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페르뮴

Fermium
페르뮴, FM
페르뮴
발음/ˈfɜːrmiəm/ (FUR-mee-əm)
질량수[257]
주기율표의 페르뮴
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕어 탄소 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오비움 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 은색 카드뮴 인듐 주석 안티모니 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르비움 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이테르비움속 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로텍티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 캘리포늄 아인슈타인움 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 루더포듐 더브니움 수보르기움 보히움 하시움 메이트네리움 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로비움 모스코비움 간모륨 테네신 오가네손
음.정말

FM

(업q)
아인슈타인륨페르뮴멘델레비움
원자번호 (Z)100
그룹그룹 n/a
기간7주기
블록 f-블록
전자 구성[Rn] 5f12 7s2
셸당 전자2, 8, 18, 32, 30, 8, 2
물리적 성질
위상 STP서고체(고체)
녹는점1800K(1527°C, 2781°F) (예측)
밀도 (근처 )9.7(1) g/cm3(크기)[1][a]
원자성
산화 상태+2, +3
전기성폴링 척도: 1.3
이온화 에너지
  • 1차: 629kJ/몰
  • [2]
기타 속성
자연발생인조의
결정구조 얼굴 중심 큐빅(입방체)
Face-centered cubic crystal structure for fermium

(iii)[1]
CAS 번호7440-72-4
역사
이름 지정엔리코 페르미 다음으로
디스커버리로렌스 버클리 국립 연구소(1952)
페르뮴동위 원소
이소슈토페 아부네댄스 하프라이프 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
252FM 동음이의 25.39시간 SF
α 248cf
253FM 동음이의 3d ε 253에스
α 249cf
255FM 동음이의 20.07시간 SF
α 251cf
257FM 동음이의 100.5 d α 253cf
SF
범주:페르뮴
참고 문헌

페르뮴Fm 기호원자 번호 100을 가진 합성 원소다.액티나이드로 더 가벼운 원소의 중성자 폭격을 통해 형성될 수 있는 가장 무거운 원소로, 아직 순수 페르뮴 금속이 준비되지 않았지만 거시적으로 볼 수 있는 마지막 원소다.[3]총 19개의 동위원소가 알려져 있으며, Fm은 반감기가 100.5일로 가장 오래 살 수 있다.

1952년 최초수소폭탄 폭발의 잔해에서 발견되었으며, 핵물리학의 선구자 중 한 명인 엔리코 페르미의 이름을 따서 명명되었다.그것의 화학은 +3 산화 상태의 우세하지만 접근 가능한 +2 산화 상태를 가진 후기 액티니이드에 전형적이다.페뮴은 소량의 생산량과 모든 동위원소가 비교적 짧은 반Lv를 가지고 있기 때문에, 현재 기초과학 연구 이외에는 사용할 수 없다.

디스커버리

페르뮴은 아이비 마이크 핵실험의 낙진에서 처음 관측됐다.
원소의 이름은 엔리코 페르미의 이름을 따서 지어졌다.
원소는 알베르 기오르소가 이끄는 팀에 의해 발견되었다.

페르뮴은 수소폭탄의 첫 실험인 '아이비 마이크' 핵실험(1952년 11월 1일)의 낙진에서 처음 발견됐다.[4][5][6]폭발로 인한 이물질의 초기 조사에서는 플루토늄의 새로운 동위원소인 Pu
생산을 보여주었는데, 이는 우라늄-238 핵에 의한 중성자 6개 흡수 이후 2개의 β 데케이에 의해서만 형성될 수 있었다.
당시 중핵에 의한 중성자 흡수는 드문 과정이라고 생각되었으나, Pu
확인으로 우라늄 핵에 의해 아직 더 많은 중성자가 흡수되어 새로운 원소로 이어질 가능성이 제기되었다.[6]

원소 99(아인슈타인듐)은 폭발로부터 구름을 뚫고 날아온 여과지(Pu
발견하기 위해 사용했던 것과 동일한 샘플링 기법)에서 빠르게 발견되었다.[6]
그 후 1952년 12월 앨버트 기오르소버클리 캘리포니아 대학의 동료들에 의해 확인되었다.[4][5][6]그들은 우라늄-238 핵에 의해 15개의 중성자를 포획함으로써 만들어진 동위원소 Es(반감기 20.5일)를 발견했고, 그 결과 다음과 같은 7개의 연속적인 베타데이를 받았다.

(1)

그러나 일부 U 원자는 다른 양의 중성자를 포획할 수 있다(대부분의 경우 16 또는 17).

페르뮴(Z = 100)의 발견은 원소 99보다 최소한 질량이 낮을 것으로 예상되었기 때문에 더 많은 물질이 필요했고, 따라서 에누에탁 환초(시험이 진행된 곳)에서 오염된 산호는 캘리포니아 버클리캘리포니아 대학교 방사선 연구소로 보내져 처리와 분석을 받았다.sis. 시험 후 약 2개월 후, 새로운 구성품은 약 하루의 반감기를 가진 고에너지 α 입자(7.1 MeV)를 방출하는 고립되었다.그렇게 짧은 반감기를 가지고는 오직 아인슈타인륨 동위원소의 β 붕괴로부터만 발생할 수 있었고, 따라서 새로운 원소 100의 동위원소가 되어야 했다: Fm(t = 20.07(7시간))으로 빠르게 식별되었다.[6]

새로운 원소의 발견, 그리고 중성자 포획에 관한 새로운 데이터는 처음에는 냉전 긴장 때문에 1955년까지 미군의 명령에 대해 비밀에 부쳐졌다.[6][7][8]그럼에도 불구하고 버클리팀은 플루토늄-239의 중성자폭격을 통해 99, 100소자를 민간수단으로 준비할 수 있었고, 1954년 원소에 대해 수행된 연구가 처음이 아니라는 면책과 함께 이 작품을 발표하였다.[9][10]"Ivy Mike" 연구는 1955년에 기밀 해제되고 출판되었다.[7]

버클리 연구팀은 또 다른 집단이 이온폭탄 기술을 통해 100원소의 가벼운 동위원소를 발견하게 될 것을 우려한 끝에 이 같은 사실이 밝혀졌다.[6]스톡홀름의 노벨물리학연구소의 한 연구팀이 이 원소를 독자적으로 발견하여 나중
U 표적에 산소-16 이온을 퍼부어 Fm(t1/2 = 30분)으로 확인되는 동위원소를 생산하고 1954년 5월에 그들의 작품을 발표하였다.[11]
그럼에도 불구하고, 버클리 팀의 우선권은 일반적으로 인정되었고, 그것과 함께 최근 사망한 최초의 인공 자생 원자로 개발자인 엔리코 페르미(Enrico Fermi)를 기리기 위해 새로운 원소를 명명하는 특권이 있다.

동위 원소

페르뮴-257의 붕괴 경로

NUBASE 2016에는 20개의 페뮴 동위원소가 나열되어 있으며,[12] 원자중량이 241~260이며,[b] 이 중 Fm은 반감기가 100.5일로 가장 오래 지속된다.253Fm의 반감기는 3일이고 Fm은 5.3h, Fm은 25.4h, Fm은 3.2h, Fm은 20.1h, Fm은 2.6시간이다.나머지 것들은 모두 30분에서 1밀리초 미만의 반감기를 가지고 있다.[13]페르뮴-257, Fm의 중성자 포획물은 단 370(14)마이크로초의 반감기로 자연분열을 겪는다. Fm과 Fm도 자연분열(각각1/2 t = 1.5(3)초와 4ms)에 대해 불안정하다.[13]이는 중성자 포획을 핵폭발로 수행하지 않는 한 질량 수가 257보다 큰 핵종을 만드는 데 사용할 수 없다는 것을 의미한다.Fm은 α-방사기로, Cf까지 부패하며, 알려진 페뮴 동위원소는 베타-마이너스 - 다음 원소까지 부패를 겪지 않기 때문에 멘델레비움, 페르뮴도 중성자 포획 공정에 의해 준비될 수 있는 마지막 원소다.[3][14][15]이러한 더 무거운 동위원소를 형성하는 데 장애가 있기 때문에, 이러한 단명 동위원소 Fm은 소위 "페르뮴 간극"을 구성한다.[16]

생산

용출: Fm(100), Es(99), Cf, Bk, Cm, Am의 크로마토그래픽 분리

페르뮴은 원자로에서 중성자로 더 가벼운 액티니드가 폭격되어 생성된다.페르뮴-257은 중성자 포획을 통해 얻은 가장 무거운 동위원소로 피코그램 양으로만 생산할 수 있다.[c][17]주요 공급원은 미국 테네시주 오크리지 국립연구소의 85MW 고유속 동위원소 원자로(HFIR)로 트랜스큐륨(Z > 96) 원소 생산에 전념하고 있다.[18]질량이 낮은 페르뮴 동위원소들은 비교적 수명이 짧지만 더 많은 양으로 이용할 수 있다.254오크 리지(Oak Ridge)의 "일반적인 처리 캠페인"에서는 수십 그램의 큐륨을 조사하여 캘리포니아산 데시그램 양, 베르켈륨아인슈타인륨 밀리그램 양, 페르뮴 피코그램 양을 생산한다.[19]그러나 페뮴 나노그램[20] 양은 특정 실험을 위해 준비할 수 있다.20–200 킬로톤급 열핵폭발에서 생산되는 페르뮴의 양은 엄청난 양의 파편과 섞여 있지만 밀리그램 정도인 것으로 믿어지고 있다; Fm의 4.0 피코그램은 "허치" 테스트 (1969년 7월 16일)에서 10킬로그램의 파편에서 회수되었다.[21]Hutch 실험은 총 250 마이크로그램의 Fm을 생성했다.

생산 후 페르뮴은 다른 액티니드와 란타니드 핵분열 생성물로부터 분리되어야 한다.이것은 보통 이온 교환 크로마토그래피에 의해 달성되는데, 다우엑스 50이나 TEVA와 같은 양이온 교환기를 사용한 표준 공정은 암모늄 α-히드록시소부티레이트 용액으로 용출되었다.[3][22]더 작은 양이온들은 α-하이드록시소부티산염 음이온으로 더 안정적인 콤플렉스를 형성하고 있기 때문에 기둥에서 우선적으로 용출된다.[3]빠른 분수 결정법도 설명되어 있다.[3][23]

페르뮴의 가장 안정된 동위원소는 Fm으로 반감기가 100.5일이지만, 이 동위원소는 Es(t1/2 = 39.8(12)일의 붕괴생물로 필요에 따라 쉽게 격리할 수 있기 때문에 대부분의 연구가 Fm(t1/2 = 20.07(7)시간)에 이루어진다.[3]

핵폭발에서의 합성

10 메가톤급 아이비 마이크 핵실험의 잔해 분석은 장기 프로젝트의 일환이었는데, 그 목표 중 하나는 고출력 핵폭발 시 트랜스우라늄 원소의 생산 효율을 연구하는 것이었다.이러한 실험의 동기는 다음과 같다: 우라늄에서 그러한 원소를 합성하는 것은 다중 중성자 포획을 필요로 한다.그러한 사건의 확률은 중성자 유량에 따라 증가하며, 핵폭발은 가장 강력한 중성자 선원으로, 마이크로초 내에 1023 중성자/cm의2 순서의 밀도를 제공한다. 즉, 약 1029 중성자/(cm2/s).이에 비해 HFIR 원자로의 유량은 5×1015 중성자/(cm2/s)이다.에누에탁 환초(Enewetak Atoll)에는 파편 샘플이 미국에 도착했을 때 일부 동위원소가 부패했을 수 있기 때문에 파편 사전 분석을 위한 전용 실험실이 설치되어 있었다.실험실은 가능한 한 빨리 종이 필터가 장착된 비행기로부터 분석을 위한 샘플을 받고 있었는데, 그 비행기는 시험 후에 아톨 상공으로 날아갔다.페뮴보다 무거운 새로운 화학 원소를 발견하기를 기대했지만, 그것들은 1954년에서 1956년 사이에 아톨에서 일어난 일련의 메가톤 폭발 후에 발견되지 않았다.[24]

미국 핵 실험에서 트랜스우라늄 원소의 추정 수율. Hutch와 Cyclamen.[25]

대기 결과는 밀폐된 공간에서 행해진 강력한 폭발로 수율이 향상되고 동위원소가 더 무거워질 것으로 기대됨에 따라 네바다 실험장에서 1960년대에 축적된 지하 실험 데이터로 보완되었다.기존의 우라늄 요금과는 별도로 아메리슘과 토륨이 혼합된 우라늄과 플루토늄 넵투늄의 혼합 요금이 시도되었다.이들은 수율 면에서 덜 성공했는데, 이는 중원소 전하에서의 핵분열율 강화로 인해 중원소 손실이 더 컸기 때문으로 분석되었다.폭발로 인해 300~600m의 거대한 수심 아래 암석이 녹고 기화되면서 파편이 퍼지고, 제품을 추출하기 위해 이 정도 깊이로 구멍을 뚫는 것은 수거량 측면에서도 느리면서도 비효율적이었기 때문에 제품 격리는 다소 문제가 있는 것으로 밝혀졌다.[24][25]

는 1962년과 1969년 사이에 애너(5.2도중, 1962년)codenamed한 바 있는 9개 지하 시험 중, 길이 264km.(<5도중, 1963년), Par(38도중, 1964), Barbel(<>20도중, 1964), 트위드(<>20도중, 1965년), Cyclamen(13도중, 1966년), 캉커키:(20-200 도중, 1966년), 불카누스(25도중, 1966년)와 허치(20-200.도중, 1969년),[26] 마지막 것은 가장 강력하고 트랜스우라늄 원소의 수확량이 가장 높았다.원자 질량 수에 대한 의존도에서, 수율은 더 높은 핵분열률 때문에 홀수 동위원소의 값이 더 낮은 톱니 모양의 행동을 보였다.[25]그러나 전체 제안의 가장 큰 실제적인 문제는 강력한 폭발로 인해 흩어진 방사능 파편들을 모으는 것이었다.에누에타크 환초에서 산호의 총량과 수집 톤의 약 4×10만−14 흡착된 항공기 필터는 이 분율을 단지 2배 정도 증가시켰다.허치 폭발 60일 만에 지하암 500kg 가량을 추출한 결과 전체 전하의 10여−7 개만 복구됐다.이 500-kg 배치의 트랜스우라늄 원소의 양은 시험 7일 후 수거된 0.4kg 암석의 30배에 불과했다.이 관찰은 회수된 방사성 암석의 양에 대해 산출되는 초우라늄 원소의 비선형 의존도를 보여주었다.[27]폭발 후 샘플 채취에 박차를 가하기 위해 시험 후가 아니라 시험 전 현장에 샤프트를 뚫어 진앙에서 나오는 방사성 물질을 샤프트를 통해 배출해 지표면 부근의 부피를 채취하도록 했다.이 방법은 아나코스티아와 케네벡 테스트에서 시도되어 즉시 수백 킬로그램의 재료를 제공했지만, 시추 후 얻은 샘플보다 3배 낮은 액티나이드 농도로 인해 단수 동위원소의 과학적 연구에서는 효율적일 수 있었지만, 전체적인 채취 효율을 향상시킬 수 없었다.f 생성된 액티나이드.[28]

비록 핵실험 잔해에서 새로운 원소(아테인늄과 페르뮴으로부터 떨어져)를 검출할 수 없었고, 트랜스우라늄 원소의 총 생산량은 실망스러울 정도로 낮았지만, 이러한 실험은 이전에 실험실에서 사용되었던 것보다 훨씬 더 많은 양의 희귀 중동위원소를 제공했다.예를 들어, Fm의 6×109 원자는 Hutch 폭발 후에 회수될 수 있다.그 후 그것들은 Fm의 열중성 유도 핵분열 연구와 새로운 페르뮴 동위원소 Fm의 발견에 사용되었다.또한 희귀한 Cm 동위원소는 다량으로 합성되었는데, Cm의 시조 Cm으로부터 원자로에서 생산하기 매우 어렵다. Cm(64분)의 반감기는 몇 달 동안의 원자로 조사에 비해 너무 짧지만 폭발 시간에는 "길이"가 매우 길다.[29]

자연발생

모든 페르뮴 동위원소의 반감기가 짧기 때문에, 형성되는 동안 지구에 존재할 수 있는 어떤 원시적인 페르뮴도 지금쯤 부패했다.지구 지각에서 자연적으로 발생하는 액티니이드 우라늄과 토륨에서 페르뮴을 합성하려면 복수의 중성자 포획이 필요한데, 이는 극히 가능성이 희박한 사건이다.따라서 대부분의 페르뮴은 과학실험실이나 고출력 원자로, 또는 핵무기 실험에서 지구에서 생산되며, 합성 시점으로부터 몇 달 안에만 존재한다.아메리슘에서 페르뮴에 이르는 초우라늄 원소오클로자연 핵분열 원자로에서 자연적으로 발생했지만, 더 이상 그렇게 하지 않는다.[30]

화학

페르뮴 금속의 기화 엔탈피 측정에 사용되는 페르뮴-이테르비움 합금

페르뮴의 화학은 추적기법을 이용한 용액에서만 연구되어 왔으며 고체 화합물은 준비되지 않았다.정상 조건에서 페르뮴은 Fm3+ 이온으로 용액에 존재하는데, Fm 이온의 수화 번호는 16.9이고 산 분해 상수는 1.6×10−4(pKa = 3.8)이다.[31][32]fm은3+ 산소 등 경질 기증 원자를 가진 다양한 유기 리간드를 가진 콤플렉스를 형성하고 있으며, 이러한 콤플렉스는 대개 앞의 액티니이드보다 안정적이다.[3]또한 염화나 질산염과 같은 리간드를 가진 음이온 콤플렉스를 형성하고, 다시 말하지만, 이러한 콤플렉스는 아인슈타인이나 캘리포늄에 의해 형성된 콤플렉스보다 더 안정적인 것으로 보인다.[33]후기 액티니이드의 복합체에서의 결합은 대부분 이오닉 성질의 것으로 생각되는데, Fm3+ 이온은 페르뮴의 높은 유효 핵전하 때문에 앞의 An3+ 이온보다 작을 것으로 예상되며, 따라서 페르뮴은 더 짧고 강한 금속-리간드 결합을 형성할 것으로 예상된다.[3]

페르뮴(III)은 상당히 쉽게 페르뮴(Permium)으로 감소할 수 있다.II([34]예: 사마륨 포함)(II) 염화물(페르뮴 포함)II) 교호작용을 한다.[35][36]침전물에서는 페뮴 화합물이 나온다.II) 염화물(FmCl2)은 정제되지 않았거나 격리하여 연구되지 않았음에도 불구하고 생성되었다.[37]전극 전위는 이론적 계산에 동의하는 [38]값인 표준 수소 전극과 관련하여 ytterbium(III)/(III) 커플과 비슷하거나 약 -1.15V로 추정되었다.[39]Fm2+/Fm0 커플은 극지방 측정을 기준으로 -2.37(10)V의 전극을 가지고 있다.[40]

독성

페르뮴과 접촉하는 사람은 거의 없지만, 국제방사선보호위원회는 가장 안정적인 동위원소 2개에 대해 연간 피폭 한도를 설정했다.페르뮴-253의 경우 섭취 한도를 10베크렐7(1Bq는 초당 1회의 붕괴에 해당), 페르뮴-257의 경우 10Bq55, 4000Bq로 각각 설정했다.[41]

참고 및 참조

메모들

  1. ^ 밀도는 예측 금속 반지름(Silva 2006)과 예측 근접 포장 결정 구조(Fournier 1976년)에서 계산한다.
  2. ^ Fm의 발견은 NUBASE 2003에서 "검증되지 않은" 것으로 여겨진다.[13]
  3. ^ 원소 Z > 100의 모든 동위원소는 전하 입자를 가진 가속기 기반 핵반응에 의해서만 생성될 수 있으며, 조사 시간당 1백만 개의 원자(예: Md(Z = 101))를 추적자 양으로만 얻을 수 있다(Silva 2006 참조).

참조

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  2. ^ https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b09068
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