फेर्मियम

फर्मियम प्रतीक (रसायन विज्ञान) एफएम और परमाणु संख्या 100 के साथ एक सिंथेटिक तत्व है। यह एक एक्टिनाइड और सबसे भारी तत्व है जिसे हल्के तत्वों के न्यूट्रॉन बमबारी द्वारा बनाया जा सकता है, और इसलिए अंतिम तत्व जो मैक्रोस्कोपिक मात्रा में तैयार किया जा सकता है, हालांकि शुद्ध फर्मियम धातु अभी तक तैयार नहीं हुई है। कुल 19 समस्थानिक ज्ञात हैं, साथ में 257एफएम 100.5 दिनों के आधे जीवन के साथ सबसे लंबे समय तक जीवित रहा।

यह 1952 में आइवी माइक उदजन बम विस्फोट के मलबे में खोजा गया था, और परमाणु भौतिकी के अग्रदूतों में से एक एनरिको फर्मी के नाम पर रखा गया था। इसकी रसायन विज्ञान बाद के एक्टिनाइड्स के लिए विशिष्ट है, जिसमें +3 ऑक्सीकरण अवस्था की प्रबलता है, लेकिन एक सुलभ +2 ऑक्सीकरण अवस्था भी है। उत्पादित फर्मियम की छोटी मात्रा और इसके सभी समस्थानिकों की अपेक्षाकृत कम अर्ध-जीवन होने के कारण, वर्तमान में बुनियादी वैज्ञानिक अनुसंधान के बाहर इसका कोई उपयोग नहीं है।

डिस्कवरी
फर्मियम की खोज पहली बार 'आइवी माइक' परमाणु परीक्षण (1 नवंबर 1952) के नतीजे में हुई थी, जो हाइड्रोजन बम का पहला सफल परीक्षण था। विस्फोट से मलबे की प्रारंभिक जांच में प्लूटोनियम, प्लूटोनियम -244 के एक नए आइसोटोप का उत्पादन दिखाया गया था|: यह केवल एक यूरेनियम-238 नाभिक द्वारा छह न्यूट्रॉन के अवशोषण के बाद दो बीटा क्षय द्वारा निर्मित हो सकता है|β− क्षय। उस समय, एक भारी नाभिक द्वारा न्यूट्रॉन के अवशोषण को एक दुर्लभ प्रक्रिया माना जाता था, लेकिन इसकी पहचान  ने संभावना जताई कि यूरेनियम नाभिकों द्वारा और अधिक न्यूट्रॉनों को अवशोषित किया जा सकता था, जिससे नए तत्वों का निर्माण हुआ। एलिमेंट 99 ( आइंस्टिनियम ) को फ़िल्टर पेपर पर जल्दी से खोजा गया था जो कि विस्फोट से बादल के माध्यम से उड़ाया गया था (वही नमूना तकनीक जिसका उपयोग खोजने के लिए किया गया था ). इसके बाद दिसंबर 1952 में बर्कले में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में अल्बर्ट घिरसो और सहकर्मियों द्वारा इसकी पहचान की गई।  उन्होंने आइसोटोप की खोज की 253Es (अर्ध-जीवन 20.5 दिन) जो यूरेनियम-238 नाभिकों द्वारा 15 न्यूट्रॉनों के न्यूट्रॉन कैप्चर द्वारा बनाया गया था - जिसके बाद लगातार सात बीटा क्षय हुए: 

 कुछ 238यू परमाणु, हालांकि, न्यूट्रॉन की एक और मात्रा (सबसे अधिक संभावना, 16 या 17) पर कब्जा कर सकते हैं।

फेरमियम (Z = 100) की खोज के लिए अधिक सामग्री की आवश्यकता थी, क्योंकि उपज 99 तत्व की तुलना में कम से कम परिमाण के क्रम में होने की उम्मीद थी, और Enewetak एटोल  (जहां परीक्षण हुआ था) से दूषित मूंगा था प्रसंस्करण और विश्लेषण के लिए बर्कले, कैलिफोर्निया में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय विकिरण प्रयोगशाला में भेज दिया गया। परीक्षण के लगभग दो महीने बाद, लगभग एक दिन के आधे जीवन के साथ उच्च-ऊर्जा α-कण (7.1 MeV) उत्सर्जित करने वाले एक नए घटक को अलग किया गया। इतने कम आधे जीवन के साथ, यह केवल β से उत्पन्न हो सकता है− आइंस्टीनियम के एक आइसोटोप का क्षय, और इसलिए नए तत्व 100 का एक आइसोटोप होना था: इसे जल्दी से पहचान लिया गया था 255एफएम (t = 20.07(7) hours).

शीत युद्ध के तनाव के कारण 1955 तक नए तत्वों की खोज, और न्यूट्रॉन कैप्चर पर नए डेटा को शुरू में अमेरिकी सेना के आदेशों पर गुप्त रखा गया था। फिर भी, बर्कले टीम प्लूटोनियम -239 के न्यूट्रॉन बमबारी के माध्यम से नागरिक साधनों द्वारा 99 और 100 तत्व तैयार करने में सक्षम थी, और 1954 में इस काम को इस अस्वीकरण के साथ प्रकाशित किया कि यह पहला अध्ययन नहीं था जो तत्वों पर किया गया था. आइवी माइक अध्ययनों को 1955 में अवर्गीकृत और प्रकाशित किया गया था।

बर्कले टीम चिंतित थी कि उनके वर्गीकृत शोध को प्रकाशित करने से पहले एक अन्य समूह आयन-बमबारी तकनीकों के माध्यम से 100 तत्व के हल्के समस्थानिकों की खोज कर सकता है, और यह मामला साबित हुआ। स्टॉकहोम में नोबेल इंस्टीट्यूट फॉर फिजिक्स के एक समूह ने स्वतंत्र रूप से तत्व की खोज की, एक आइसोटोप का उत्पादन बाद में होने की पुष्टि हुई 250एफएम (टी1/2= 30 मिनट) बमबारी करके ऑक्सीजन -16 आयनों के साथ लक्ष्य, और मई 1954 में अपना काम प्रकाशित किया। फिर भी, बर्कले टीम की प्राथमिकता को आम तौर पर मान्यता दी गई थी, और इसके साथ पहले कृत्रिम आत्मनिर्भर परमाणु रिएक्टर के विकासकर्ता एनरिको फर्मी के सम्मान में नए तत्व का नाम देने का विशेषाधिकार था। फर्मी तब भी जीवित थी जब नाम प्रस्तावित किया गया था, लेकिन आधिकारिक होने के समय तक उसकी मृत्यु हो गई थी।

समस्थानिक


एन में सूचीबद्ध फर्मियम के 20 समस्थानिक हैं UBASE  2016, 241 से 260 के परमाणु भार के साथ, जिसका कि 257एफएम 100.5 दिनों के आधे जीवन के साथ सबसे लंबे समय तक जीवित रहता है। 253एफएम का आधा जीवन 3 दिन है, जबकि 2515.3 घंटे का एफएम, 25225.4 घंटे का एफएम, 2543.2 घंटे का एफएम, 25520.1 घंटे का एफएम, और 2562.6 घंटे का एफएम। शेष सभी का आधा जीवन 30 मिनट से लेकर एक मिलीसेकंड से कम है। फेरमियम-257 का न्यूट्रॉन कैप्चर उत्पाद, 258एफएम, केवल 370(14) माइक्रोसेकंड के आधे जीवन के साथ सहज विखंडन से गुजरता है; 259एफएम और 260एफएम सहज विखंडन के संबंध में भी अस्थिर हैं (टी1/2= 1.5(3) एस और 4 एमएस क्रमशः)। इसका मतलब यह है कि न्यूट्रॉन कैप्चर का उपयोग 257 से अधिक द्रव्यमान संख्या वाले न्यूक्लाइड बनाने के लिए नहीं किया जा सकता है, जब तक कि परमाणु विस्फोट में नहीं किया जाता। जैसा 257Fm एक अल्फ़ा क्षय|α-उत्सर्जक, क्षय करने वाला है 253Cf, और कोई भी ज्ञात फ़ेर्मियम समस्थानिक बीटा माइनस क्षय से अगले तत्व, मेंडलीव तक नहीं जाता है, फ़र्मियम भी अंतिम तत्व है जिसे न्यूट्रॉन-कैप्चर प्रक्रिया द्वारा तैयार किया जा सकता है।  भारी समस्थानिकों के निर्माण में इस बाधा के कारण ये अल्पायु समस्थानिक होते हैं 258–260Fm तथाकथित फेरमियम गैप का गठन करते हैं।

उत्पादन
परमाणु रिएक्टर में न्यूट्रॉन के साथ लाइटर एक्टिनाइड्स की बमबारी से फर्मियम का उत्पादन होता है। Fermium-257 सबसे भारी आइसोटोप है जिसे न्यूट्रॉन कैप्चर के माध्यम से प्राप्त किया जाता है, और इसे केवल पिकोग्राम मात्रा में ही उत्पादित किया जा सकता है। प्रमुख स्रोत टेनेसी, यूएसए में ओक रिज राष्ट्रीय प्रयोगशाला  में 85 MW  उच्च प्रवाह आइसोटोप रिएक्टर  (HFIR) है, जो ट्रांसक्यूरियम (Z > 96) तत्वों के उत्पादन के लिए समर्पित है। कम द्रव्यमान वाले फर्मियम समस्थानिक अधिक मात्रा में उपलब्ध हैं, हालांकि ये समस्थानिक (254एफएम और 255एफएम) तुलनात्मक रूप से अल्पकालिक हैं। ओक रिज पर एक विशिष्ट प्रसंस्करण अभियान में, दसियों ग्राम  अदालत  का विकिरण किया जाता है ताकि कलिफ़ोरनियम की डेसीग्राम मात्रा,  बर्कीलियम  और आइंस्टीनियम की मिलीग्राम मात्रा, और फर्मियम की पिकोग्राम मात्रा का उत्पादन किया जा सके। हालाँकि, नैनोग्राम विशिष्ट प्रयोगों के लिए फर्मियम की मात्रा तैयार की जा सकती है। 20-200 किलोटन थर्मोन्यूक्लियर विस्फोटों में उत्पादित फर्मियम की मात्रा को मिलीग्राम के क्रम का माना जाता है, हालांकि यह भारी मात्रा में मलबे के साथ मिश्रित होता है; 4.0 पिकोग्राम ऑपरेशन मैंड्रेल परीक्षण (16 जुलाई 1969) से 10 किलोग्राम मलबे से 257Fm बरामद किया गया था। हच प्रयोग ने अनुमानित कुल 250 माइक्रोग्राम का उत्पादन किया 257एफएम.

उत्पादन के बाद, फर्मियम को अन्य एक्टिनाइड्स और लैंथेनाइड विखंडन उत्पादों से अलग किया जाना चाहिए। यह आमतौर पर आयन एक्सचेंज क्रोमैटोग्राफी द्वारा प्राप्त किया जाता है, मानक प्रक्रिया के साथ डोवेक्स 50 या टी जैसे कटियन एक्सचेंजर का उपयोग किया जाता है। EVA अमोनियम α-hydroxyisobutyrate के एक समाधान के साथ eluted। छोटे धनायन α-hydroxyisobutyrate आयनों के साथ अधिक स्थिर परिसरों का निर्माण करते हैं, और इसलिए स्तंभ से अधिमानतः eluted हैं। एक तीव्र भिन्नात्मक क्रिस्टलीकरण (रसायन विज्ञान) विधि का भी वर्णन किया गया है। हालांकि फर्मियम का सबसे स्थिर समस्थानिक है 257एफएम, 100.5 दिनों के आधे जीवन के साथ, अधिकांश अध्ययन किस पर आयोजित किए जाते हैं 255एफएम (टी1/2= 20.07(7) घंटे), चूंकि इस आइसोटोप को आवश्यकतानुसार आसानी से अलग किया जा सकता है क्योंकि इसके क्षय उत्पाद 255यह है (टी1/2= 39.8(12) दिन)।

परमाणु विस्फोटों में संश्लेषण
10-टीएनटी समकक्ष आइवी माइक परमाणु परीक्षण में मलबे का विश्लेषण दीर्घकालिक परियोजना का एक हिस्सा था, जिनमें से एक लक्ष्य उच्च-शक्ति वाले परमाणु विस्फोटों में ट्रांसयूरेनियम तत्वों के उत्पादन की दक्षता का अध्ययन करना था। इन प्रयोगों की प्रेरणा इस प्रकार थी: यूरेनियम से ऐसे तत्वों के संश्लेषण के लिए कई न्यूट्रॉन कैप्चर की आवश्यकता होती है। इस तरह की घटनाओं की संभावना न्यूट्रॉन प्रवाह के साथ बढ़ जाती है, और परमाणु विस्फोट सबसे शक्तिशाली न्यूट्रॉन स्रोत हैं, जो क्रम 10 की घनत्व प्रदान करते हैं।23 न्यूट्रॉन/सेमी2 एक माइक्रोसेकंड के भीतर, यानी लगभग 1029 न्यूट्रॉन/(सेमी2·s). इसकी तुलना में HFIR रिएक्टर का फ्लक्स 5 है न्यूट्रॉन/(सेमी2·s). मलबे के प्रारंभिक विश्लेषण के लिए एनेवेटक एटोल में एक समर्पित प्रयोगशाला स्थापित की गई थी, क्योंकि कुछ आइसोटोप उस समय तक क्षय हो सकते थे जब तक मलबे के नमूने यू.एस. जो परीक्षण के बाद एटोल के ऊपर से उड़ गया। जबकि फर्मियम से भारी नए रासायनिक तत्वों की खोज की उम्मीद थी, वे एटोल में 1954 और 1956 के बीच किए गए मेगाटन विस्फोटों की एक श्रृंखला के बाद नहीं पाए गए थे।

नेवादा राष्ट्रीय सुरक्षा साइट पर 1960 के दशक में संचित भूमिगत परीक्षण डेटा द्वारा वायुमंडलीय परिणामों को पूरक बनाया गया था, क्योंकि यह आशा की गई थी कि सीमित स्थान में किए गए शक्तिशाली विस्फोटों से बेहतर पैदावार और भारी आइसोटोप हो सकते हैं। पारंपरिक यूरेनियम आवेशों के अलावा, यूरेनियम के संयोजनों को अमरीशियम और थोरियम के साथ-साथ मिश्रित प्लूटोनियम-नेप्टुनियम आवेश की कोशिश की गई है। वे उपज के मामले में कम सफल रहे, जिसका श्रेय भारी-तत्व शुल्कों में बढ़ी हुई विखंडन दरों के कारण भारी आइसोटोप के मजबूत नुकसान को दिया गया। उत्पादों के अलगाव को समस्याग्रस्त पाया गया, क्योंकि विस्फोट 300-600 मीटर की बड़ी गहराई के नीचे चट्टानों को पिघलाने और वाष्पीकृत करने के माध्यम से मलबे को फैला रहे थे, और उत्पादों को निकालने के लिए इतनी गहराई तक ड्रिलिंग धीमी और अक्षम दोनों थी। एकत्रित मात्रा का। नौ भूमिगत परीक्षणों में से, जो 1962 और 1969 के बीच किए गए थे और कोडनेम एनाकोस्टिया (5.2 टीएनटी समतुल्य, 1962), केनेबेक (<5 किलोटन, 1963), पार (38 किलोटन, 1964), बारबेल (<20 किलोटन, 1964), ट्वीड (<20 किलोटन, 1965), साइक्लेमेन (13 किलोटन, 1966), कांकाकी (20-200 किलोटन, 1966), वल्कन (25 किलोटन, 1966) और हच (20-200 किलोटन, 1969), अंतिम वाला सबसे शक्तिशाली था और इसमें ट्रांसयूरेनियम तत्वों की उच्चतम उपज थी। परमाणु द्रव्यमान संख्या पर निर्भरता में, उपज ने उनके उच्च विखंडन दर के कारण विषम समस्थानिकों के लिए कम मूल्यों के साथ देखा-दाँत व्यवहार दिखाया। हालांकि, पूरे प्रस्ताव की प्रमुख व्यावहारिक समस्या शक्तिशाली विस्फोट से फैले रेडियोधर्मी मलबे को इकट्ठा करना था। विमान के फिल्टर केवल लगभग 4 का ही विज्ञापन करते हैं{{e|-14}एनेवेटक एटोल में कुल राशि और टन कोरल के संग्रह ने परिमाण के केवल दो आदेशों से इस अंश में वृद्धि की। हच विस्फोट के 60 दिन बाद लगभग 500 किलोग्राम भूमिगत चट्टानों का निष्कर्षण लगभग 10 ही बरामद हुआ-7 कुल शुल्क का। 500 किलोग्राम के इस बैच में ट्रांसयूरेनियम तत्वों की मात्रा परीक्षण के 7 दिन बाद उठाए गए 0.4 किलोग्राम के चट्टान की तुलना में केवल 30 गुना अधिक थी। इस अवलोकन ने पुनः प्राप्त रेडियोधर्मी चट्टान की मात्रा पर ट्रांसयुरेनियम तत्वों की उपज की अत्यधिक गैर-निर्भरता का प्रदर्शन किया। विस्फोट के बाद नमूना संग्रह में तेजी लाने के लिए, शाफ्ट को परीक्षण के बाद नहीं बल्कि परीक्षण से पहले साइट पर ड्रिल किया गया था, ताकि विस्फोट सतह के पास वॉल्यूम एकत्र करने के लिए, शाफ्ट के माध्यम से अधिकेंद्र से रेडियोधर्मी सामग्री को बाहर निकाल दे। इस विधि को एनाकोस्टिया और केनेबेक परीक्षणों में आजमाया गया था और तुरंत सैकड़ों किलोग्राम सामग्री प्रदान की गई थी, लेकिन ड्रिलिंग के बाद प्राप्त नमूनों की तुलना में एक्टिनाइड सांद्रता 3 गुना कम थी; जबकि इस तरह की विधि अल्पकालिक समस्थानिकों के वैज्ञानिक अध्ययन में कुशल हो सकती थी, यह उत्पादित एक्टिनाइड्स की समग्र संग्रह दक्षता में सुधार नहीं कर सकती थी। हालांकि परमाणु परीक्षण मलबे में कोई नया तत्व (आइंस्टीनियम और फर्मियम के अलावा) का पता नहीं लगाया जा सका, और ट्रांसयूरेनियम तत्वों की कुल पैदावार निराशाजनक रूप से कम थी, इन परीक्षणों ने प्रयोगशालाओं में पहले से उपलब्ध दुर्लभ भारी समस्थानिकों की काफी अधिक मात्रा प्रदान की। उदाहरण के लिए, 6 के परमाणु हच विस्फोट के बाद 257Fm बरामद किया जा सका। इसके बाद इनका थर्मल-न्यूट्रॉन प्रेरित विखंडन के अध्ययन में उपयोग किया गया 257एफएम और एक नए फर्मियम आइसोटोप की खोज में 258एफएम. साथ ही, दुर्लभ 250सेमी आइसोटोप को बड़ी मात्रा में संश्लेषित किया गया था, जो कि इसके पूर्वज से परमाणु रिएक्टरों में उत्पादन करना बहुत मुश्किल है। 249सेमी; का आधा जीवन 249सेमी (64 मिनट) महीनों लंबे रिएक्टर विकिरणों के लिए बहुत कम है, लेकिन विस्फोट समय के पैमाने पर बहुत लंबा है।

प्राकृतिक घटना
फर्मियम के सभी समस्थानिकों के कम आधे जीवन के कारण, कोई भी आदिम न्यूक्लाइड फर्मियम, जो कि फर्मियम है जो अपने गठन के दौरान पृथ्वी पर मौजूद हो सकता है, अब तक क्षय हो गया है। पृथ्वी की पपड़ी में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले एक्टिनाइड्स यूरेनियम और थोरियम से फ़र्मियम के संश्लेषण के लिए कई न्यूट्रॉन कैप्चर की आवश्यकता होती है, जो कि एक अत्यंत असंभावित घटना है। इसलिए, वैज्ञानिक प्रयोगशालाओं, उच्च-शक्ति वाले परमाणु रिएक्टरों, या परमाणु हथियारों के परीक्षण में पृथ्वी पर अधिकांश फर्मियम का उत्पादन होता है, और संश्लेषण के समय से कुछ महीनों के भीतर ही मौजूद होता है। ठीक  में प्राकृतिक परमाणु विखंडन रिएक्टर में एमरिकियम से फेरमियम तक के ट्रांसयूरानिक तत्व स्वाभाविक रूप से पाए जाते हैं, लेकिन अब ऐसा नहीं होता है।

रसायन विज्ञान
ट्रेसर तकनीकों का उपयोग करके समाधान में केवल फर्मियम के रसायन का अध्ययन किया गया है, और कोई ठोस यौगिक तैयार नहीं किया गया है। सामान्य परिस्थितियों में, फर्मियम एफएम के रूप में समाधान में मौजूद होता है3+ आयन, जिसकी जलयोजन संख्या 16.9 और अम्ल पृथक्करण स्थिरांक 1.6 है (पकa = 3.8). एफएम3+ ऑक्सीजन जैसे एचएसएबी सिद्धांत दाता परमाणुओं के साथ कार्बनिक लिगेंड की एक विस्तृत विविधता के साथ परिसरों का निर्माण करता है, और ये परिसर आमतौर पर पूर्ववर्ती एक्टिनाइड्स की तुलना में अधिक स्थिर होते हैं। यह क्लोराइड या नाइट्रेट जैसे लिगेंड के साथ आयनिक कॉम्प्लेक्स भी बनाता है और, फिर से, ये कॉम्प्लेक्स आइंस्टीनियम या कैलिफ़ोर्नियम द्वारा गठित की तुलना में अधिक स्थिर दिखाई देते हैं। ऐसा माना जाता है कि बाद के एक्टिनाइड्स के परिसरों में बंधन ज्यादातर चरित्र में आयनिक बंधन है: एफएम3+ आयन पिछले An से छोटा होने की उम्मीद है3+ आयन फर्मियम के उच्च प्रभावी परमाणु प्रभार के कारण, और इसलिए फर्मियम से छोटे और मजबूत धातु-लिगैंड बॉन्ड बनाने की उम्मीद की जाएगी।

Fermium(III) को काफी आसानी से Fermium(II) में कम किया जा सकता है, उदाहरण के लिए समैरियम (II) क्लोराइड के साथ, जिसके साथ फेरमियम (II) मैथुन करता है। अवक्षेप में, यौगिक फर्मियम (II) क्लोराइड (FmCl2) का उत्पादन किया गया था, हालांकि इसे शुद्ध नहीं किया गया था या अलगाव में अध्ययन नहीं किया गया था। इलेक्ट्रोड क्षमता का अनुमान ytterbium(III)/(II) युगल, या मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के संबंध में -1.15 V के समान होने का अनुमान लगाया गया है, एक मूल्य जो सैद्धांतिक गणनाओं से सहमत है। एफएम2+/एफएम0  पोलरोग्राफी  मापन के आधार पर युगल की इलेक्ट्रोड क्षमता -2.37(10) V है।

विषाक्तता
हालांकि कुछ लोग फर्मियम के संपर्क में आते हैं, रेडियोलॉजिकल प्रोटेक्शन पर अंतर्राष्ट्रीय आयोग ने दो सबसे स्थिर समस्थानिकों के लिए वार्षिक जोखिम सीमा निर्धारित की है। Fermium-253 के लिए, अंतर्ग्रहण सीमा 10 पर निर्धारित की गई थी7 बेक्यूरेल्स (1 Bq प्रति सेकंड एक क्षय के बराबर है), और साँस लेने की सीमा 10 है5 बीक्यू; Fermium-257 के लिए, 10 बजे5 बीक्यू और 4,000 बीक्यू क्रमशः।

अग्रिम पठन

 * Robert J. Silva: Fermium, Mendelevium, Nobelium, and Lawrencium, in: Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.): The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Springer, Dordrecht 2006; ISBN 1-4020-3555-1, p. 1621–1651;.
 * Seaborg, Glenn T. (ed.) (1978) Proceedings of the Symposium Commemorating the 25th Anniversary of Elements 99 and 100, 23 January 1978, Report LBL-7701
 * Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 71, Transurane: Teil A 1 II, p. 19–20; Teil A 2, p. 47; Teil B 1, p. 84.

बाहरी संबंध

 * Fermium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)