100 Fm Фермий 257*
актиноид f-блок Период 7 Радиоактивные Синтетический

Фермий

Fm · Элемент 100 · Актиноид

Самый тяжёлый элемент, который можно получать в взвешиваемых количествах бомбардировкой нейтронами.

Состояние при 20°C твёрдое~
Атомная масса 257 u
Электронная конфигурация[Rn] 5f¹² 7s²

Строение

Атом фермий

Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.

Облако орбитали

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждый столбец показывает положение фермий среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 9,7 g/cm³~ 62%
Температура плавления 1800 K~ 75%
Температура кипения —
Удельная теплоёмкость —
Теплопроводность —

Атомные

Атомный радиус 245 pm 80%
Ковалентный радиус 167 pm~
Радиус Ван-дер-Ваальса 245 pm

Электронные

Электроотрицательность 1,3 30%
Энергия ионизации 627,2 kJ/mol 38%
Сродство к электрону —

Распространённость

Распространённость в земной коре 0 mg/kg 0%

Идентификационные

СимволFm
Атомный номер100
Атомная масса257 u
Категорияактиноид
Блокf
Кристаллическая структурагранецентрированная кубическая
Степени окисления+2, +3
Открытие1952
Кем открытGhiorso et al.

Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

Каков размер атома фермий?

Радиус 245 pm — это 0,245 нм, поэтому около 2,04 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.

Тепловой диапазон

Твёрдое, жидкое, газ — и когда

Фермий плавится при 1800 K; его температура кипения не измерялась.

Положение

Положение в таблице

Фермий находится в ряду актиноид, приведённом под основной сеткой.

Другие Актиноиды

Все актиноиды

История

Что такое фермий и как его обнаружили

Самый тяжёлый элемент, который можно получать в взвешиваемых количествах бомбардировкой нейтронами.

Открытие фермий

Веха атомной эпохи

Фермий был открыт в конце 1952 года благодаря анализу обломков после первого испытания водородной бомбы. Это стало драматическим моментом, когда разрушительная сила ядерного оружия случайно расширила границы человеческих знаний.

Открытие во время испытания Ivy Mike

Открытие произошло при анализе обломков термоядерного испытания «Ivy Mike»:

  • Место испытания: атолл Эниветок, Маршалловы Острова, Тихий океан
  • Дата испытания: 1 ноября 1952 года
  • Мощность взрыва: 10.4 мегатонны — в 700 раз мощнее Хиросимы
  • Ядерная среда: плотность потока нейтронов свыше 10²³ нейтронов/cm²/second
  • Сбор образцов: радиоактивные кораллы и обломки, собранные для анализа

Международная команда первооткрывателей

В открытии участвовали учёные из нескольких престижных учреждений:

  • Albert Ghiorso — Калифорнийский университет в Беркли — специалист по обнаружению ядер
  • Stanley G. Thompson — Калифорнийский университет в Беркли — специалист по химии актиноидов
  • Harvey Diamond — Аргоннская национальная лаборатория — специалист по ядерной химии
  • Glenn T. Seaborg — Калифорнийский университет в Беркли — нобелевский лауреат, пионер исследования трансурановых элементов
  • Bernard G. Harvey — Калифорнийский университет в Беркли — ядерный физик
  • Gregory R. Choppin — Калифорнийский университет в Беркли — радиохимик
  • Eugene Hubel — Лос-Аламосская национальная лаборатория — физик-ядерщик, специалист по оружию

Научное детективное расследование

Для идентификации фер́мия потребовались выдающиеся аналитические возможности:

  • Масс-спектрометрия: обнаружение изотопов с массовыми числами 255 и 256
  • Альфа-спектроскопия: измерение характерных энергий альфа-частиц
  • Химическое разделение: выделение из сотен радиоактивных продуктов
  • Анализ цепочки распада: отслеживание ядерных превращений для подтверждения идентичности
  • Перекрёстное подтверждение: применение нескольких аналитических методов для проверки результатов

Совершенно секретная классификация

Открытие оставалось засекреченным в течение трёх лет из-за требований безопасности, связанных с ядерным оружием:

  • Уровень секретности: сведения относились к высшему уровню государственной тайны
  • Научная дилемма: исследователи оказались перед выбором между секретностью и обменом научными данными
  • Параллельные исследования: одновременные попытки получить фер́мий в контролируемых лабораторных условиях
  • Рассекречивание: результаты наконец были опубликованы в 1955 году

Честь назвать элемент

Элемент получил название в честь одного из величайших физиков в истории:

  • Происхождение названия: назван в честь Enrico Fermi, физика — лауреата Нобелевской премии
  • Вклад Fermi: пионер ядерной физики, создатель первого ядерного реактора
  • Выбор символа: «Fm» соответствует стандартной химической номенклатуре
  • Время присвоения названия: название было дано вскоре после смерти Fermi в 1954 году
  • Научная честь: признание фундаментального вклада Fermi в ядерную науку

Лабораторное подтверждение

Учёные вскоре приступили к синтезу фер́мия в контролируемых условиях:

  • Циклотрон Беркли: бомбардировка тяжёлых мишеней ускоренными частицами
  • Ядерные реакторы: облучение мишеней из актиноидов нейтронами с высокой плотностью потока
  • Химические исследования: изучение химических свойств фер́мия
  • Исследование изотопов: изучение различных изотопов фер́мия и их свойств

Научное значение

Открытие фер́мия стало важным научным прорывом сразу в нескольких направлениях:

  • Элемент 100: первый элемент, достигший символической отметки в 100 протонов
  • Пределы ядер: доказало, что могут существовать чрезвычайно тяжёлые ядра
  • Наука об оружии: показало, какие процессы ядерной физики происходят при термоядерных взрывах
  • Методы исследования: усовершенствовало методы идентификации сверхтяжёлых элементов
  • Международное сотрудничество: заложило основы совместных подходов к исследованию тяжёлых элементов

Глобальное влияние

Открытие имело далеко идущие последствия:

  • Расширило понимание ядерной физики и строения атома
  • Продемонстрировало двойственную природу ядерных технологий
  • Открыло пути к открытию ещё более тяжёлых элементов
  • Установило международные протоколы обмена чувствительными научными открытиями

Применение

Для чего используется фермий

Передовые ядерные исследования

Фермий представляет собой самый передний край ядерной науки и служит важной вехой на пути человечества к пониманию пределов материи и фундаментальных сил, связывающих атомные ядра.

Исследование сверхтяжёлых элементов

Фермий играет важную роль в развитии науки о сверхтяжёлых элементах:

  • Мишень: Fm-257 служит мишенью для создания элементов с атомным номером выше 100
  • Ядерные реакции: Бомбардировка лёгкими ионами для синтеза новых сверхтяжёлых элементов
  • Остров стабильности: Исследования предполагаемой области относительно стабильных сверхтяжёлых ядер
  • Проверка оболочечной модели: Проверка теоретических предсказаний о структуре ядерных оболочек

Передовая химия актиноидов

Несмотря на работу всего с несколькими атомами за раз, исследования фер́мия дают уникальные сведения:

  • Химия отдельных атомов: Передовые методы изучения отдельных атомов
  • Степени окисления: Исследование степеней окисления +2 и +3 в растворе
  • Электрохимические свойства: Потенциалы восстановления и электрохимическое поведение
  • Химия комплексообразования: Образование комплексов с различными лигандами

Обучение ядерной физике

Фермий служит исключительным учебным примером для понимания:

  • Пределов ядра: Демонстрация границ ядерной стабильности
  • Типов распада: Альфа-распада, спонтанного деления и электронного захвата
  • Ядерных моделей: Проверка предсказаний оболочечной модели и капельной модели
  • Релятивистских эффектов: Понимание релятивистских эффектов в сверхтяжёлых атомах

Разработка приборов

Работа с фермием стимулирует инновации в передовых технологиях:

  • Обнаружение отдельных атомов: Разработка сверхчувствительных систем обнаружения
  • Автоматизированные системы: Управляемая компьютером химия для быстрых экспериментов
  • Технологии разделения: Передовые методы выделения отдельных атомов
  • Обнаружение излучения: Улучшенные методы измерения слабых радиоактивных сигналов

Исследования теоретической физики

Исследования фер́мия помогают ответить на фундаментальные вопросы о:

  • Ядерных силах: Понимании сильного ядерного взаимодействия в экстремальных условиях
  • Квантовой механике: Релятивистских квантовых эффектах в сверхтяжёлых атомах
  • Пределах периодической таблицы: Насколько тяжёлыми могут становиться элементы при сохранении химических свойств?
  • Фундаментальных постоянных: Проверке того, изменяются ли физические постоянные в экстремальных условиях

Астрофизические применения

Исследования фер́мия помогают понять:

  • Звёздные процессы: R-процесс нуклеосинтеза при слияниях нейтронных звёзд
  • Космическую распространённость: Предсказанное распределение тяжёлых элементов во Вселенной
  • Физику сверхновых: Образование элементов при взрывах звёзд
  • Ядерную астрофизику: Моделирование экстремальных ядерных процессов в космосе

Будущие научные рубежи

Исследования фер́мия открывают возможности для:

  • Открытия новых элементов: Методов создания и идентификации элементов с атомными номерами 101 и выше
  • Квантовых вычислений: Понимания квантовых эффектов в тяжёлых атомах
  • Материаловедения: Теоретических свойств соединений сверхтяжёлых элементов
  • Исследований энергии: Ядерных процессов с участием сверхтяжёлых элементов

Применение в фундаментальных исследованиях

Фермий не имеет абсолютно никаких коммерческих, промышленных или практических применений. Его существование ограничено передовыми лабораториями ядерных исследований, где одновременно изучают лишь несколько атомов.

Исследования ядерной физики

  • Исследование альфа-распада: изучение закономерностей и энергий испускания альфа-частиц
  • Спонтанное деление: изучение самопроизвольного распада тяжёлых ядер
  • Структура ядра: измерение ядерных свойств, таких как спин и магнитные моменты
  • Анализ цепочек распада: отслеживание распада изотопов фер:ия на более лёгкие элементы

Химия отдельных атомов

  • Химическое разделение: разработка методов выделения отдельных атомов
  • Электрохимия: измерение потенциалов восстановления по одному атому за раз
  • Образование комплексов: изучение формирования химических связей фермием
  • Аналитические методы: расширение возможностей химического анализа до уровня отдельных атомов

Исследования в области образования

  • Подготовка аспирантов: обучение передовым методам ядерной химии
  • Теоретическая проверка: проверка предсказаний квантовой механики
  • Научные публикации: вклад в научную литературу по ядерной физике
  • Международное сотрудничество: обмен знаниями с мировым научным сообществом

Разработка технологий

  • Системы обнаружения: повышение чувствительности обнаружения излучения
  • Автоматизация: разработка роботизированных систем для работы с радиоактивными материалами
  • Анализ данных: передовые статистические методы обнаружения редких событий
  • Протоколы безопасности: совершенствование методов работы с чрезвычайно опасными материалами

Показатели исследований

  • Влияние публикаций: научные статьи и обзоры с высоким влиянием
  • Подготовка студентов: диссертации на соискание степени PhD и постдокторские исследования
  • Международное признание: награды и почести за прорывные исследования
  • Сети сотрудничества: создание глобальных исследовательских партнёрств

Крайние ограничения: исследования фер:ия ограничены следующими факторами:

  • производство лишь нескольких атомов в день
  • периоды полураспада от нескольких часов до нескольких дней
  • завершение экспериментов за несколько минут
  • затраты, превышающие $1 миллиард за грамм

Откуда он происходит

Нахождение в природе

0 мг/кг земной коры · более распространён, чем 0% элементов

Полностью синтетический элемент

Фермий не встречается в природе и должен создаваться с помощью самых передовых ядерных технологий, доступных человечеству. Он представляет собой абсолютную вершину синтеза искусственных элементов.

Происхождение при испытаниях ядерного оружия

Фермий впервые был создан в обломках термоядерного оружия после испытаний:

  • Испытание Ivy Mike (1952): первое испытание водородной бомбы привело к образованию фер에서는ия в результате многократного захвата нейтронов
  • Экстремальный поток нейтронов: плотность нейтронов, недостижимая в любой лаборатории
  • Многократный захват: ядра урана захватывали более 17 нейтронов в быстрой последовательности
  • Цепочка бета-распада: тяжёлые изотопы урана распадались с испусканием бета-частиц, превращаясь в фермій

Современные методы получения

Получение в реакторах с высоким потоком нейтронов: современный синтез требует самых мощных в мире источников нейтронов:

  • Исходный материал: мишени из эйнштейния-253, подготовка которых занимает несколько лет
  • Нейтронная бомбардировка: Es-253 + нейтрон → Es-254 → Fm-254 (электронный захват)
  • Альтернативный путь: многократный захват нейтронов мишенями из кюрия в течение нескольких лет
  • Выбор изотопа: можно получать различные изотопы фермія (Fm-252–Fm-257)

Трудности лабораторного синтеза

Создание фермія связано с беспрецедентными техническими препятствиями:

  • Микроскопический выход: за день образуются лишь отдельные атомы
  • Быстрый распад: большинство изотопов распадается в течение нескольких часов
  • Подготовка мишени: подготовка мишеней из эйнштейния требует нескольких лет
  • Загрязнение: фермій образуется одновременно с многочисленными другими радиоактивными элементами

Возможности производства в мире

Фермій когда-либо получали только на трёх предприятиях в мире:

  • Oak Ridge National Laboratory (США): основной источник, использующий High Flux Isotope Reactor
  • Research Institute of Atomic Reactors (Россия): ограниченные возможности производства
  • Institut Laue-Langevin (Франция): периодическое получение исследовательских количеств

Разделение и очистка

Выделение фермія требует чрезвычайных мер:

  • Дистанционные операции: вся обработка выполняется в сильно экранированных горячих камерах
  • Ионный обмен: несколько хроматографических разделений с использованием автоматизированных систем
  • Методы работы с отдельными атомами: обнаружение и манипулирование отдельными атомами
  • Быстрая обработка: разделение должно быть завершено до радиоактивного распада

Статистика производства

  • Общий объём производства: за всё время было выделено менее 10 000 атомов фермія
  • Текущий запас: в любой момент не существует значительных количеств
  • Скорость производства: отдельные атомы в день на лучших предприятиях мира
  • Исследовательские кампании: месяцы подготовки ради нескольких часов исследований

Ограничения по времени

Исследования фермія проходят в условиях чрезвычайного дефицита времени:

  • Fm-257: наиболее долгоживущий изотоп с периодом полураспада 100.5 дня
  • Fm-255: период полураспада 20.1 часа ограничивает время исследований
  • Транспортировка: образцы необходимо использовать сразу после получения
  • Планирование экспериментов: все процедуры должны быть оптимизированы для скорости

Научное достижение: создание фермія — одно из величайших технологических достижений человечества, требующее координации самых передовых ядерных предприятий мира и привлечения высококвалифицированных специалистов.

Обращение

Безопасность

Фермий радиоактивен. У него нет стабильных изотопов — каждое ядро распадается. Для обращения требуются соответствующие средства защиты и лицензия.

Предельная радиологическая опасность

АБСОЛЮТНО МАКСИМАЛЬНАЯ ОПАСНОСТЬ: Фермий представляет собой одно из самых опасных веществ, известных человечеству. Все изотопы отличаются чрезвычайно высокой радиоактивностью и имеют несколько каналов распада, создающих чрезвычайно высокий риск для здоровья.

Катастрофические угрозы для здоровья

  • Интенсивное альфа-излучение: Чрезвычайно высокоэнергетические альфа-частицы вызывают немедленное разрушение клеток
  • Самопроизвольное деление: Fm-256 подвергается самопроизвольному делению с высвобождением нейтронов и осколков деления
  • Гамма-излучение: Высокоэнергетические гамма-лучи глубоко проникают в ткани
  • Внутреннее загрязнение: Микроскопические количества смертельны при вдыхании, проглатывании или всасывании
  • Накопление в костях: Накапливается в костном мозге, вызывая лучевой синдром и рак
  • Генетические повреждения: Вызывает тяжёлые повреждения ДНК и хромосомные аберрации

Протоколы максимальной безопасности

  • Абсолютная изоляция: Несколько независимых систем изоляции с отказоустойчивыми механизмами
  • Только дистанционные операции: Все операции выполняются с помощью дистанционных манипуляторов из защищённых зон
  • Мощная защита: Массивные бетонные и свинцовые экраны для остановки любого излучения
  • Контролируемая атмосфера: Атмосфера инертного газа для предотвращения химических реакций
  • Автоматизированные системы: Операции под управлением компьютера для минимизации воздействия на людей

Требования к защите персонала

  • Нулевой прямой доступ: Персоналу запрещено находиться в одной комнате с неэкранированным фермием
  • Многократная дозиметрия: Мониторинг излучения в реальном времени с автоматическими сигналами тревоги
  • Медицинский контроль: Непрерывное наблюдение за состоянием здоровья, включая анализы крови и медицинские осмотры
  • Защита органов дыхания: Костюмы с избыточным давлением и независимой системой подачи воздуха
  • Аварийная подготовка: Обширная подготовка по процедурам реагирования на радиационные аварии

Процедуры реагирования на аварии

Аварии с фермием приводят в действие протоколы реагирования на чрезвычайные ситуации высшего уровня:

  • Немедленная эвакуация: Системы автоматической эвакуации активируются мгновенно
  • Блокировка объекта: Полная изоляция загрязнённых зон
  • Медицинская чрезвычайная ситуация: Направляются специализированные бригады радиационной медицины
  • Дезактивация: Требуется профессиональное реагирование на радиологические аварии
  • Уведомление государственных органов: Немедленное уведомление органов ядерного регулирования
  • Долгосрочный мониторинг: Пожизненное медицинское наблюдение за всеми подвергшимися воздействию сотрудниками

Международный надзор

  • Контроль ядерных материалов: Подлежит строжайшему международному контролю ядерных материалов
  • Запрет на транспортировку: Как правило, транспортировка запрещена, за исключением случаев, предусмотренных протоколами чрезвычайных ситуаций высшего уровня
  • Специальные разрешения: Для любых операций требуется разрешение правительства высшего уровня
  • Классификация отходов: Классифицируется как радиоактивные отходы высшего уровня
  • Меры безопасности: Физическая защита сопоставима с защитой объектов ядерного оружейного комплекса

Абсолютные запреты

  • Нет доступа для широкой публики: Категорически запрещён за пределами специализированных ядерных объектов
  • Нет коммерческого применения: Не может использоваться в каких-либо коммерческих или промышленных целях
  • Нет учебных демонстраций: Слишком опасен для любого образовательного применения
  • Нет распределения образцов: Не может передаваться между учреждениями без многочисленных разрешений

КРИТИЧЕСКАЯ РЕАЛЬНОСТЬ: Фермий настолько опасен, что даже ведущие ядерные учёные мира работают только с отдельными атомами за один раз. Один микрограмм создавал бы смертельную радиационную опасность для любого, кто находится поблизости.

Краткие ответы

Фермий: часто задаваемые вопросы

Что такое Фермий?

Фермий (символ Fm) — элемент 100 в периодической таблице, представитель семейства актиноид в 7 периоде. Самый тяжёлый элемент, который можно получать в взвешиваемых количествах бомбардировкой нейтронами. При комнатной температуре, как ожидается, это будет твёрдое вещество, и оно радиоактивно.

Какова электронная конфигурация Фермий?

Электронная конфигурация Фермий в основном состоянии — [Rn] 5f¹² 7s²; она включает 7 занятых электронных оболочек с распределением 2, 8, 18, 32, 30, 8, 2.

Каковы температуры плавления и кипения Фермий?

Образец Фермий ещё ни разу не был сконденсирован, поэтому оба значения рассчитаны, а не измерены: предполагается, что он плавится при 1800 K (1526.9 °C) и кипит при не измерено.

Какова атомная масса Фермий?

У Фермий нет стабильных изотопов, поэтому для него не существует стандартной атомной массы. Указанное значение 257 — массовое число наиболее долгоживущего известного изотопа.

Какова плотность Фермий?

Предполагается, что плотность Фермий составляет около 9.7 г/см³, хотя образец, достаточно большой для взвешивания, ещё ни разу не был получен. Для сравнения, плотность воды — 1,0 г/см³.

Какова электроотрицательность Фермий?

Электроотрицательность Фермий по шкале Полинга составляет 1.3. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Значения в этом среднем диапазоне обычно соответствуют ковалентным, а не преимущественно ионным связям.

Кто и когда открыл Фермий?

Фермий был открыт в 1952 году Ghiorso et al.. Назван в честь энрико Ферми.

Насколько распространён Фермий на Земле?

Фермий практически не встречается в природе на Земле — его получают в реакторе или ускорителе.

Является ли Фермий радиоактивным?

Да. Фермий не имеет стабильных изотопов — каждое его ядро распадается. В природе он не встречается в количествах, пригодных для использования, и должен быть синтезирован.