Fermijum (Fm, lat. fermium) hemijski je element iz grupe aktinoida sa atomskim brojem 100.[4][5] To je u potpunosti veštački dobijeni element koji ne postoji u prirodi. U periodnom sistemu nalazi se u grupi aktinoida (7. perioda, f-blok) te se ubraja u transuranijske elemente. Fermijum je radioaktivni metal, ali koji zbog vrlo malih dostupnih količina do danas se zvanično ne smatra metalom. Otkriven je nakon testa američke hidrogenske bombe 1952. godine. Ime je dobio po fizičaru Enriku Fermiju, mada Fermi nije učestvovao u otkriću elementa niti ga je istraživao.

Fermijum
Opšta svojstva
Ime, simbolfermijum, Fm
U periodnom sistemu
Vodonik Helijum
Litijum Berilijum Bor Ugljenik Azot Kiseonik Fluor Neon
Natrijum Magnezijum Aluminijum Silicijum Fosfor Sumpor Hlor Argon
Kalijum Kalcijum Skandijum Titanijum Vanadijum Hrom Mangan Gvožđe Kobalt Nikl Bakar Cink Galijum Germanijum Arsen Selen Brom Kripton
Rubidijum Stroncijum Itrijum Cirkonijum Niobijum Molibden Tehnecijum Rutenijum Rodijum Paladijum Srebro Kadmijum Indijum Kalaj Antimon Telur Jod Ksenon
Cezijum Barijum Lantan Cerijum Prazeodijum Neodijum Prometijum Samarijum Evropijum Gadolinijum Terbijum Disprozijum Holmijum Erbijum Tulijum Iterbijum Lutecijum Hafnijum Tantal Volfram Renijum Osmijum Iridijum Platina Zlato Živa Talijum Olovo Bizmut Polonijum Astat Radon
Francijum Radijum Aktinijum Torijum Protaktinijum Uranijum Neptunijum Plutonijum Americijum Kirijum Berklijum Kalifornijum Ajnštajnijum Fermijum Mendeljevijum Nobelijum Lorencijum Raderfordijum Dubnijum Siborgijum Borijum Hasijum Majtnerijum Darmštatijum Rendgenijum Kopernicijum Nihonijum Flerovijum Moskovijum Livermorijum Tenesin Oganeson
Er

Fm

(Upq)
ajnštajnijumfermijummendeljevijum
Atomski broj (Z)100
Grupa, periodagrupa N/D, perioda 7
Blokf-blok
Kategorija  aktinoid
Rel. at. masa (Ar)257,0951061(69)[1]
Maseni broj257 (najstabilniji izotop)
El. konfiguracija
po ljuskama
2, 8, 18, 32, 30, 8, 2
Fizička svojstva
Agregatno stanječvrsto (predviđeno)
Tačka topljenja1800 K ​(1527 °‍C, ​2781 °F) (predviđeno)
Gustina pri s.t.9,7(1) g/cm3 (predviđeno)[2]
Atomska svojstva
Elektronegativnost1,3
Energije jonizacije1: 629 kJ/mol [3]
Ostalo
Kristalna strukturapostraničnocentr. kubična (FCC)
Postraničnocentr. kubična (FCC) kristalna struktura za fermijum

(predviđeno)[2]
CAS broj7440-72-4
Istorija
Imenovanjepo Enrikou Fermiju
OtkrićeNacionalna laboratorija Lorens Berkli (1952)
Glavni izotopi
izotop rasp. pž. (t1/2) TR PR
252Fm syn 25,39 h SF
α 248Cf
253Fm syn 3 d ε 253Es
α 249Cf
255Fm syn 20,07 h SF
α 251Cf
257Fm syn 100,5 d α 253Cf
SF
referenceVikipodaci

Istorija uredi

 
Alberto Goirso

Fermijum je zajedno sa ajnštajnijumom otkriven nakon testa prve američke hidrogenske bombe Ajvi Majk 1. novembra 1952. na atolu Enivetok. Prvi uzroci pronađeni su na filter-papiru, koji bio stavljen na uređaje aviona pri njegovom prolasku kroz nastali oblak nakon eksplozije. Tek kasnije izolovane su veće količine elementa iz korala. Zbog uzdržanosti i tajnovitosti tadašnjih vojnih struktura u SAD, rezultati i otkriće nisu odmah objavljeni.[6]

Prva ispitivanja uzoraka nastalih eksplozijom pokazala su nastanak novog izotopa plutonijuma 244Pu, koji je mogao nastati kada je jezgro uranijuma-238 primilo šest neutrona, te se raspalo u dva uzastopna β-raspada.

 

Danas je pretpostavlja da je vrlo retka mogućnost da teška atomska jezgra apsorbuju neutrone. Procesom identifikacije izotopa 244Pu došlo se do zaključka da jezgra uranijuma mogu primiti veći broj neutrona, što dovodi do nastanka novih elemenata.[6]

Nastanak novog elementa desio se zbog kontinuiranog zahvata neutrona: u trenutku detonacije bombe gustina protoka neutrona bila tako velika, da se većina nastalih radioaktivnih jezgara atoma nije uspela raspasti pre sledećeg primanja novog neutrona. Pri tako velikom toku neutrona takođe raste i maseni broj, a istovremeno je moguće da se atomski broj jezgra ne menja. Tek nakon toga nastali nestabilni nuklidi raspadaju se do stabilnih preko mnogobrojnih β-raspada uz visok atomski broj:

 

Otkriće elementa fermijuma (Z = 100) zahtevalo je mnogo materijala, tako da se smatra, da bi prinos trebao biti niži od prinosa elementa 99 najmanje za jedan red veličine. Zbog toga, kontaminirani korali sa atola Enivetok (gde je izvršen test bombe) preneseni su u Radijacijsku laboratoriju Univerziteta Kalifornije u Berkliju (Kalifornija), radi prerade i analize. Odvajanje rastvorenih jona aktinoida vršeno je u prisustvu pufera limunske kiseline i amonijum citrata u slabo kiselom mediju (pH ≈ 3,5) sa jonskim izmenjivačima pri povišenoj temperaturi. Tek dva meseca kasnije izolovana je nova komponenta. Bio je to visokoenergetski α-emiter (7,1 MeV) sa vremenom poluraspada od oko jednog dana. Sa tako kratkim vremenom raspada moglo se možda raditi samo od nekom izotopu ajnštajnijuma koji nastaje β-raspadom, te su pretpostavili da se radi o izotopu elementa 100. Vrlo brzo on je identificiran kao izotop 255Fm (t½ = 20,07 sati).[6]

U septembru 1953. nije bilo poznato kada će naučni timovi iz Berklija, Argona a Los Alamosa moći da objave svoja otkrića. Odlučeno je da se novi elementi pokušaju sintetisati pomoću eksperimenata bombardovanja teških atomskih jezgara lakšim; istovremeno osiguravajući da takvi rezultati neće potpadati pod vojnu tajnu kao raniji pa bi se mogli nesmetano objaviti.[6] Vrlo brzo je napravljen izotop ajnštajnijuma u Radijacijskoj laboratoriju Univerziteta Kalifornije putem bombardiranja uranijuma (238U) sa azotom (14N). Tada je zapaženo da radi o elementu čije je istraživanje i dalje stajalo pod vojnom tajnom.[7][6] Izotopi oba novootkrivena elementa nastali su zračenjem izotopa plutonijuma 239Pu, a rezultati su objavljeni u pet publikacija objavljivanih zaredom u kratkim razmacima.[8][9][10][11][12] U posljednjim reakcijama počev od kalifornijuma nastali su:

 

Tim u Berkeliju bio je zabrinut da bi neko drugi mogao otkriti lakše izotope elementa 100 putem bombardovanja jonima, te takvo otkriće objaviti pre nego što bi se sa njihovih istraživanja mogla „skinuti” oznaka vojne tajne.[6] Krajem 1953. i početkom 1954. radna grupa Nobelovog instituta za fiziku u Stokholmu vršila je eksperimente bombardovanja uranijumovih jezgara jezgrima atoma kiseonika, čime je nastao izotop elementa 100 sa masenim brojem 205 (250Fm).[13] Nesumnjiv dokaz o nastanku novog elementa dobijen je zbog karakteristične energije α-čestica nastalih raspadom.

       

Ipak, tim iz Berkelija već ranije je objavio neke rezultate hemijskih osobina oba elementa.[14][15] Najzad, sa rezultata termonuklearne eksplozije je skinut status vojne tajne, te su napokon 1955. i objavljeni.[16][17] Prioritet davanju imena novom elementu generalno je priznat naučnicima iz Berkelija, jer je njihovih pet radova prethodilo švedskim istraživanjima, a zbog prethodnog držanja otkrića u tajnosti zbog vojnih propisa, ona su bila u saglasnosti sa rezultatima termonuklearne eksplozije iz 1952. godine. Oni su odlučili da daju imena po poznatim, tada već preminulim naučnicima. Vrlo brzo su došli do imena Alberta Ajnštajna i Enrika Fermija, koji su umrli neposredno pre objave:[6]Sugerišemo da novo ime elementa sa atomskim brojem 99 bude ajnštajnijum (simbol E) po Albertu Ajnštajnu, a ime za element sa atomskim brojem 100 bude fermijum (simbol Fm) po Enriku Fermiju”.[16] Čast zvaničnog objavljivanja oba novootkrivena elementa ajnštajnijuma i fermijuma pripala je Albertu Giorsu koji je to učinio na 1. ženevskoj atomskoj konferenciji održanoj od 8. do 20. avgusta 1955. godine.[6]

Kasnije, fermijum je privremeno dobio sistematsko ime unnilnilijum.[18]

Osobine uredi

 
Legura fermijuma i iterbijuma

U periodnom sistemu, fermijum sa atomskim brojem 100 nalazi se u redu aktinoida. Njegov prethodnik je ajnštajnijum, a nakon njega sledi mendeljevijum. Njegov analog u redu lantanoida je erbijum.

Fizičke uredi

Do danas ovaj metal nije dobijen u količinama dovoljnim za proučavanje. Ipak, uspelo se doći do određenih merenja njegovih legura sa lantanoidima, a osim njih postoje brojni proračuni i pretpostavke. Entalpija sublimacije povezana je direktno sa strukturom valentnih elektrona u metalu. Ona je kod fermijuma određena direktnim merenjima parcijalnog pritiska fermija preko legura Fm-Sm i Fm/Es-Yb u temperaturnom rasponu od 642 do 905 K. Dobijena je vrednost od 142(13) kJ·mol−1. Entalpija sublimacije fermijuma približna je onoj kod dvovalentnih ajnštajnijuma, europijuma i iterbijuma, te je iz toga izveden zaključak da je i fermijum dvovalentan u metalnom stanju. Uporedba radijusa i tačaka topljenja metala europijuma, iterbijuma i ajnštajnijuma dovela je do pretpostavljenih vrednosti za fermijum od 198 pikometara (atomski radijus) i 1125 K (tačka topljenja).[19]

Elektrodni potencijal bi trebao biti sličan kao kod iterbijumskog para Yb3+/Yb2+, dakle oko 1,15 V u odnosu na standardnu vodikovu elektrodu.[20], što predstavlja vrednost koja je u saglasnosti sa teoretskim proračunima.[21] Na osnovu polarografskih merenja utvrđen je elektrodni potencijal para Fm2+/Fm0 od −2,37 V.[22] Fm3+ bi se mogao relativno lako redukovati Fm2+,[23] na primer sa samarijum(II) hloridom koji bi se istaložio zajedno sa fermijumom.[24][25]

Hemijske uredi

Do danas hemijske osobine fermijuma su se mogle proučavati samo u rastvorima pomoću tehnike trejsera, a njegova čvrsta jedinjenja do danas nisu dobijena. U normalnim uslovima fermijum se u rastvorima nalazi u obliku jona Fm3+, koji ima hidracijski broj 16,9 te konstantu kiselosti 1,6 · 10−4 (pKs = 3,8).[26][27] Ovaj jon gradi komplekse brojnih organskih liganada sa donorskim atomima poput kiseonika. Ovakvi kompleksi su po pravilu stabilniji od nekih lakših aktinoida.[19] Takođe gradi anjonske komplekse sa ligandima poput hlorida i nitrata, a i ovi kompleksi bi mogli biti stabilniji od onih kod ajnštajnijuma ili kalifornijuma.[14][15] Pretpostavlja se, da su veze u kompleksima kod viših aktinoida većinom jonskog karaktera. Prema očekivanjima, jon Fm3+ je manji nego joni prethodnog elementa Es3+, zbog višeg efektivnog naboja jezgra fermijuma, te bi fermijum verovatno trebao graditi kraće i snažnije veze između liganda i metala.[19]

Izotopi uredi

Do danas je poznato 19 izotopa i tri nuklearna izomera fermijuma, i svi su radioaktivni i veoma nestabilni.[28] Njihovi maseni brojevi kreću se od 242 do 260. Izotop sa ubedljivo najdužim vremenom poluraspada je 257Fm, a koje iznosi 100,5 dana, što znači da se na Zemlji ne može naći u prirodi. Izotop 253Fm ima vreme poluraspada od 3 dana, a slede izotopi 251Fm sa 5,3 sata, 252Fm sa 25,4 sati, 254Fm sa 3,2 sata, 255Fm sa 20,1 sati i 256Fm sa 2,6 sata. Svi ostali izotopi imaju vremena poluraspada od 30 minuta do manje od jedne milisekunde.[29]

Ako se posmatra raspad najduže živućeg izotopa 257Fm, njegovim α-raspadom nastaje izotop kalifornijuma 253Cf, dok s druge strane njegovim β-raspadom, on prelazi u ajnštajnijum 253Es. Dalji tok raspada zatim vodi preko izotopa 249Bk, 249Cf, 245Cm, 243Am, 241Pu, 241Am sve do neptunijuma 237Np, koji predstavlja početak neptunijumovog niza (4 n + 1).

 
Navedena vremena predstavljaju vremena poluraspada.
 
Raspad izotopa fermijuma-257 do neptunijumovog niza.

Reference uredi

  1. ^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305. 
  2. ^ a b Fournier, Jean-Marc (1976). „Bonding and the electronic structure of the actinide metals”. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 37 (2): 235—244. Bibcode:1976JPCS...37..235F. doi:10.1016/0022-3697(76)90167-0. 
  3. ^ First Ionization Potentials of Fm, Md, No, and Lr: Verification of Filling-Up of 5f Electrons and Confirmation of the Actinide Series
  4. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  5. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  6. ^ a b v g d đ e ž Albert Ghiorso: Einsteinium and Fermium, Chemical & Engineering News, 2003.
  7. ^ Albert Ghiorso; G. Bernard Rossi; Bernard G. Harvey; Stanley G. Thompson (1954). „Reactions of U238 with Cyclotron-Produced Nitrogen Ions”. Physical Review. 93 (1): 257—257. doi:10.1103/PhysRev.93.257. 
  8. ^ S. G. Thompson; A. Ghiorso; B. G. Harvey; G. R. Choppin (1954). „Transcurium Isotopes Produced in the Neutron Irradiation of Plutonium”. Physical Review. 93 (4): 908—908. doi:10.1103/PhysRev.93.908. 
  9. ^ B. G. Harvey; S. G. Thompson; A. Ghiorso; G. R. Choppin (1954). „Further Production of Transcurium Nuclides by Neutron Irradiation”. Physical Review. 93 (5): 1129—1129. doi:10.1103/PhysRev.93.1129. 
  10. ^ M. H. Studier; P. R. Fields; H. Diamond; J. F. Mech; A. M. Friedman; P. A. Sellers; G. Pyle; C. M. Stevens; L. B. Magnusson; J. R. Huizenga (1954). „Elements 99 and 100 from Pile-Irradiated Plutonium”. Physical Review. 93 (6): 1428—1428. doi:10.1103/PhysRev.93.1428. 
  11. ^ P. R. Fields; M. H. Studier; J. F. Mech; H. Diamond; A. M. Friedman; L. B. Magnusson; J. R. Huizenga (1954). „Additional Properties of Isotopes of Elements 99 and 100”. Physical Review. 94 (1): 209—210. doi:10.1103/PhysRev.94.209. 
  12. ^ G. R. Choppin; S. G. Thompson; A. Ghiorso; B. G. Harvey (1954). „Nuclear Properties of Some Isotopes of Californium, Elements 99 and 100”. Physical Review. 94 (4): 1080—1081. doi:10.1103/PhysRev.94.1080. 
  13. ^ Hugo Atterling; Wilhelm Forsling; Lennart W. Holm; Lars Melander; Björn Åström (1954). „Element 100 Produced by Means of Cyclotron-Accelerated Oxygen Ions”. Physical Review. 95 (2): 585—586. doi:10.1103/PhysRev.95.585.2. 
  14. ^ a b G. T. Seaborg, S. G. Thompson, B. G. Harvey, G. R. Choppin: Chemical Properties of Elements 99 and 100; sažetak; mašinoskript (23. juli 1954), Radijacijska laboratorija, Univerzitet Kalifornije, Berkeley, UCRL-2591 (Rev.) (PDF).
  15. ^ a b S. G. Thompson; B. G. Harvey; G. R. Choppin; G. T. Seaborg (1954). „Chemical Properties of Elements 99 and 100”. J. Am. Chem. Soc. 76 (24): 6229—6236. doi:10.1021/ja01653a004. 
  16. ^ a b A. Ghiorso; S. G. Thompson; G. H. Higgins (1955). G. T. Seaborg (Radiation Laboratory and Department of Chemistry, University of California, Berkeley, California), M. H. Studier, P. R. Fields, S. M. Fried, H. Diamond, J. F. Mech, G. L. Pyle, J. R. Huizenga, A. Hirsch, W. M. Manning (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois), C. I. Browne, H. L. Smith, R. W. Spence (Los Alamos Scientific Laboratory, Los Alamos, New Mexico). „New Elements Einsteinium and Fermium, Atomic Numbers 99 and 100”. Physical Review. 99 (3): 1048—1049. doi:10.1103/PhysRev.99.1048.  (9. juni 1955), Lawrence Berkeley National Laboratory. Paper UCRL-3036.
  17. ^ P. R. Fields; M. H. Studier; H. Diamond; J. F. Mech; M. G. Inghram; G. L. Pyle; C. M. Stevens; S. Fried; W. M. Manning (1956). (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois); A. Ghiorso, S. G. Thompson, G. H. Higgins, G. T. Seaborg (University of California, Berkeley, California). „Transplutonium Elements in Thermonuclear Test Debris”. Physical Review. 102 (1): 180—182. doi:10.1103/PhysRev.102.180. 
  18. ^ David R. Lide (2004). CRC Handbook of Chemistry and Physics (85 izd.). CRC Press. str. sek. 4, 4—10. ISBN 978-0-8493-0485-9. , u 90. izdanju ovaj dio je izostavljen (str. 4-12 do 4-13).
  19. ^ a b v Robert J. Silva (2006). „Fermium, Mendelevium, Nobelium, and Lawrencium”. Ur.: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Dordrecht: Springer. str. 1621–1651. ISBN 1-4020-3555-1. 
  20. ^ N. B. Mikheev; V. I. Spitsyn; A. N. Kamenskaya; N. A. Konovalova; I. A. Rumer; L. N. Auerman; A. M. Podorozhnyi (1977). „Determination of oxidation potential of the pair Fm2+/Fm3+”. Inorg. Nucl. Chem. Lett. 13 (12): 651—656. doi:10.1016/0020-1650(77)80074-3. 
  21. ^ L. J. Nugent (1975). „Lanthanide and Actinides”. MTP Int. Rev. Sci.: Inorg. Chem., Ser. One. 7: 195—219. 
  22. ^ K. Samhoun, F. David; R. L. Hahn; G. D. O'Kelley; J. R. Tarrant; D. E. Hobart (1979). „Electrochemical study of mendelevium in aqueous solution: No evidence for monovalent ions”. J. Inorg. Nucl. Chem. 41 (12): 1749—1754. doi:10.1016/0022-1902(79)80117-7. 
  23. ^ Jaromír Malý (1967). „The amalgamation behaviour of heavy elements 1. Observation of anomalous preference in formation of amalgams of californium, einsteinium, and fermium”. Inorg. Nucl. Chem. Lett. 3 (9): 373—381. doi:10.1016/0020-1650(67)80046-1. 
  24. ^ N. B. Mikheev; V. I. Spitsyn; A. N. Kamenskaya; B. A. Gvozdec; V. A. Druin; I. A. Rumer; R. A. Dyachkova; N. A. Rozenkevitch; L. N. Auerman (1972). „Reduction of fermium to divalent state in chloride aqueous ethanolic solutions”. Inorg. Nucl. Chem. Lett. 8 (11): 929—936. doi:10.1016/0020-1650(72)80202-2. 
  25. ^ E. K. Hulet; R. W. Lougheed; P. A. Baisden; J. H. Landrum; J. F. Wild; R. F. Lundqvist (1979). „Non-observance of monovalent Md”. J. Inorg. Nucl. Chem. 41 (12): 1743—1747. doi:10.1016/0022-1902(79)80116-5. 
  26. ^ Robert Lundqvist; E. K. Hulet; T. A. Baisden (1981). „Electromigration Method in Tracer Studies of Complex Chemistry. II. Hydrated Radii and Hydration Numbers of Trivalent Actinides”. Acta Chem. Scand., Ser. A. 35: 653—661. doi:10.3891/acta.chem.scand.35a-0653. 
  27. ^ H. Hussonnois, S. Hubert, L. Aubin, R. Guillaumont, G. Boussieres: Radiochem. Radioanal. Lett., 1972, 10, str. 231–238.
  28. ^ G. Pfennig, H. Klewe-Nebenius, W. Seelmann-Eggebert (izd.): Karlsruher Nuklidkarte, 7. izd., 2006.
  29. ^ G. Audi; O. Bersillon; J. Blachot; A. H. Wapstra (2003). „The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties” (PDF). Nuclear Physics A. 729: 3—128. Arhivirano iz originala (pdf) 20. 7. 2011. g. Pristupljeno 20. 4. 2017. 

Greška kod citiranja: <ref> oznaka „davidlide” definisana u <references> grupi „” nema sadržaja.
Greška kod citiranja: <ref> oznaka „Properties_1” definisana u <references> grupi „” nema sadržaja.

Greška kod citiranja: <ref> oznaka „Entdeckung” definisana u <references> grupi „” nema sadržaja.

Literatura uredi

Spoljašnje veze uredi