关于镅(化学元素)的详细信息的完整收集
中文名:mbth:费米元素符号:Fm原子量:257元素类型:锕系元素类型:金属元素发现者:焦索原子序数:100危害:放射性发现简史、物理性质、化学性质、矿物分布、制备方法、核反应堆生成、在合成领域及在核爆炸中的应用发现简史作者:焦索时间:1952地点:美国发现过程:与苟一样，从遗迹中分析名字的由来:为纪念科学家恩利克·费密而命名。镅是在1952年第一颗氢弹爆炸后的沉降物中发现的，并以获得诺贝尔奖的核物理学家恩利克·费密的名字命名。其化学性质符合较重锕系元素的典型性质，倾向于形成+3氧化态，但也可形成+2态。由于产量低，镅在基础科学研究之外没有实际用途。像其他合成同位素一样，镅具有很高的放射性和毒性。镅是在第一颗成功引爆的氢弹“常春藤麦克”的落尘中首次发现的1952+065438+10月1。在对放射性坠尘进行初步检查后，科学家发现了一种新的钋同位素(24494Pu)，它只能通过铀-238吸收6个中子，然后进行两次β转化而形成。当时普遍认为，重核吸收中子是一种罕见的现象，但24494Pu的形成意味着铀核可能会吸收更多的中子，从而产生更重的元素。很快在与爆炸云接触过的滤纸上发现了99号元素(浣熊)。(24494Pu也是携带滤纸的飞机飞过沉降云时发现的。)1952 12二月阿尔伯特·吉奥索(albert ghiorso)等人在加州大学伯克利分校确定了浣熊元素。他们发现了同位素Es(半衰期为20.5天)。这种同位素是在铀-238原子核俘获15个中子后形成的，然后经历了7次β衰变:一些U原子可以俘获16或17个中子。镅(Z = 100)的发现需要更多的研究样本，因为它的产量预计至少比浣熊少一个数量级。因此，进行核试验的埃尼威托克环礁被污染的珊瑚礁被送往加利福尼亚州劳伦斯·伯克利国家实验室进行处理和分析。核试验两个月后，研究人员分离出一部分样本，发现它发射出高能α粒子(7.1 MeV)，半衰期约为1天。如此短的半衰期意味着它一定来自于某种同位素的β衰变，即样品本身一定是新元素100的同位素。不久，衰变源被确认为Fm( t = 20.07(7)小时)。因为是在冷战时期，这种新元素的发现信息和关于中子俘获的新数据被美军列为机密，直到1955才对外公布。然而，伯克利的团队通过中子撞击钋-239合成了元素99和100，并在1954发表了研究结果。报告附有一份说明，指出这些内容以前已经研究过。“常春藤迈克”核弹研究解密于1955。伯克利的团队担心其他研究团队会在他们的机密研究结果发表之前，通过离子撞击方法找到更轻的镅同位素。事实上，来自瑞典斯德哥尔摩诺贝尔物理研究所的一个团队单独发现了这种元素。他们用氧-16离子击中23892U靶，合成了同位素FM (t = 30min)，并于1954年5月发布了这一发现。但普遍认为伯克利团队发现镅更早，所以团队有命名权。他们决定将它命名为费米子，以纪念核子弹之父恩利克·费密。镅的命名以纪念恩利克·费密的物理性质和相对原子质量:257镅电负性:1.3外围电子组态:5f127s2核外电子组态:2，8，18，32，30，8同位素和辐射:Fm-249[3m] Fm-257 (α φ)氧化态:主Fm+2，Fm+3电子亲和能总和:0kJ mol-65438*价半径:0埃化学性质镅是合成元素，符号Fm，原子序100，属于锕系元素。镅是用中子撞击较轻的元素所能产生的最重的元素，也就是说，它是最后一种可以大量制造的元素。人们还没有制造出纯镅。镅* * *有19个已知同位素，其中Fm的保留时间最长，半衰期为100.5天。同位素:目前NUBASE 2003列出了19中镅的同位素，原子量从242到260不等，其中Fm存活时间最长，半衰期为100.5天。Fm的半衰期分别为3天、5.3小时、25.4小时、3.2小时、20.1小时和2.6小时。其余同位素的半衰期从30分钟到几毫秒不等。中子俘获形成的Fm和Fm自发分裂，半衰期只有370(14)毫秒。Fm和Fm也极不稳定，自发裂变(半衰期分别为1.5(3)秒和4毫秒)。这意味着中子俘获不能用来制造质量数高于257的核素，除非是在核爆炸中产生的。由于Fm在α中衰变，并且它不经历β转变(这将形成下一种元素:钐)，镅是中子俘获可以产生的最后一种元素。镅的化学研究是在溶液中用示踪法进行的，至今还没有制成固体化合物。总的来说，镅在溶液中处于Fm离子态，水合数为16.9，酸度系数为1.6×10(p K a = 3.8)。Fm会与各种具有硬给电子原子(如氧)的有机配体络合，形成的络合物一般比镅之前的锕系元素更稳定。它还会与氯、氮等配体形成络合离子，也比铯或锎形成的离子更稳定。认为较重的锕系元素形成的络合键主要是离子键:由于镅的有效核电荷较高，Fm离子有望比之前的锕系元素形成的an离子更小，这使得镅能够与配体形成更短更强的化学键。Fm很容易还原成Fm，比如镅会和二氯化钐沉淀。镅的电极电位预计与镱(ⅲ)和镱(ⅱ)的电极电位相近，相对标准电极电位约为ㄢ.15 V，与理论计算一致。Fm和Fm之间的电极电位为3。37(10) V。毒性:尽管很少有人接触过镅，但国际辐射防护委员会仍然对镅的两种最稳定的同位素的年辐射剂量提出建议。镅-253的摄入剂量限值为10Bq(1 Bq相当于每秒衰变一次)，吸入剂量限值为10Bq；镅-257分别是10Bq和4000 Bq。化合物目前，镅的化合物被称为Fm2O3(三氧化镅)、FmCl3(三氯化镅)和FmF3(三氟化镅)。因为镅的所有同位素的半衰期都很短，所以所有原始的镅核素，也就是地球形成时可能存在的镅，都还存在。镅也可以通过地壳中锕系元素(铀和钍)的多中子俘获产生，但这种可能性极小。因此，地球上几乎所有的镅都是在科学实验室、高能核反应堆或核武器试验中产生的，合成后只能维持不到几个月。浣熊和镅曾经在Gapeng Oklo的天然核反应堆中自然产生，但现在已经不形成了。该制备方法用比被轰击原子轻的粒子轰击比镅轻的超铀元素。镅也可以通过中子俘获来制备。核反应堆产生的镅是由中子撞击核反应堆中的锕系元素而产生的。镅-257是中子俘获能产生的最重同位素，其产量最多可达纳克(1×10g)。镅主要产于位于美国田纳西州橡树岭国家实验室的85兆瓦高通率同位素反应堆(HFIR)。该反应器专门用于制造超锔元素(Z >；96)。实验室每次辐照锔一般能生产几十克(1×10克)锎，几毫克(1×10克)铥和苝，几皮克(1×10克)。或者专门做几纳克(1×10g)或几微克(1×10g)的镅做实验。20-20万吨热核爆炸产生的镅量估计也就几微克，但其中混有大量残余碎片。在1969年7月6日进行的“哈奇”核试验中，从10公斤的残余碎片中提取了40微微克的Fm。镅产生后，必须与裂变产生的其他锕系元素和镧系元素分离。通常使用离子交换色谱法，并且使用在α-羟基异丁酸盐的氨溶液中稀释的阳离子交换剂(例如Dowex 50或TEVA)。正离子越小，与α-羟基异丁酸负离子形成的络合物越稳定，所以该层优先在洗脱柱中被萃取。另一种方法使用分离结晶。虽然Fm是最稳定的镅同位素，半衰期为100.5天，但Fm用于大多数研究，半衰期为20.07(7)小时。这是因为后者是Es的衰变产物(半衰期为39.8(12)天)，很容易分离。分析核爆10万吨核弹“常春藤麦克”的沉降物是一个长期项目，其目的是研究高能核爆中超铀元素的生产效率。使用核爆的原因如下:铀转化为超铀元素需要多次中子俘获，俘获几率随中子通量的增大而增大。核爆炸是最强的中子源，每平方厘米每微秒可产生10个中子(约10个中子/(cm·s))。相比之下，高通率同位素反应堆的中子通量仅为5×10中子/(cm·s)。埃尼威托克环礁爆炸现场立即成立了一个实验室，对放射性沉降物进行初步分析，因为一些同位素可能在送往美国之前已经衰变。飞机在核爆后带着滤纸飞过环礁，并立即将样本送回实验室。起初，人们希望找到比镅更重的元素，但在环礁从1954到1956进行了一系列百万吨级核试验后，这些元素仍然没有找到。因为认为在密闭空间核爆炸可能会增加产生重元素的可能性，内华达试验基地(现内华达国家安全区)在1960年代进行了地下核试验，并收集了数据。除了普通的铀，核弹还含有镅以及钍和铀的混合物，还有钋和镎的混合物。因为装载的重元素提高了裂变率，导致更重的同位素损失，所以测试结果的产额较少。由于原子尘分布在地下300至600米的熔融汽化岩石中，在这样的深度钻孔取样效率很低，提取分离产物也非常困难。从1962到1969进行的9次地下核试验中，最后一次规模最大，超铀元素产量最高。在产额与原子质量数的关系图(左图)中，质量较低、质量数为奇数的同位素产额较低，所以在图中产生了一条锯齿形曲线。这是因为奇数核的同位素具有更高的裂变率。研究中最大的问题是收集爆炸后散落在各处的原子尘埃。携带滤纸的飞机只吸收了总量的4×10，在埃尼威托克环礁收集的量只增加了两个数量级。哈奇核试验后60天，500公斤岩石中只有10被提取出来。这块500公斤的岩石所含的超铀元素仅比爆炸7天后获得的0.4公斤岩石多30倍。这证明超铀元素的数量与采集的岩石重量不成正比。为了加快样品采集的速度，人们在核试验前在爆炸的源头钻了几个竖井，这样爆炸就会通过竖井把足够的样品从中心带到地表，方便取样。这种方法在“Anacostia”和“Kennebec”核试验中尝试过，并立即提供了数百公斤的材料用于研究，但锕系元素的浓度比钻探获得的样品少三倍。虽然这种方法可以有效地帮助研究保留时间短的同位素，但不能从整体上提高锕系元素的产率。虽然这一系列核试验没有产生任何新元素(钚和镅除外)，获得的超铀元素数量也不理想，但生产的稀有重同位素总量仍然比以前实验室合成的多。用哈奇核试验获得的6×10 Fm原子研究了Fm的热中子诱发裂变，产生了一种新的镅同位素Fm。还有大量收集到的稀有Cm同位素，很难从Cm中产生:Cm的半衰期(64分钟)相对于反应堆需要几个月的辐射来说太短了，但对于核爆期来说就很长了。应用程序域没有实际用途。