Fermium ist ein synthetisches Element mit dem Symbol Davon. Es ist das 100. Element im Periodensystem und einem Mitglied der actinide Reihe. Es ist das schwerste Element, das durch die Neutronbeschießung von leichteren Elementen, und folglich dem letzten Element gebildet werden kann, das in makroskopischen Mengen bereit sein kann, obwohl Fermium-Metall noch nicht bereit gewesen ist. Insgesamt 19 Isotope, sind mit Davon bekannt, das am längsten gelebte mit einer Halbwertzeit von 100.5 Tagen zu sein.

Es wurde im Schutt der ersten Wasserstoffbombe-Explosion 1952 entdeckt, und nach dem Hofdichter von Nobel Enrico Fermi, einem der Pioniere der Kernphysik genannt. Seine Chemie ist für den späten actinides, mit einem Überwiegen des +3 Oxydationsstaates sondern auch eines zugänglichen +2 Oxydationsstaates typisch. Infolge der kleinen Beträge des erzeugten Fermiums und seiner kurzen Halbwertzeit gibt es zurzeit keinen Gebrauch dafür außerhalb der grundlegenden wissenschaftlichen Forschung. Wie alle synthetischen Elemente sind Isotope des Fermiums äußerst radioaktiv und werden hoch toxisch betrachtet.

Entdeckung

Fermium wurde zuerst im radioaktiven Niederschlag von der 'Ivy Mike' Kerntest (am 1. November 1952), der erste erfolgreiche Test einer Wasserstoffbombe entdeckt. Die anfängliche Überprüfung des Schuttes von der Explosion hatte die Produktion eines neuen Isotops von Plutonium gezeigt: Das könnte nur durch die Absorption von sechs Neutronen durch ein Uran 238 von zwei β-Zerfall gefolgten Kern gebildet haben. Zurzeit, wie man dachte, war die Absorption von Neutronen durch einen schweren Kern ein seltener Prozess, aber die Identifizierung von erhobenen die Möglichkeit, dass noch mehr Neutronen von den Uran-Kernen gefesselt gewesen sein könnten, zu neuen Elementen führend.

Element 99 (Einsteinium) wurde auf Filterpapieren schnell entdeckt, die durch die Wolke von der Explosion geweht worden waren (dasselbe Stichprobenverfahren, das verwendet worden war, um zu entdecken). Es wurde dann im Dezember 1952 von Albert Ghiorso und Mitarbeitern an der Universität Kaliforniens an Berkeley identifiziert. Sie haben das Isotop Es entdeckt (Halbwertzeit 20.5 Tage), der durch die Festnahme von 15 Neutronen durch Uran 238 Kerne gemacht wurde - der dann sieben aufeinander folgenden Beta-Zerfall erlebt hat:

Einige U Atome konnten jedoch einen anderen Betrag von Neutronen (am wahrscheinlichsten, 16 oder 17) gewinnen.

Die Entdeckung des Fermiums (Z = 100) hat mehr Material verlangt, weil, wie man erwartete, der Ertrag mindestens eine Größenordnung tiefer war als dieses des Elements 99, und so verseuchte Koralle vom Atoll Enewetak (wo der Test stattgefunden hatte), wurde zur Universität des Strahlenlaboratoriums von Kalifornien in Berkeley, Kalifornien, für die Verarbeitung und Analyse verladen. Ungefähr zwei Monate nach dem Test wurde ein neuer Bestandteil isoliert, energiereichen α-particles (7.1 MeV) mit einer Halbwertzeit ungefähr eines Tages ausstrahlend. Mit solch einer kurzen Halbwertzeit konnte es nur aus dem β Zerfall eines Isotops des Einsteiniums entstehen, und musste so ein Isotop des neuen Elements 100 sein: Es wurde als Von (t = 20.07 (7) Stunden) schnell identifiziert.

Die Entdeckung der neuen Elemente und der neuen Daten auf der Neutronfestnahme, wurde heimlich auf den Ordnungen des amerikanischen Militärs bis 1955 wegen Spannungen des Kalten Kriegs am Anfang behalten. Dennoch sind die Mannschaften von Berkeley im Stande gewesen, Elemente 99 und 100 durch Zivilmittel, durch die Neutronbeschießung von Plutonium 239 vorzubereiten, und haben diese Arbeit 1954 mit der Verzichterklärung veröffentlicht, dass es nicht die ersten Studien waren, die auf den Elementen ausgeführt worden waren. Die Studien 'von Ivy Mike' wurden freigegeben und 1955 veröffentlicht.

Die Mannschaft von Berkeley war beunruhigt worden, dass eine andere Gruppe leichtere Isotope des Elements 100 durch Ion-Beschießungstechniken entdecken könnte, bevor sie ihre klassifizierte Forschung veröffentlichen konnten, und sich das erwiesen hat der Fall zu sein. Eine Gruppe am Institut von Nobel für die Physik in Stockholm hat unabhängig das Element entdeckt, ein Isotop erzeugend, das später bestätigt ist, um Von (t = 30 Minuten) zu sein, indem es ein Ziel mit Sauerstoff 16 Ionen bombardiert, und hat ihre Arbeit im Mai 1954 veröffentlicht. Dennoch wurde der Vorrang der Mannschaft von Berkeley allgemein, und damit das Vorrecht anerkannt, um das neue Element zu Ehren von kürzlich Verstorbener Enrico Fermi, der Entwickler des ersten künstlichen selbstanhaltenden Kernreaktoren zu nennen.

Isotope

Es gibt 19 Isotope des Fermiums verzeichnet N 2003, mit Atomgewichten 242 bis 260, von denen Davon das am längsten gelebte mit einer Halbwertzeit von 100.5 Tagen ist. Davon hat eine Halbwertzeit von 3 Tagen, während Von 5.3 h, Von 25.4 h, Von 3.2 h, Von 20.1 h, und Von 2.6 Stunden. Alle restlichen haben Halbwertzeiten im Intervall von 30 Minuten zu weniger als einer Millisekunde.

Das Neutronfestnahme-Produkt des Fermiums 257, Davon, erlebt spontane Spaltung mit einer Halbwertzeit gerade 370 (14) Mikrosekunden; von und Von sind auch in Bezug auf die spontane Spaltung (t = 1.5 (3) s und 4 Millisekunden beziehungsweise) nicht stabil. Das bedeutet, dass Neutronfestnahme nicht verwendet werden kann, um nuclides mit einer Massenzahl zu schaffen, die größer ist als 257, wenn nicht ausgeführt, in einer Kernexplosion. Als Davon ist ein α-emitter, zu Vgl verfallend, Fermium ist auch das letzte Element, das durch einen Neutronfestnahme-Prozess bereit sein kann.

Produktion

Fermium wird durch die Beschießung leichter actinides mit Neutronen in einem Kernreaktoren erzeugt. Fermium 257 ist das schwerste Isotop, das über die Neutronfestnahme erhalten wird, und nur in Nanogramm-Mengen erzeugt werden kann. Die Hauptquelle ist 85 MW High Flux Isotope Reactor (HFIR) am Eiche-Kamm Nationales Laboratorium in Tennessee, den USA, die der Produktion von transcurium (Z> 96) Elemente gewidmet werden. In einer "typischen in einer Prozession gehenden Kampagne" am Eiche-Kamm werden Zehnen von Grammen von curium bestrahlt, um decigram Mengen des Kaliforniums, Milligramm-Mengen des Berkeliums und Einsteiniums und picogram Mengen des Fermiums zu erzeugen. Jedoch können Nanogramm und Mikrogramm-Mengen des Fermiums zu spezifischen Experimenten bereit sein. Wie man glaubt, sind die Mengen des in 20-200 kiloton thermonuklearen Explosionen erzeugten Fermiums der Ordnung von Milligrammen, obwohl es in mit einer riesigen Menge des Schuttes gemischt wird; 40 picograms Davon wurden von 10 Kilogrammen des Schuttes vom 'Kaninchenstall'-Test (am 16. Juli 1969) wieder erlangt.

Nach der Produktion muss das Fermium von anderem actinides und von lanthanoid Spaltungsprodukten getrennt werden. Das wird gewöhnlich durch die Ion-Austauschchromatographie, mit dem Standardprozess mit einem Kationenaustauscher wie Dowex 50 oder T eluted mit einer Lösung von Ammonium α-hydroxyisobutyrate erreicht. Kleinere cations bilden stabilere Komplexe mit dem α-hydroxyisobutyrate Anion, und sind so bevorzugt eluted aus der Säule. Eine schnelle Bruchkristallisierungsmethode ist auch beschrieben worden.

Obwohl das stabilste Isotop des Fermiums Von mit einer Halbwertzeit von 100.5 Tagen ist, werden die meisten Studien auf Davon geführt (t = 20.07 (7) Stunden), weil dieses Isotop so erforderlich leicht isoliert werden kann wie das Zerfall-Produkt von Es (t = 39.8 (12) Tage).

Synthese in Kernexplosionen

Die Analyse des Schuttes an den 10 Megatonnen Ivy Mike Kerntest war ein Teil des langfristigen Projektes, eine der Absichten, von denen die Leistungsfähigkeit der Produktion von transuranium Elementen in Hochleistungskernexplosionen studierte. Die Motivation für diese Experimente war wie folgt: Die Synthese solcher Elemente von Uran verlangt vielfache Neutronfestnahme. Die Wahrscheinlichkeit solcher Ereignis-Zunahmen mit dem Neutronfluss und Kernexplosionen sind die mächtigsten Neutronquellen, Dichten der Neutronen/Cm des Auftrags 10 ² innerhalb einer Mikrosekunde, d. h. ungefähr 10 Neutronen / zur Verfügung stellend (cm² · s). Im Vergleich ist der Fluss des HFIR Reaktors 5 Neutronen / (cm² · s). Ein hingebungsvolles Laboratorium wurde direkt am Atoll Enewetak für die einleitende Analyse des Schuttes aufgestellt, weil einige Isotope verfallen sein könnten, als die Schutt-Proben die Vereinigten Staaten erreicht haben. Das Laboratorium erhielt Proben für die Analyse so bald wie möglich von Flugzeugen, die mit Papierfiltern ausgestattet sind, die über das Atoll nach den Tests geflogen sind. Wohingegen es gehofft wurde, um neue chemische Elemente zu entdecken, die schwerer sind als Fermium, wurden diejenigen nach einer Reihe von Megatonne-Explosionen nicht gefunden, die zwischen 1954 und 1956 am Atoll geführt sind.

Die atmosphärischen Ergebnisse wurden durch die unterirdischen Testdaten angesammelt in den 1960er Jahren an der Testseite von Nevada ergänzt, weil es gehofft wurde, dass starke im beschränkten Raum geführte Explosionen auf verbesserte Erträge und schwerere Isotope hinauslaufen könnten. Abgesondert von traditionellen Uran-Anklagen sind Kombinationen von Uran mit Americium und Thorium, sowie eine Mischanklage des Plutonium-Neptuniums versucht worden. Sie waren in Bezug auf den Ertrag weniger erfolgreich, der stärkeren Verlusten von schweren Isotopen wegen erhöhter Spaltungsraten in Anklagen des schweren Elements zugeschrieben wurde. Wie man fand, war die Isolierung der Produkte ziemlich problematisch, weil die Explosionen Schutt durch das Schmelzen und Verdunsten von Felsen unter der großen Tiefe von 300-600 Metern ausbreiteten, und das Bohren zu solcher Tiefe, um die Produkte herauszuziehen, sowohl langsam als auch in Bezug auf gesammelte Volumina ineffizient war.

Unter den neun unterirdischen Tests, die zwischen 1962 und 1969 und codenamed Anacostia (5.2 kilotons, 1962), Kennebec getragen wurden (war der letzte am stärksten und hatte den höchsten Ertrag von transuranium Elementen. In der Abhängigkeit von der Atommassenzahl hat der Ertrag ein Sägezahnverhalten mit den niedrigeren Werten für sonderbare Isotope wegen ihrer höheren Spaltungsraten gezeigt. Das praktische Hauptproblem des kompletten Vorschlags sammelte jedoch den radioaktiven durch die starke Druckwelle verstreuten Schutt. Flugzeugsfilter haben nur ungefähr 4 der Summe adsorbiert, und die Sammlung von Tonnen von Korallen am Atoll Enewetak hat diesen Bruchteil um nur zwei Größenordnungen vergrößert. Die Förderung von ungefähr 500 Kilogrammen von unterirdischen Felsen 60 Tage nach der Kaninchenstall-Explosion hat nur ungefähr 10 der Gesamtanklage wieder erlangt. Der Betrag von transuranium Elementen in dieser 500-Kg-Gruppe war nur 30mal höher als in einem 0.4-Kg-Felsen aufgenommen 7 Tage nach dem Test. Diese Beobachtung hat die hoch nichtlineare Abhängigkeit des transuranium Element-Ertrags auf dem Betrag des wiederbekommenen radioaktiven Felsens demonstriert. Um Beispielsammlung zu beschleunigen, nachdem Explosion, Wellen an der Seite nicht danach, aber vor dem Test gebohrt wurden, so dass Explosion radioaktives Material vom Epizentrum durch die Wellen zu sich versammelnden Volumina in der Nähe von der Oberfläche vertreiben würde. Diese Methode wurde in den Tests von Anacostia und Kennebec versucht und sofort Hunderte Kilogramme des Materials, aber mit der actinide Konzentration 3mal tiefer zur Verfügung gestellt als in nach dem Bohren erhaltenen Proben; wohingegen solche Methode in wissenschaftlichen Studien von kurzlebigen Isotopen effizient gewesen sein könnte, konnte sie nicht die gesamte Sammlungsleistungsfähigkeit des erzeugten actinides verbessern.

Obwohl keine neuen Elemente (abgesondert vom Einsteinium und Fermium) im Kerntestschutt entdeckt werden konnten, und die Gesamterträge von transuranium Elementen enttäuschend niedrig waren, haben diese Tests wirklich bedeutsam höhere Beträge von seltenen schweren Isotopen zur Verfügung gestellt als vorher verfügbar in Laboratorien. So konnten 6 Atome Davon nach der Kaninchenstall-Detonation wieder erlangt werden. Sie wurden dann in den Studien der veranlassten Spaltung des Thermalneutrons Von und in der Entdeckung eines neuen Fermium-Isotops Davon verwendet. Auch das seltene Cm-Isotop wurde in großen Mengen synthetisiert, der sehr schwierig ist, in Kernreaktoren von seinem Ahn-Cm zu erzeugen - ist die Halbwertzeit des Cm (64 Minuten) für monatslange Reaktorausstrahlen viel zu kurz, aber ist auf der Explosionszeitskala "sehr lang".

Natürliches Ereignis

Wegen der kurzen Halbwertzeit aller Isotope des Fermiums ist das ganze primordiale Fermium, das Fermium ist, das vielleicht auf der Erde während seiner Bildung da sein konnte, inzwischen verfallen. Synthese des Fermiums davon natürlich vorzukommen verlangen actinides Uran und Thorium in der Erdkruste vielfache Neutronfestnahme, die ein sehr unwahrscheinliches Ereignis ist. Deshalb wird der grösste Teil des Fermiums auf der Erde in wissenschaftlichen Laboratorien, Hochleistungskernreaktoren, oder in Kernwaffentests erzeugt, und ist nur innerhalb von ein paar Jahren von der Zeit der Synthese da. Einsteinium und Fermium sind wirklich natürlich im natürlichen Atomspaltungsreaktor an Oklo vorgekommen, aber haben nicht mehr so getan.

Chemie

Die Chemie des Fermiums ist nur in der Lösung mit Leuchtspurgeschoss-Techniken studiert worden, und keine festen Zusammensetzungen sind bereit gewesen. Unter üblichen Zuständen besteht Fermium in der Lösung als vom Ion, das eine Hydratationszahl 16.9 und eine saure Trennung hat, die 1.6 unveränderlich ist (pK = 3. 8). Fermium (3 +) Form-Komplexe mit einem großen Angebot an organischem ligands mit harten Spender-Atomen wie Sauerstoff und diese Komplexe ist gewöhnlich stabiler als diejenigen des Vorangehens actinides. Es bildet auch anionic Komplexe mit ligands wie Chlorid oder Nitrat und wieder, diese Komplexe scheinen, stabiler zu sein, als diejenigen, die durch das Einsteinium oder Kalifornium gebildet sind. Es wird geglaubt, dass das Abbinden in den Komplexen später actinides im Charakter größtenteils ionisch ist: Vom Ion wird erwartet, kleiner zu sein, als das Vorangehen Ionen wegen der höheren wirksamen Kernanklage des Fermiums, und folglich, wie man erwarten würde, formte sich Fermium kürzer und stärkere Metall-Ligand-Obligationen.

Fermium (III) kann auf das Fermium (II), zum Beispiel mit dem Samarium (II) Chlorid, mit der Fermium coprecipitates ziemlich leicht reduziert werden. Wie man geschätzt hat, ist das Elektrode-Potenzial diesem des Ytterbiums (III) / (II) Paar oder ungefähr 1.15 V in Bezug auf die Standardwasserstoffelektrode, ein Wert ähnlich gewesen, der mit theoretischen Berechnungen übereinstimmt. Von/von dem Paar hat ein Elektrode-Potenzial 2.37 (10) V gestützt auf polarographic Maßen.

Giftigkeit

Obwohl wenige Menschen mit dem Fermium in Berührung kommen, hat die Internationale Kommission auf dem Radiologischen Schutz jährliche Aussetzungsgrenzen für die zwei stabilsten Isotope festgelegt. Für das Fermium 253 wurde die Nahrungsaufnahme-Grenze an 10 Becquerels festgelegt (1 Bq ist zu einem Zerfall pro Sekunde gleichwertig), und die Einatmungsgrenze an 10 Bq; für das Fermium 257, an 10 Bq und 4000 Bq beziehungsweise.

Zeichen und Verweisungen

Referenzen

Literatur

• Robert J. Silva: Fermium, Mendelevium, Nobelium und Lawrencium, in: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg).: Die Chemie des Actinides und Transactinide Elements, Springers, Dordrecht 2006; internationale Standardbuchnummer 1-4020-3555-1, p. 1621-1651;.
• Seaborg, G.T. (Hrsg.). (1978) Verhandlungen des Symposiums, das des 25. Jahrestages von Elementen 99 und 100, am 23. Januar 1978, Bericht LBL-7701 Gedenkt
• Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 71, Transurane: Teil 1 II, p. 19-20; Teil 2, p. 47; Teil B 1, p. 84.