100 Fm فرميوم 257*
أكتينيد f-block Period 7 Radioactive Synthetic

فرميوم

Fm · Element 100

The heaviest element that can be made in weighable amounts by neutron bombardment.

الحالة عند 20°C صلب~
الكتلة الذرية 257 u
ELECTRON CONFIGURATION [Rn] 5f¹² 7s²

البنية

ذرة فرميوم

ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.

سحابة المدارات

القيم المقيسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع فرميوم بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.

فيزيائية

الكثافة 9.7 g/cm³~ 62%
نقطة الانصهار 1800 K~ 75%
نقطة الغليان
الحرارة النوعية
التوصيل الحراري

ذرية

نصف القطر الذري 245 pm 80%
نصف القطر التساهمي 167 pm~
نصف قطر فان دير فالس 245 pm

إلكترونية

السالبية الكهربائية 1.3 30%
طاقة التأين 627.2 kJ/mol 38%
الألفة الإلكترونية

الوفرة

الوفرة في القشرة 0 mg/kg 0%

الهوية

الرمزFm
العدد الذري100
الكتلة الذرية257 u
الفئةأكتينيد
المستوى الفرعيf
البنية البلوريةمكعب متمركز الوجوه
حالات الأكسدة+2, +3
الاكتشاف1952
اكتشفهGhiorso et al.

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق مقياس

How big is a فرميوم atom?

Radius 245 pm — that is 0.245 nm, so about 2041 million of them side by side would span a millimetre.

النطاق الحراري

Solid, liquid, gas — and when

ينصهر فرميوم عند 1800 K؛ ولم تُقَس نقطة غليانه.

موضعه

موضعه في الجدول

فرميوم sits in the actinide series, printed below the main grid.

OTHER الأكتينيدات

All الأكتينيدات

القصة

ما هو فرميوم، وكيف اكتشفناه

The heaviest element that can be made in weighable amounts by neutron bombardment.

The discovery of فرميوم

محطة بارزة في العصر الذري

اكتُشف فرميوم في أواخر عام 1952 من خلال تحليل الحطام الناتج عن أول اختبار لقنبلة هيدروجينية، في لحظة درامية أدّت فيها القوة التدميرية للأسلحة النووية، مصادفةً، إلى دفع حدود المعرفة البشرية إلى الأمام.

اكتشاف Ivy Mike

حدث الاكتشاف أثناء تحليل حطام الاختبار النووي الحراري "Ivy Mike":

  • موقع الاختبار: جزيرة إنيوايتوك المرجانية، جزر مارشال، المحيط الهادئ
  • تاريخ الاختبار: 1 نوفمبر 1952
  • قوة الانفجار: 10.4 ميغاطن - أقوى بـ 700 مرة من هيروشيما
  • البيئة النووية: كثافات تدفق نيوتروني تتجاوز 10²³ نيوترون/cm²/second
  • جمع العينات: جُمعت مرجانات مشعة وحطام للتحليل

فريق الاكتشاف الدولي

شارك في الاكتشاف علماء من مؤسسات مرموقة متعددة:

  • Albert Ghiorso - جامعة كاليفورنيا، بيركلي - خبير في الكشف النووي
  • Stanley G. Thompson - جامعة كاليفورنيا في بيركلي - رائد كيمياء الأكتينيدات
  • Harvey Diamond - مختبر أرجون الوطني - اختصاصي في الكيمياء النووية
  • Glenn T. Seaborg - جامعة كاليفورنيا في بيركلي - حائز على جائزة نوبل ورائد في العناصر ما بعد اليورانيوم
  • Bernard G. Harvey - جامعة كاليفورنيا في بيركلي - عالم فيزياء نووية
  • Gregory R. Choppin - جامعة كاليفورنيا في بيركلي - كيميائي إشعاعي
  • Eugene Hubel - مختبر لوس ألاموس الوطني - عالم فيزياء الأسلحة

العمل العلمي الاستقصائي

تطلّب تحديد فرميوم قدرات تحليلية استثنائية:

  • مطيافية الكتلة: الكشف عن نظائر ذات أعداد كتلية 255 و256
  • مطيافية ألفا: قياس طاقات جسيمات ألفا المميزة
  • الفصل الكيميائي: عزل العنصر من مئات النواتج المشعة
  • تحليل سلسلة الاضمحلال: تتبّع التحولات النووية لتأكيد الهوية
  • التأكيد المتقاطع: استخدام تقنيات تحليلية متعددة للتحقق من النتائج

تصنيف سري للغاية

ظل الاكتشاف سرياً لمدة ثلاث سنوات بسبب متطلبات أمن الأسلحة النووية:

  • مستوى الأمن: صُنّف ضمن أعلى مستويات السرية الحكومية
  • المعضلة العلمية: انقسم الباحثون بين الحفاظ على السرية وتبادل المعرفة العلمية
  • البحث المتوازي: جهود متزامنة لإنتاج فرميوم في ظروف مختبرية مضبوطة
  • رفع السرية: نُشرت النتائج أخيراً عام 1955

شرف التسمية

سُمّي العنصر تكريماً لأحد أعظم الفيزيائيين في التاريخ:

  • أصل الاسم: سُمّي تيمناً بـ Enrico Fermi، الفيزيائي الحائز على جائزة نوبل
  • إسهامات Fermi: رائد فيزياء نووية، وأنشأ أول مفاعل نووي
  • اختيار الرمز: يتبع "Fm" التسمية الكيميائية القياسية
  • التوقيت: سُمّي بعد وقت قصير من وفاة Fermi عام 1954
  • التكريم العلمي: تقدير إسهامات Fermi الأساسية في العلوم النووية

التأكيد المختبري

عمل العلماء سريعاً على تصنيع فرميوم في ظروف مضبوطة:

  • سيكلوترون بيركلي: قذف أهداف ثقيلة بجسيمات مُسرَّعة
  • المفاعلات النووية: تشعيع أهداف أكتينيد بالنيوترونات ذات التدفق العالي
  • الدراسات الكيميائية: دراسة الخصائص الكيميائية لفرميوم
  • أبحاث النظائر: دراسة نظائر فرميوم المختلفة وخصائصها

الأهمية العلمية

مثّل اكتشاف فرميوم اختراقات علمية متعددة:

  • العنصر 100: أول عنصر يبلغ المحطة الرمزية المتمثلة في 100 بروتون
  • الحدود النووية: أثبت إمكانية وجود نوى شديدة الثقل
  • علم الأسلحة: أظهر الفيزياء النووية التي تحدث في الانفجارات النووية الحرارية
  • أساليب البحث: طوّر تقنيات تحديد العناصر فائقة الثقل
  • التعاون الدولي: أرسى أساليب تعاونية للبحث في العناصر الثقيلة

التأثير العالمي

كان للاكتشاف آثار بعيدة المدى:

  • طوّر فهم الفيزياء النووية والبنية الذرية
  • أثبت الطبيعة المزدوجة للتكنولوجيا النووية
  • فتح مسارات لاكتشاف عناصر أثقل من ذلك
  • أرسى بروتوكولات دولية لتبادل الاكتشافات العلمية الحساسة

الاستخدامات

فيما يُستخدم فرميوم

طليعة الأبحاث النووية

يمثل الفرميوم أقصى حدود العلوم النووية، إذ يشكل محطةً مهمةً في سعي البشرية إلى فهم حدود المادة والقوى الأساسية التي تربط النوى الذرية.

أبحاث العناصر فائقة الثقل

يؤدي الفرميوم دوراً حاسماً في تطوير علوم العناصر فائقة الثقل:

  • المادة المستهدفة: يُستخدم Fm-257 هدفاً لإنشاء عناصر تتجاوز 100
  • التفاعلات النووية: قذف الأيونات الخفيفة لتخليق عناصر جديدة فائقة الثقل
  • جزيرة الاستقرار: أبحاث نحو المنطقة المتوقعة للنوى فائقة الثقل المستقرة نسبياً
  • التحقق من نموذج القشرة: اختبار التنبؤات النظرية المتعلقة ببنية القشرة النووية

كيمياء الأكتينيدات المتقدمة

على الرغم من العمل مع ذرة واحدة في كل مرة، تقدم أبحاث الفرميوم رؤى فريدة:

  • كيمياء الذرة المفردة: تقنيات رائدة لدراسة الذرات الفردية
  • حالات الأكسدة: دراسة حالتي الأكسدة +2 و+3 في المحلول
  • الخصائص الكهروكيميائية: جهود الاختزال والسلوك الكهروكيميائي
  • كيمياء المعقدات: تكوين معقدات مع ليغاندات مختلفة

تعليم الفيزياء النووية

يُعد الفرميوم أداةً تعليميةً استثنائيةً لفهم ما يلي:

  • الحدود النووية: توضيح حدود الاستقرار النووي
  • أنماط الاضمحلال: اضمحلال ألفا، والانشطار التلقائي، واحتجاز الإلكترون
  • النماذج النووية: اختبار تنبؤات نموذج القشرة ونموذج القطرة السائلة
  • التأثيرات النسبية: فهم التأثيرات النسبية في الذرات فائقة الثقل

تطوير الأجهزة

يدفع العمل مع الفرميوم إلى الابتكار في التقنيات المتطورة:

  • الكشف عن الذرة المفردة: تطوير أنظمة كشف فائقة الحساسية
  • الأنظمة المؤتمتة: كيمياء محكومة بالحاسوب لإجراء التجارب بسرعة
  • تقنيات الفصل: تقنيات متقدمة لعزل الذرات الفردية
  • كشف الإشعاع: أساليب محسنة لقياس الإشارات المشعة الضعيفة

أبحاث الفيزياء النظرية

تتناول أبحاث الفرميوم أسئلة أساسية حول ما يلي:

  • القوى النووية: فهم القوة النووية الشديدة في الظروف القصوى
  • ميكانيكا الكم: التأثيرات الكمية النسبية في الذرات فائقة الثقل
  • حدود الجدول الدوري: إلى أي مدى يمكن أن تزداد كتلة العناصر مع احتفاظها بخصائصها الكيميائية؟
  • الثوابت الأساسية: اختبار ما إذا كانت الثوابت الفيزيائية تتغير في الظروف القصوى

التطبيقات الفيزيائية الفلكية

تسهم أبحاث الفرميوم في فهم ما يلي:

  • العمليات النجمية: التخليق النووي لعملية r في اندماجات النجوم النيوترونية
  • الوفرة الكونية: توزيعات العناصر الثقيلة المتوقعة في الكون
  • فيزياء المستعرات العظمى: تكوّن العناصر في الانفجارات النجمية
  • الفيزياء الفلكية النووية: نمذجة العمليات النووية القصوى في الفضاء

آفاق علمية مستقبلية

تفتح أبحاث الفرميوم مسارات نحو ما يلي:

  • اكتشاف عناصر جديدة: تقنيات لإنشاء العناصر 101 وما بعدها والتعرف إليها
  • الحوسبة الكمية: فهم التأثيرات الكمية في الذرات الثقيلة
  • علم المواد: الخصائص النظرية لمركبات العناصر فائقة الثقل
  • أبحاث الطاقة: العمليات النووية التي تتضمن عناصر فائقة الثقل

تطبيقات البحث البحت

ليس لفرميوم أي تطبيقات تجارية أو صناعية أو عملية على الإطلاق. يقتصر وجوده على مختبرات الأبحاث النووية الأكثر تقدماً، حيث تُدرس بضع ذرات فقط في كل مرة.

دراسات الفيزياء النووية

  • أبحاث اضمحلال ألفا: دراسة أنماط انبعاث جسيمات ألفا وطاقاتها
  • الانشطار التلقائي: بحث كيفية انقسام النوى الثقيلة تلقائياً
  • البنية النووية: قياس الخصائص النووية مثل اللف والعزوم المغناطيسية
  • تحليل سلاسل الاضمحلال: تتبّع كيفية اضمحلال نظائر الفرميوم إلى عناصر أخف

كيمياء الذرة المفردة

  • الفصل الكيميائي: تطوير تقنيات لعزل ذرات مفردة
  • الكهروكيمياء: قياس جهود الاختزال ذرةً واحدةً في كل مرة
  • تكوين المعقدات: دراسة كيفية تكوين الفرميوم للروابط الكيميائية
  • الطرائق التحليلية: دفع حدود التحليل الكيميائي إلى مستوى الذرات المفردة

الأبحاث التعليمية

  • تدريب طلبة الدراسات العليا: تعليم تقنيات الكيمياء النووية المتقدمة
  • التحقق النظري: اختبار تنبؤات ميكانيكا الكم
  • المنشورات العلمية: الإسهام في أدبيات العلوم النووية
  • التعاون الدولي: مشاركة المعرفة مع مجتمع الأبحاث العالمي

تطوير التكنولوجيا

  • أنظمة الكشف: تحسين حساسية كشف الإشعاع
  • الأتمتة: تطوير أنظمة روبوتية للتعامل مع المواد المشعة
  • تحليل البيانات: طرائق إحصائية متقدمة لكشف الأحداث النادرة
  • بروتوكولات السلامة: تحسين طرائق التعامل مع المواد شديدة الخطورة

مقاييس البحث

  • أثر المنشورات: أوراق ومراجعات علمية عالية التأثير
  • تدريب الطلاب: أطروحات الدكتوراه والأبحاث بعد الدكتوراه
  • الاعتراف الدولي: جوائز وتكريمات عن الأبحاث الرائدة
  • شبكات التعاون: بناء شراكات بحثية عالمية

قيود قصوى: تقيّد أبحاث الفرميوم العوامل التالية:

  • إنتاج بضع ذرات فقط يومياً
  • أعمار نصفية تُقاس بالساعات إلى الأيام
  • إكمال التجارب خلال دقائق
  • تكاليف تتجاوز $1 مليار دولار لكل غرام

مصدره

وجوده الطبيعي

0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements

عنصر اصطناعي بالكامل

لا يوجد فرميوم في أي مكان في الطبيعة، ولا بد من إنتاجه باستخدام أكثر التقنيات النووية تطوراً المتاحة للبشرية. ويمثل ذروة تصنيع العناصر الاصطناعية.

أصوله في اختبارات الأسلحة النووية

أُنتج فرميوم للمرة الأولى في حطام اختبارات الأسلحة النووية الحرارية:

  • اختبار Ivy Mike (1952): أنتج أول اختبار لقنبلة هيدروجينية فرميوم من خلال التقاط نيوترونات متعددة
  • فيض نيوتروني هائل: كثافات نيوترونات يستحيل تحقيقها في أي مختبر
  • التقاطات متعددة: التقطت نوى اليورانيوم 17+ نيوتروناً في تتابع سريع
  • سلسلة اضمحلال بيتا: اضمحلت نظائر اليورانيوم الثقيلة عبر انبعاث بيتا إلى فرميوم

طرق الإنتاج الحديثة

الإنتاج في مفاعل عالي الفيض: يتطلب التخليق الحالي أقوى مصادر النيوترونات في العالم:

  • مادة البدء: أهداف من أينشتاينيوم-253 مُحضّرة عبر حملات تمتد لسنوات متعددة
  • القصف بالنيوترونات: Es-253 + نيوترون → Es-254 → Fm-254 (التقاط إلكترون)
  • مسار بديل: التقاطات نيوترونية متعددة في أهداف الكوريوم على مدى سنوات
  • اختيار النظائر: يمكن إنتاج نظائر فرميوم متنوعة (Fm-252 إلى Fm-257)

تحديات التخليق المخبري

ينطوي إنتاج فرميوم على عقبات تقنية غير مسبوقة:

  • مردود مجهري: لا يُنتج سوى ذرات منفردة يومياً
  • اضمحلال سريع: تضمحل معظم النظائر خلال ساعات
  • تحضير الأهداف: يتطلب تحضير أهداف أينشتاينيوم سنوات
  • التلوث: يُنتج إلى جانب العديد من العناصر المشعة الأخرى

القدرة الإنتاجية العالمية

لم تنتج فرميوم على الإطلاق سوى ثلاث منشآت في جميع أنحاء العالم:

  • Oak Ridge National Laboratory (USA): المصدر الرئيسي باستخدام High Flux Isotope Reactor
  • Research Institute of Atomic Reactors (Russia): قدرة إنتاجية محدودة
  • Institut Laue-Langevin (France): كميات بحثية عرضية

الفصل والتنقية

يتطلب عزل فرميوم إجراءات استثنائية:

  • العمليات عن بُعد: تُجرى جميع عمليات المعالجة في خلايا ساخنة محمية بدرجة كبيرة
  • التبادل الأيوني: عمليات فصل كروماتوغرافي متعددة باستخدام أنظمة آلية
  • تقنيات الذرة المفردة: كشف الذرات المنفردة والتعامل معها
  • المعالجة السريعة: يجب إكمال الفصل قبل حدوث الاضمحلال المشع

إحصاءات الإنتاج

  • إجمالي الإنتاج: لم يُعزل على الإطلاق أقل من 10,000 ذرة من فرميوم
  • المخزون الحالي: لا توجد كميات كبيرة في أي وقت
  • معدل الإنتاج: ذرات منفردة يومياً في أفضل المنشآت في العالم
  • الحملات البحثية: أشهر من التحضير مقابل ساعات من الدراسة

القيود الزمنية

يواجه بحث فرميوم ضغطاً زمنياً شديداً:

  • Fm-257: أطول النظائر عمراً، بعمر نصف يبلغ 100.5 يوم
  • Fm-255: يحد عمر النصف البالغ 20.1 ساعة من فترة البحث
  • النقل: يجب استخدام العينات فور إنتاجها
  • تخطيط التجارب: يجب تحسين جميع الإجراءات لتحقيق السرعة

إنجاز علمي: يمثل إنتاج فرميوم أحد أعظم الإنجازات التقنية للبشرية، إذ يتطلب تنسيق أكثر المنشآت النووية تقدماً في العالم وخبراتها.

التعامل

السلامة

فرميوم مشع. It has no stable isotope — every nucleus decays. يتطلب التعامل معه تدريعًا وترخيصًا مناسبين.

الخطر الإشعاعي الأقصى

الخطر الأقصى المطلق: يمثّل فرميوم إحدى أخطر المواد المعروفة للبشرية. جميع النظائر مشعة بشدة، مع أنماط اضمحلال متعددة تشكّل مخاطر صحية بالغة.

مخاطر صحية كارثية

  • إشعاع ألفا شديد: تتسبب جسيمات ألفا ذات الطاقة العالية للغاية في تدمير خلوي فوري
  • الانشطار التلقائي: يخضع Fm-256 للانشطار التلقائي، مطلقاً نيوترونات وشظايا انشطار
  • إشعاع غاما: تخترق أشعة غاما عالية الطاقة الأنسجة بعمق
  • التلوث الداخلي: تكون الكميات المجهرية قاتلة إذا استُنشقَت أو ابتُلِعَت أو امتصها الجسم
  • التركّز في العظام: يتراكم في نخاع العظم، مسبباً متلازمة الإشعاع والسرطان
  • الضرر الوراثي: يسبب ضرراً شديداً للحمض النووي وتشوّهات صبغية

بروتوكولات الأمان القصوى

  • الاحتواء المطلق: أنظمة احتواء مستقلة متعددة مزودة بآليات آمنة عند التعطل
  • العمليات عن بُعد فقط: تُجرى جميع عمليات المناولة باستخدام متلاعبات عن بُعد من مناطق محمية
  • التدريع الثقيل: تدريع هائل من الخرسانة والرصاص لإيقاف جميع أنواع الإشعاع
  • الجو المتحكم فيه: جو من غاز خامل لمنع التفاعلات الكيميائية
  • الأنظمة المؤتمتة: عمليات يتحكم فيها الحاسوب لتقليل تعرض البشر إلى أدنى حد

متطلبات حماية العاملين

  • منع الوصول المباشر تماماً: يُمنع العاملون من التواجد في الغرفة نفسها التي يوجد فيها فرميوم غير محمي
  • قياس جرعات متعدد: مراقبة فورية للإشعاع مع إنذارات تلقائية
  • المراقبة الطبية: مراقبة صحية مستمرة تشمل تحاليل الدم والفحوصات الجسدية
  • الحماية التنفسية: بدلات ذات ضغط موجب مع مصدر هواء مستقل
  • التدريب على حالات الطوارئ: تدريب مكثف على إجراءات الطوارئ الإشعاعية

إجراءات الاستجابة للطوارئ

تؤدي حوادث فرميوم إلى تفعيل أعلى مستويات بروتوكولات الطوارئ:

  • الإخلاء الفوري: تُفعّل أنظمة الإخلاء التلقائية على الفور
  • إغلاق المنشأة: عزل كامل للمناطق الملوثة
  • الطوارئ الطبية: نشر فرق متخصصة في طب الإشعاع
  • إزالة التلوث: يلزم تدخل متخصص للاستجابة للطوارئ الإشعاعية
  • إخطار الحكومة: إخطار فوري للسلطات التنظيمية النووية
  • المراقبة طويلة الأمد: مراقبة طبية مدى الحياة لأي عاملين تعرضوا للإشعاع

الرقابة الدولية

  • التحكم في المواد النووية: يخضع لأشد الضوابط النووية الدولية صرامة
  • حظر النقل: يُحظر نقله عموماً إلا بموجب بروتوكولات طوارئ قصوى
  • التصاريح الخاصة: يتطلب أعلى مستويات التصاريح الحكومية لأي عملية مناولة
  • تصنيف النفايات: يُصنّف على أنه من النفايات المشعة الأعلى مستوى
  • تدابير الأمن: أمن مادي مماثل لأمن منشآت الأسلحة النووية

المحظورات المطلقة

  • منع وصول الجمهور: يُحظر منعاً باتاً خارج المنشآت النووية المتخصصة
  • منع الاستخدام التجاري: لا يجوز استخدامه في أي تطبيقات تجارية أو صناعية
  • منع العروض التعليمية: خطير جداً بحيث لا يصلح لأي استخدام تعليمي
  • منع توزيع العينات: لا يجوز مشاركته بين المؤسسات دون موافقات موسعة

الواقع الحرج: فرميوم خطير إلى حد أن كبار علماء الطاقة النووية في العالم لا يتعاملون إلا مع ذرات فردية في كل مرة. وسيشكّل ميكروغرام واحد مخاطر إشعاعية قاتلة لأي شخص في الجوار.

إجابات سريعة

فرميوم: أسئلة شائعة

What is فرميوم?

فرميوم (symbol Fm) is element 100 on the periodic table, a أكتينيد in period 7. The heaviest element that can be made in weighable amounts by neutron bombardment. At room temperature it is expected to be a solid, and it is radioactive.

What is the electron configuration of فرميوم?

فرميوم's ground-state electron configuration is [Rn] 5f¹² 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 30, 8, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of فرميوم?

No sample of فرميوم has ever been condensed, so both figures are calculated rather than measured: it is predicted to melt at 1800 K (1526.9 °C) and boil at not measured.

What is the atomic mass of فرميوم?

فرميوم has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 257, is the mass number of its longest-lived known isotope.

How dense is فرميوم?

فرميوم is predicted to have a density of about 9.7 g/cm³, though no sample large enough to weigh has ever been made. Water is 1.0 g/cm³ for comparison.

What is the electronegativity of فرميوم?

فرميوم has a Pauling electronegativity of 1.3. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered فرميوم, and when?

فرميوم was discovered in 1952 by Ghiorso et al.. It is named after enrico Fermi.

How common is فرميوم on Earth?

فرميوم does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.

Is فرميوم radioactive?

Yes. فرميوم has no stable isotope — every one of its nuclei decays. It does not occur in usable quantities in nature and must be synthesised.