fermium en de relatief korte halveringstijden zijn er geen toepassingen buiten fundamenteel wetenschappelijk onderzoek.

Plaats van het element fermium in het periodiek systeem

Fermium is een synthetisch element met symbool Fm en atoomnummer 100. Het is een lid van de actinide reeks. Het is het zwaarste element dat kan worden gevormd door neutronen beschieting van lichtere elementen, en het laatste element dat kan worden bereid in een macroscopische hoeveelheid. Er zijn 19 fermium isotopen bekend waarvan 257Fm de langst levende is met een halveringstijd van 100,5 dagen.

Algemene eigenschappen van het element fermium

Chemische eigenschappen van het element fermium

Fysische eigenschappen van het element fermium

Isotopen van fermium

Negentien isotopen en drie isomeren zijn bekend van einsteinium met atomaire gewichten van 240 tot 258. Allemaal radioactief, de meest stabiele nuclide 252Es heeft een halveringstijd van 471,7 dagen. Volgende meest stabiele isotopen zijn 254Es (halveringstijd 275,7 dagen), 255Es (39,8 dagen) en 253Es (20.47 dagen). Alle overige isotopen hebben halveringstijden korter dan 40 uur, de meeste vervallen in minder dan 30 minuten. Van de drie nucleaire isomeren is de meest stabiele 254mEs met halveringstijd van 39,3 uur.

De stabielste isotopen van fermium

Opmerking: SF (spontaneous fission) ofwel SS (snelle splijting)

Ontdekking

Fermium werd ontdekt in de fall-out van de waterstofbom proef 'Ivy Mike' (1952). Eerste onderzoek van de fall-out toonde de aanmaak van een nieuwe plutonium isotoop, 244/94Pu, die gevormd werd door absorptie van zes neutronen door een uranium-238 kern, gevolgd door tweemaal β- verval. De identificatie van 244/94Pu verschafte het inzicht dat meer neutronen geabsorbeerd konden worden door uranium kernen, om nieuwe elementen te vormen. Dat werd waargenomen in december 1952 in Berkeley. Ze ontdekten de isotoop 253Es (halveringstijd 20,5 dagen), dat is gemaakt door de vangst van 15 neutrons door uranium-238 kernen - die vervolgens zevenmaal opeenvolgend bètaverval vertoonde.

Een hoeveelheid besmette koraal uit de Enewetak atoll, waar de proeven hadden plaatsgevonden, werd overgebracht naar Radiation Laboratory in Berkeley, voor analyse. Men ontdekte de isotoop van het nieuwe element met 100 protonen (dus atoomnummer 100). Het werd geïdentificeerd als 255/100 Fermium met een halveringstijd van 20,07 uur. In het Instituut voor Natuurkunde in Stockholm produceerde men tegelijkertijd de isotoop 250Fm (halveringstijd 30 minuten) door beschieten van 238/92U met zuurstof-16 ionen, en publiceerden hun bevindingen in 1954.

Verval route van fermium-257

Er zijn 19 isotopen van fermium geregistreerd met atoommassa van 242-260, waarvan 257Fm is de langst "levende" met een halveringstijd van 100,5 dagen. 253Fm heeft een halveringstijd van 3 dagen, 251Fm - 5,3 uur, 252Fm - 25,4 uur, 254Fm - 3,2 h, 255Fm - 20,1 uur en 256Fm - 2,6 uur. Alle overblijvende halveringstijden van 30 minuten tot minder dan een milliseconde.

Isotoop 258Fm ondergaat spontane splijting met een halveringstijd van 370 microseconden. 259Fm en 260Fm zijn eveneens instabiel en ondergaan spontane splijting (halveringstijd = 1,5 s respectievelijk 4 milliseconde).

Scheiding van fermium Fm van de andere splijtingsproducten

Fermium wordt geproduceerd door het bombardement van lichtere actiniden met neutronen in een kernreactor. Fermium-257 is de zwaarste isotoop die wordt verkregen via neutron ontvangst en alleen in nanogram hoeveelheden. De belangrijkste bron is de Hoge Flux Reactor in het Oak Ridge National Laboratory in Tennessee. In een proef in het "Oak Ridge Lab ", werden tientallen grammen Curium bestraald om decigrammen californium, milligrammen berkelium en einsteinium en picogrammen fermium te produceren.

Na de productie moeten de fermium worden gescheiden van andere splijtingsproducten, meestal met behulp van ionenuitwisselings chromatografie.

Het fermium element 255Fm

Hoewel de meest stabiele isotoop fermium 257Fm is, met een halveringstijd van 100,5 dagen, worden de meeste studies uitgevoerd op 255Fm (halveringstijd 20.07 uur) aangezien dit isotoop gemakkelijker gescheiden kan worden van de andere splijtingsproducten.

Synthese in kernexplosies

De analyse van het puin van de 10-megaton 'Ivy Mike' kernproef. Een van de doelen was het bestuderen van de productie van transuranen (elementen zwaarder dan uranium) in nucleaire explosies. De motivatie voor deze experimenten was dat de synthese van zeer zware elementen grote neutronenvangst vereiste. Zulke reacties nemen toe met de neutronen dichtheid en kernexplosies zijn de krachtigste neutronen bronnen. Een tijdelijke laboratorium werd opgezet op de Enewetak Atoll omdat ter plaatse analyseren noodzakelijk was wegens het snelle verval van sommige isotopen. In het laboratorium werden monsters aangeleverd voor analyse, die verzameld werden met papieren filters aan vliegtuigen die direct na de test over het atoll vlogen.

Natuurlijk voorkomen

Meest fermium geproduceerd op aarde is in wetenschappelijke laboratoria geproduceerd, in high-power kernreactoren, of door kernwapenproeven en ze bestaan slechts enkele maanden.

Chemie

De chemie van fermium is alleen onderzocht in oplossing met behulp van tracer technieken. Onder normale omstandigheden, bestaat fermium in oplossingen aks Fm3 + ionen. FM3 + vormt complexen met een grote verscheidenheid van organische moleculen. Het vormt ook complexen met anionische liganden zoals chloride of nitraat.

Toxiciteit

Weinig mensen komen in contact met fermium. Door de Internationale Commissie voor Stralingsbeschermingslimieten voor fermium-253, werd bij inname gesteld op 107 becquerel en voor inademen op 105 Bq; Voor fermium-257 geldt respectievelijk 105 Bq en 4000 Bq.