100 Fm Фермий 257*
актиноид f-block Period 7 Radioactive Synthetic

Фермий

Fm · Element 100

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

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C твёрдое~
АТОМНАЯ МАССА 257 u
ELECTRON CONFIGURATION [Rn] 5f¹² 7s²

Строение

Атом фермий

Это не схема 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 связей.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место фермий занимает 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
ПервооткрывательGhiorso et al.

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a фермий atom?

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

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

Фермий плавится при температуре 1800 K; температура кипения не измерена.

Положение

Положение в таблице

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

OTHER АКТИНОИДЫ

All актиноиды

История

Что такое фермий и как его обнаружили

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

The discovery of фермий

Важная веха атомной эпохи

Фермий был открыт в конце 1952 года благодаря анализу обломков после первого испытания водородной бомбы. Это стало драматическим моментом, когда разрушительная мощь 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 взрыва в Хиросиме
  • Ядерная среда: плотность потока нейтронов свыше 10²³ нейтронов/см²/с
  • 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 — мастер актиноидной химии
  • 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 — физик-ядерщик
  • Gregory R. Choppin — Калифорнийский университет в Беркли — радиохимик
  • Eugene Hubel — Лос-Аламосская национальная лаборатория — физик-ядерщик, специалист по оружию

Научное расследование

Для идентификации фер迈ия потребовались исключительные 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: использование нескольких аналитических методов для проверки результатов

Совершенно секретно

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

  • Уровень секретности: засекречено на высшем уровне государственной тайны
  • Научная дилемма: исследователи разрывались между секретностью и обменом научными знаниями
  • Параллельные исследования: одновременные попытки получить фермий в контролируемых лабораторных условиях
  • Рассекречивание: результаты наконец опубликованы в 1955 году

Честь носить имя

Элемент назвали в честь одного из величайших физиков в истории:

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

Лабораторное подтверждение

Учёные быстро приступили к синтезу ферમીия в контролируемых условиях:

  • Циклотрон в Беркли: бомбардировка тяжёлых мишеней ускоренными частицами
  • Ядерные реакторы: облучение актиноидных мишеней нейтронами с высокой плотностью потока
  • Химические исследования: изучение химических свойств ферમીия
  • Исследование изотопов: изучение различных изотопов фермиия и их свойств

Научное значение

Открытие фермиия стало основой для нескольких научных прорывов:

  • Элемент 100: первый элемент, достигший символической отметки в 100 протонов
  • Пределы ядер: продемонстрирована возможность существования чрезвычайно тяжёлых ядер
  • Наука о вооружении: показаны процессы ядерной физики, происходящие при термоядерных взрывах
  • Методы исследования: усовершенствованы методы идентификации сверхтяжёлых элементов
  • Международное сотрудничество: разработаны совместные подходы к исследованию тяжёлых элементов

Глобальное влияние

Открытие имело далеко идущие последствия:

  • Расширило понимание ядерной физики и строения атома
  • Продемонстрировало двойственную природу ядерных технологий
  • Открыло путь к обнаружению ещё более тяжёлых элементов
  • Сформировало международные протоколы обмена конфиденциальными научными открытиями

Применение

Для чего используется фермий

Передовые ядерные исследования

Фермий представляет собой абсолютный передний край ядерной науки, служа важной вехой в стремлении человечества понять пределы материи и фундаментальные силы, связывающие атомные ядра.

Исследования сверхтяжёлых элементов

Фермий играет критически важную роль в развитии науки о сверхтяжёлых элементах:

  • Мишенный материал: Fm-257 используется в качестве мишени для создания элементов с атомным номером более 100
  • Ядерные реакции: Облучение лёгкими ионами для синтеза новых сверхтяжёлых элементов
  • Остров стабильности: Исследования предсказанной области относительно стабильных сверхтяжёлых ядер
  • Проверка оболочечной модели: Проверка теоретических предсказаний строения ядерных оболочек

Передовая химия актиноидов

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

  • Химия одиночных атомов: Разработка новаторских методов 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 материалом для понимания:

  • Ядерных пределов: Демонстрации границ ядерной стабильности
  • Видов распада: Альфа-распада, спонтанного деления и электронного захвата
  • Ядерных моделей: Проверки предсказаний оболочечной модели и капельной модели
  • Релятивистских эффектов: Понимания релятивистских эффектов в сверхтяжёлых атомах

Разработка приборов

Работа с фермием стимулирует инновации в передовых технологиях:

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

Исследования теоретической физики

Исследования ферма помогают отвечать 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, сохраняя химические свойства?
  • Фундаментальных константах: Проверке того, изменяются ли физические константы в экстремальных условиях

Астрофизические применения

Исследования ферма способствуют пониманию:

  • Звёздных процессов: R-процесса нуклеосинтеза при слияниях нейтронных звёзд
  • Космической распространённости: Предсказанного распределения тяжёлых элементов во Вселенной
  • Физики сверхновых: Образования элементов при звёздных взрывах
  • Ядерной астрофизики: Моделирования экстремальных ядерных процессов в космосе

Будущие научные рубежи

Исследования ферма открывают пути к:

  • Открытию новых элементов: Методам создания и идентификации элементов с атомными номерами 101 и выше
  • Квантовым вычислениям: Пониманию квантовых эффектов в тяжёлых атомах
  • Материаловедению: Теоретическим свойствам соединений сверхтяжёлых элементов
  • Исследованиям энергии: Ядерным процессам 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 за один раз изучают всего несколько атомов.

Исследования ядерной физики

  • Исследование альфа-распада: изучение закономерностей и энергий испускания альфа-частиц
  • Спонтанное деление: исследование самопроизвольного распада тяжёлых ядер
  • Структура ядра: измерение ядерных свойств, таких как спин и магнитные моменты
  • Анализ цепочек распада: отслеживание распада изотопов фер​мия с образованием более лёгких элементов

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 сфере 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

Развитие 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: докторские диссертации и постдокторские исследования
  • Международное признание: награды и почести за прорывные исследования
  • Сети сотрудничества: создание глобальных научных партнёрств

Крайние ограничения: исследования ферма ограничены следующими факторами:

  • Производство всего нескольких атомов в день
  • Периоды полураспада от нескольких часов до нескольких дней
  • Завершение экспериментов за считанные минуты
  • Затраты, превышающие $1 миллиард за грамм

Откуда он берётся

Встречаемость в природе

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

Полностью синтетический элемент

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

Происхождение в испытаниях ядерного оружия

Фермий впервые был получен в обломках термоядерного оружия после испытаний:

  • Испытание Ivy Mike (1952): первое испытание водородной бомбы привело к образованию ферми́я в результате многократного захвата нейтронов
  • Экстремальный поток нейтронов: плотность нейтронов, недостижимая в любой лаборатории
  • Многократный захват: ядра Урана последовательно захватили более 17 нейтронов
  • Цепочка бета-распада: тяжёлые изотопы Урана распадались с испусканием бета-частиц, превращаясь в Фермий

Современные методы получения

Получение в реакторах с высоким потоком: современный синтез требует использования 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: могут быть получены различные изотопы ферми́я (Fm-252–Fm-257)

Трудности лабораторного синтеза

Получение ферми́я связано с беспрецедентными техническими трудностями:

  • Микроскопический выход: за день образуются лишь отдельные атомы
  • Быстрый распад: большинство изотопов распадается в течение нескольких часов
  • Подготовка мишеней: подготовка мишеней из Эйнштейния занимает годы
  • Загрязнение: Фермий образуется одновременно со множеством других радиоактивных элементов

Возможности производства в мире

Всего три учреждения в мире когда-либо получали Фермий:

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

Разделение и очистка

Выделение ферми́я 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 манипуляции с отдельными атомами
  • Быстрая обработка: разделение необходимо завершить до радиоактивного распада

Статистика производства

  • Общий объём производства: за всю историю было выделено менее 10 000 атомов ферми́я
  • Текущий запас: значительных количеств не существует ни в один момент времени
  • Скорость производства: отдельные атомы в день на лучших в мире установках
  • Исследовательские кампании: месяцы подготовки ради нескольких часов исследований

Ограничения по времени

Исследования ферми́я 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 максимальной скорости

Научное достижение: получение ферми́я — одно из величайших технологических достижений человечества, требующее координации самых передовых ядерных установок и специалистов со всего мира.

Обращение

Безопасность

Фермий радиоактивен. It has no stable isotope — every nucleus decays. Для обращения требуются соответствующие средства защиты и лицензия.

Предельная радиологическая опасность

АБСОЛЮТНО МАКСИМАЛЬНАЯ ОПАСНОСТЬ: Фермий относится к числу самых опасных веществ, известных человечеству. Все изотопы чрезвычайно радиоактивны; несколько типов распада создают экстремальный 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
  • Концентрация в костях: Накапливается в костном мозге, вызывая лучевой синдром и рак
  • Генетические повреждения: Вызывает тяжёлые повреждения ДНК и хромосомные аберрации

Максимальные протоколы безопасности

  • Абсолютная изоляция: Несколько независимых систем изоляции с отказоустойчивыми механизмами
  • Только дистанционные операции: Все работы выполняются с помощью дистанционных манипуляторов из защищённых зон
  • Мощная защита: Массивные бетонные и свинцовые экраны для остановки всего излучения
  • Контролируемая атмосфера: Атмосфера из 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 одном помещении с неэкранированным фермием
  • Многократный дозиметрический контроль: Мониторинг радиации в реальном времени с автоматической сигнализацией
  • Медицинский мониторинг: Непрерывное наблюдение за состоянием здоровья, включая анализы крови и медицинские осмотры
  • Защита органов дыхания: Костюмы с избыточным давлением и независимой подачей воздуха
  • Аварийная подготовка: Обширное обучение действиям при радиационных авариях

Процедуры реагирования на аварии

Аварии с фермием запускают протоколы чрезвычайной ситуации высшего уровня:

  • Немедленная эвакуация: Автоматические системы 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 самым строгим международным мерам контроля ядерных материалов
  • Запрет на транспортировку: Как правило, транспортировка запрещена, за исключением случаев, предусмотренных протоколами чрезвычайной ситуации высшего уровня
  • Специальные разрешения: Для любых работ требуются государственные разрешения высшего уровня
  • Классификация отходов: Классифицируется как радиоактивные отходы высшего уровня
  • Меры безопасности: Физическая защита сопоставима с защитой объектов ядерного оружейного комплекса

Абсолютные запреты

  • Никакого доступа для публики: Категорически запрещён вне специализированных ядерных объектов
  • Никакого коммерческого применения: Не может использоваться ни в каких коммерческих или промышленных целях
  • Никаких учебных демонстраций: Слишком опасен для любого образовательного применения
  • Никакого распределения образцов: Не может передаваться между учреждениями без многочисленных разрешений

КРИТИЧЕСКАЯ РЕАЛЬНОСТЬ: Фермий настолько опасен, что даже ведущие ядерные учёные мира работают одновременно только с отдельными атомами. Один микрограмм создавал бы смертельную радиационную опасность для любого человека, находящегося поблизости.

Краткие ответы

Фермий: часто задаваемые вопросы

What is Фермий?

Фермий (symbol Fm) is element 100 on the periodic table, a актиноид 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 Фермий?

Фермий'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 Фермий?

No sample of фермий 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 Фермий?

Фермий 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 Фермий?

Фермий 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 Фермий?

Фермий 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 Фермий, and when?

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

How common is Фермий on Earth?

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

Is Фермий radioactive?

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