الفيرميوم: الهيكل والخصائص والاستخدامات والمخاطر - كيمياء - 2025

و الفيرميوم هو عنصر كيميائي إشعاعي تم الحصول عليها من الطريقة الناجمة عن تحول نووي، حيث ردود الفعل من نوع النووية قادرة على تغيير يعتبر العنصر الأساسي مستقرة بشكل مصطنع، وبالتالي تسبب أحد نظائر مشعة أو طبيعة عنصر غير موجود بشكل طبيعي.

تم اكتشاف هذا العنصر في عام 1952 ، خلال أول تجربة نووية ناجحة "Ivi Mike" ، نفذتها مجموعة من العلماء من جامعة كاليفورنيا تحت إشراف ألبرت غيورسو. تم اكتشاف الفيرميوم كمنتج لأول انفجار قنبلة هيدروجينية في المحيط الهادئ.

بعد سنوات ، تم الحصول على الفيرميوم صناعيا في مفاعل نووي ، يقذف البلوتونيوم بالنيوترونات. وفي سيكلوترون ، يقصف اليورانيوم 238 بأيونات النيتروجين.

يتم إنتاج الفيرميوم حاليًا من خلال سلسلة طويلة من التفاعلات النووية ، والتي تتضمن قصف كل نظير في السلسلة بالنيوترونات ثم السماح للنظير الناتج بالخضوع لاضمحلال بيتا.

التركيب الكيميائي

العدد الذري للفرميوم (Fm) هو 100 وتكوينه الإلكتروني هو 5 f ¹² 7 s ². بالإضافة إلى ذلك ، فهي تقع ضمن مجموعة الأكتينيدات التي تشكل جزءًا من الفترة 7 من الجدول الدوري ، وبما أن عددها الذري أكبر من 92 ، فإنها تسمى عنصر ما بعد اليورانيوم.

بهذا المعنى ، فإن الفيرميوم هو عنصر اصطناعي وبالتالي لا يحتوي على نظائر مستقرة. لهذا السبب ليس لديها كتلة ذرية معيارية.

وبالمثل ، فإن الذرات - التي هي نظائر لبعضها البعض - لها نفس العدد الذري لكن كتلة ذرية مختلفة ، مع الأخذ في الاعتبار أن هناك 19 نظيرًا معروفًا للعنصر ، تتراوح من الكتلة الذرية 242 إلى 260.

ومع ذلك ، فإن النظير الذي يمكن إنتاجه بكميات كبيرة على أساس ذري هو Fm-257 ، مع عمر نصف يبلغ 100.5 يوم. هذا النظير هو أيضًا النويدة ذات الكتلة الأعلى والعدد الذري المعزول من أي مفاعل أو مادة منتجة بواسطة منشأة نووية حرارية.

على الرغم من أن الفيرميوم 257 ينتج بكميات أكبر ، إلا أن الفيرميوم 255 أصبح متاحًا بشكل أكبر على أساس منتظم ، ويستخدم بشكل متكرر للدراسات الكيميائية على مستوى التتبع.

الخصائص

تمت دراسة الخصائص الكيميائية للفرميوم بكميات قليلة فقط ، بحيث تكون جميع المعلومات الكيميائية المتاحة التي تم الحصول عليها من التجارب التي أجريت مع آثار العنصر. في الواقع ، في كثير من الحالات يتم إجراء هذه الدراسات باستخدام ذرات قليلة فقط ، أو حتى ذرة واحدة في كل مرة.

وفقًا للجمعية الملكية للكيمياء ، تبلغ درجة انصهار الفرميوم 1527 درجة مئوية (2781 درجة فهرنهايت أو 1800 كلفن) ، ونصف قطرها الذري 2.45 Å ، ونصف قطرها التساهمي 1.67 Å ، و درجة حرارة 20 درجة مئوية في الحالة الصلبة (معدن مشع).

وبالمثل ، فإن معظم خصائصه مثل حالة الأكسدة ، والسلبية الكهربية ، والكثافة ، ونقطة الغليان ، من بين أمور أخرى ، غير معروفة.

حتى الآن ، لم يتمكن أحد من إنتاج عينة كبيرة بما يكفي من الفيرميوم ليتم رؤيتها ، على الرغم من أن التوقعات تشير إلى أنه ، مثل العناصر الأخرى المماثلة ، معدن فضي رمادي.

السلوك في الحلول

يتصرف الفيرميوم في ظروف غير مختزلة بشدة في محلول مائي كما هو متوقع لأيون أكتينيد ثلاثي التكافؤ.

في حمض الهيدروكلوريك المركز ، وحمض النيتريك ، ومحاليل ثيوسيانات الأمونيوم ، يشكل الفيرميوم معقدات أنيونية مع هذه الروابط (جزيء أو أيون يرتبط بكاتيون معدني لتشكيل معقد) ، والذي يمكن امتصاصه ثم التصفية منه. أعمدة تبادل الأنيون.

في ظل الظروف العادية ، يوجد الفيرميوم في محلول مثل Fm ³⁺ أيون ، الذي يحتوي على مؤشر ترطيب يبلغ 16.9 وثابت تفكك الحمض 1.6 × 10 ^-4 (pKa = 3.8) ؛ وبالتالي ، يُعتقد أن الارتباط في معقدات الأكتينيد الخلفية يكون أيونيًا في المقام الأول.

وبالمثل ، من المتوقع أن يكون أيون Fm ³⁺ أصغر من أيونات An ³⁺ السابقة (بلوتونيوم ، أمريسيوم أو أيونات كوريوم) بسبب الشحنة النووية العالية الفعالية للفيرميوم ؛ لذلك ، من المتوقع أن يشكل الفيرميوم روابط ليجند معدنية أقصر وأقوى.

من ناحية أخرى ، يمكن اختزال الفيرميوم (III) بسهولة إلى فيرميوم (II) ؛ على سبيل المثال ، مع كلوريد السماريوم (II) ، الذي يتساوى معه الفيرميوم (II).

الجهد الكهربائي العادي

تم تقدير جهد القطب بحوالي -1.15 فولت بالنسبة إلى قطب الهيدروجين القياسي.

وبالمثل ، يمتلك زوج Fm ²⁺ / Fm ⁰ جهد قطب كهربائي يبلغ -2.37 (10) V ، بناءً على القياسات الاستقطابية ؛ وهذا يعني الفولتميتر.

الاضمحلال الإشعاعي

مثل جميع العناصر الاصطناعية ، يخضع الفيرميوم للاضمحلال الإشعاعي الناتج بشكل أساسي عن عدم الاستقرار الذي يميزه.

ويرجع ذلك إلى توليفات البروتونات والنيوترونات التي لا تسمح بالحفاظ على التوازن ، وتتغير تلقائيًا أو تتحلل حتى تصل إلى شكل أكثر استقرارًا ، وتطلق جزيئات معينة.

يحدث هذا التحلل الإشعاعي من خلال الانشطار التلقائي من خلال تحلل ألفا (كونه عنصرًا ثقيلًا) في كاليفورنيوم 253.

الاستخدامات والمخاطر

لا يحدث تكوين الفيرميوم بشكل طبيعي ولم يتم العثور عليه في قشرة الأرض ، لذلك لا يوجد سبب للنظر في آثاره البيئية.

نظرًا للكميات الصغيرة من الفيرميوم المنتج وقصر عمر النصف له ، لا توجد حاليًا أي استخدامات له خارج نطاق البحث العلمي الأساسي.

بهذا المعنى ، مثل جميع العناصر الاصطناعية ، تعتبر نظائر الفيرميوم مشعة للغاية وتعتبر شديدة السمية.

على الرغم من أن قلة من الناس يتلامسون مع الفيرميوم ، فقد وضعت اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع حدودًا سنوية للتعرض لأكثر النظيرين استقرارًا.

بالنسبة للفرميوم 253 ، تم ضبط حد الابتلاع عند 107 بيكريل (1 بيكريل تعادل تحلل واحد في الثانية) وحد الاستنشاق عند 105 بيكريل ؛ بالنسبة للفرميوم 257 ، القيم هي 105 بيكريل و 4000 بيكريل على التوالي.

المراجع

1. غيورسو ، أ. (2003). أينشتينيوم وفيرميوم. الأخبار الكيميائية والهندسية، 81 (36) ، 174-175. تعافى من pubs.acs.org
2. بريتانيكا ، إي (بدون تاريخ). فيرميوم. تعافى من britannica.com
3. الجمعية الملكية للكيمياء. (سادس). فيرميوم. تم الاسترجاع من rsc.org
4. ThoughtCo. (سادس). حقائق الفيرميوم. تعافى من thinkco.com
5. ويكيبيديا. (سادس). فيرميوم. تم الاسترجاع من en.wikipedia.org