फेर्मियम

फेर्मियम प्रतीक (रसायन विज्ञान) Fm और परमाणु संख्या 100 के साथ सिंथेटिक तत्व है। यह एक्टिनाइड और सबसे भारी तत्व होते 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, चूँकि शुद्ध फेर्मियम धातु अभी तक तैयार नहीं हुई है। कुल 19 समस्थानिक ज्ञात हैं, और साथ में 257Fm 100.5 दिनों के आधे जीवन के साथ सबसे लंबे समय तक जीवित रहा है।

इस प्रकार से यह 1952 में आइवी माइक उदजन बम विस्फोट के मलबे में खोजा गया था, और परमाणु भौतिकी के अग्रदूतों में से 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, किन्तु सुलभ +2 ऑक्सीकरण अवस्था भी होती है। इस प्रकार से उत्पादित फेर्मियम की छोटी मात्रा और इसके सभी समस्थानिकों की अपेक्षाकृत कम अर्ध-जीवन होने के कारण, वर्तमान में मूलभूत वैज्ञानिक अनुसंधान के बाहर इसका कोई उपयोग नहीं किया जाता है।

डिस्कवरी
इस प्रकार से फेर्मियम की खोज पहली बार 'आइवी माइक' परमाणु परीक्षण (1 नवंबर 1952) के परिणाम में हुई थी, जो की हाइड्रोजन बम का पहला सफल परीक्षण माना जाता था। आर विस्फोट से मलबे की प्रारंभिक खोज में प्लूटोनियम, प्लूटोनियम -244 के नए आइसोटोप का उत्पादन  दिखाया गया था : इसके अतिरिक्त यूरेनियम-238 नाभिक द्वारा छह न्यूट्रॉन के अवशोण से हुआ होगा दो बीटा क्षय द्वारा निर्मित हो सकता है β− क्षय उस समय, भारी नाभिक द्वारा न्यूट्रॉन के अवशोषण को दुर्लभ प्रक्रिया माना जाता था, किन्तु इसकी पहचान  ने संभावना जताई कि यूरेनियम नाभिकों द्वारा और अधिक न्यूट्रॉनों को अवशोषित किया जा सकता था, जिससे नए तत्वों का निर्माण हुआ था। तत्व 99 ( आइंस्टिनियम ) को फ़िल्टर पेपर पर जल्दी से खोजा गया था जो कि विस्फोट से बादल के माध्यम से उड़ाया गया था (वही नमूना उपकरण जिसका उपयोग खोजने के लिए किया गया था ). इसके अतिरिक्त दिसंबर 1952 में बर्कले में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में अल्बर्ट घिरसो और सहकर्मियों द्वारा इसकी पहचान की गई।  और 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 अतिरिक्त निरन्तर सात बीटा क्षय हुए:

कुछ 238U परमाणु, चूँकि, न्यूट्रॉन की और मात्रा (सबसे अधिक संभावना, 16 या 17) पर अधिकार 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 इच्छा थी, और एनेवेटक 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 दिन के आधे जीवन के साथ उच्च-ऊर्जा α-कण (7.1 MeV) उत्सर्जित करने वाले नए घटक को अलग किया गया।इसके अतिरिक्त आधे जीवन के साथ, यह केवल β से उत्पन्न हो सकता है− आइंस्टीनियम के आइसोटोप का क्षय, और इसलिए नए तत्व 100 का 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 प्रारंभ 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 अन्य समूह आयन-बमबारी विधियों के माध्यम से 100 तत्व के हल्के समस्थानिकों की खोज कर सकता है, और यह स्थितियों प्रमाणित हुआ। स्टॉकहोम में नोबेल इंस्टीट्यूट फॉर फिजिक्स के समूह ने स्वतंत्र रूप से तत्व की खोज की, आइसोटोप का उत्पादन बाद में होने की पुष्टि हुई 250Fm (t1/2= 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 सामान्यतः 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, किन्तु आधिकारिक होने के समय तक उसकी मृत्यु हो गई थी।

समस्थानिक
N UBASE 2016, में सूचीबद्ध फेर्मियम के 20 समस्थानिक हैं 241 से 260 के परमाणु भार के साथ, जिसका कि 257Fm 100.5 दिनों के आधे जीवन के साथ सबसे लंबे समय तक जीवित रहता है। 253Fm का आधा जीवन 3 दिन है, जबकि 2515.3 घंटे का Fm, 25225.4 घंटे का Fm, 2543.2 घंटे का Fm, 25520.1 घंटे का Fm, और 2562.6 घंटे का Fm। शेष सभी का आधा जीवन 30 मिनट से लेकर मिलीसेकंड से कम है। फेरमियम-257 का न्यूट्रॉन कैप्चर उत्पाद, 258Fm, केवल 370(14) माइक्रोसेकंड के आधे जीवन के साथ सहज विखंडन से निकलता है; 259Fm और 260Fm सहज विखंडन के संबंध में भी अस्थिर हैं (t1/2= 1.5(3) s और 4 एमएस क्रमशः)। इस प्रकार से 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 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 फेर्मियम का उत्पादन होता है। फ़ेर्मियम-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 (एचएफआईआर) है, जो ट्रांसक्यूरियम (Z > 96) तत्वों के उत्पादन के लिए समर्पित है। कम द्रव्यमान वाले फेर्मियम समस्थानिक अधिक मात्रा में उपलब्ध हैं, चूँकि ये समस्थानिक (254Fm और 255Fm) तुलनात्मक रूप से अल्पकालिक हैं। ओक रिज पर विशिष्ट प्रसंस्करण अभियान में, दसियों ग्राम अदालत का विकिरण किया जाता है ताकि कलिफ़ोरनियम की डेसीग्राम मात्रा, बर्कीलियम और आइंस्टीनियम की मिलीग्राम मात्रा, और फेर्मियम की पिकोग्राम मात्रा का उत्पादन किया जा सके। चूंकि, नैनोग्राम विशिष्ट प्रयोगों के लिए फेर्मियम की मात्रा तैयार की जा सकती है। 20-200 किलोटन थर्मोन्यूक्लियर विस्फोटों में उत्पादित फेर्मियम की मात्रा को मिलीग्राम के क्रम का माना जाता है, चूँकि 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 प्राप्त किया गया था। हच प्रयोग ने अनुमानित कुल 250 माइक्रोग्राम 257Fm का उत्पादन किया.

उत्पादन के बाद, फेर्मियम को अन्य एक्टिनाइड्स और लैंथेनाइड विखंडन उत्पादों से अलग किया जाना चाहिए। यह सामान्यता आयन एक्सचेंज क्रोमैटोग्राफी द्वारा प्राप्त किया जाता है, मानक प्रक्रिया के साथ डोवेक्स 50 या टी जैसे कटियन एक्सचेंजर का उपयोग किया जाता है। TEVA अमोनियम α-हाइड्रोक्सीआइसोब्यूटाइरेट के समाधान के साथ एल्युटेड। छोटे धनायन α-हाइड्रोक्सीआइसोब्यूटाइरेट आयनों के साथ अधिक स्थिर परिसरों का निर्माण करते हैं, और इसलिए स्तंभ से अधिमानतः एल्युटेड हैं। एक तीव्र भिन्नात्मक क्रिस्टलीकरण (रसायन विज्ञान) विधि का भी वर्णन किया गया है।

चूँकि फेर्मियम 257Fm का सबसे स्थिर समस्थानिक है, 100.5 दिनों के आधे जीवन के साथ, अधिकांश अध्ययन 255Fm (t1/2= 20.07(7) घंटे) पर आयोजित किए जाते हैं , चूंकि इस आइसोटोप को आवश्यकतानुसार आसानी से अलग किया जा सकता है क्योंकि इसके क्षय उत्पाद 255Es (t1/2 = 39.8(12) दिन) है।

परमाणु विस्फोटों में संश्लेषण
10-टीएनटी समकक्ष आइवी माइक परमाणु परीक्षण में मलबे का विश्लेषण दीर्घकालिक परियोजना का भाग था, जिनमें से 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 1023 न्यूट्रॉन/सेमी2 की घनत्व प्रदान करते हैं। माइक्रोसेकंड के अन्दर, यानी लगभग 1029 न्यूट्रॉन/(cm2·s). इसकी तुलना में एचएफआईआर रिएक्टर का फ्लक्स 5×1015न्यूट्रॉन/(सेमी2·s) है. मलबे के प्रारंभिक विश्लेषण के लिए एनेवेटक एटोल में 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 अतिरिक्त एटोल के ऊपर से उड़ गया। जबकि फेर्मियम से भारी नए रासायनिक तत्वों की खोज की इच्छा थी, वे एटोल में 1954 और 1956 के मध्य किए गए मेगाटन विस्फोटों की श्रृंखला के अतिरिक्त 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 उत्तम पैदावार और भारी आइसोटोप हो सकते हैं। पारंपरिक यूरेनियम आवेशों के अतिरिक्त, यूरेनियम के संयोजनों को अमरीशियम और थोरियम के साथ-साथ मिश्रित प्लूटोनियम-नेप्टुनियम आवेश की प्रयास की गई है। वे उपज के स्थितियों में कम सफल रहे, जिसका श्रेय भारी-तत्व शुल्कों में बढ़ी हुई विखंडन दरों के कारण भारी आइसोटोप के शसक्त हानि 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 मध्य 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। चूँकि, 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 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 10-7 ही प्रयुक्त हुआ 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 अतिरिक्त नमूना संग्रह में तेजी लाने के लिए, शाफ्ट को परीक्षण के अतिरिक्त 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 अनुभूत किया गया था और तुरंत सैकड़ों किलोग्राम सामग्री प्रदान की गई थी, किन्तु ड्रिलिंग के अतिरिक्त 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।

चूँकि परमाणु परीक्षण मलबे में कोई नया तत्व (आइंस्टीनियम और फेर्मियम के अतिरिक्त) 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 अधिक अधिक मात्रा प्रदान की। उदाहरण के लिए, 6 के परमाणु हच विस्फोट के अतिरिक्त 257Fm प्रयुक्त  किया किया जा सका। इसके बाद इनका थर्मल-न्यूट्रॉन प्रेरित विखंडन के अध्ययन में उपयोग किया गया 257Fm और नए फेर्मियम आइसोटोप की खोज में 258Fm. साथ ही, दुर्लभ 250Cm आइसोटोप को बड़ी मात्रा में संश्लेषित किया गया था, जो कि इसके पूर्वज से परमाणु रिएक्टरों में उत्पादन करना बहुत कठिन है। 249Cm; का आधा जीवन 249Cm (64 मिनट) महीनों लंबे रिएक्टर विकिरणों के लिए बहुत कम है, किन्तु विस्फोट समय के माप पर बहुत लंबा है।

प्राकृतिक घटना
फेर्मियम के सभी समस्थानिकों के कम आधे जीवन के कारण, कोई भी आदिम न्यूक्लाइड फेर्मियम, जो कि फेर्मियम है जो अपने गठन के समय पृथ्वी पर उपस्थित 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 अत्यंत असंभावित घटना है। इसलिए, वैज्ञानिक प्रयोगशालाओं, उच्च-शक्ति वाले परमाणु रिएक्टरों, या परमाणु हथियारों के परीक्षण में पृथ्वी पर अधिकांश फेर्मियम का उत्पादन होता है, और संश्लेषण के समय से कुछ महीनों के अन्दर ही उपस्थित होता है। ओक्लो में प्राकृतिक परमाणु विखंडन रिएक्टर में एमरिकियम से फेरमियम तक के ट्रांसयूरानिक तत्व स्वाभाविक रूप से पाए जाते हैं, किन्तु अब ऐसा नहीं होता है।

रसायन विज्ञान
ट्रेसर विधियों का उपयोग करके समाधान में केवल फेर्मियम के रसायन का अध्ययन किया गया है, और कोई ठोस यौगिक तैयार नहीं किया गया है। सामान्य परिस्थितियों में, फेर्मियम Fm3+आयन के रूप में समाधान में उपस्थित होता है, जिसकी जलयोजन संख्या 16.9 और अम्ल पृथक्करण स्थिरांक 1.6 (पकa = 3.8) है. Fm3+ ऑक्सीजन जैसे एचएसएबी सिद्धांत दाता परमाणुओं के साथ कार्बनिक लिगेंड की विस्तृत विविधता के साथ परिसरों का निर्माण करता है, और ये परिसर सामान्यता 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 अधिकतर पात्र में आयनिक बंधन है: Fm3+ आयन पिछले An3+ से छोटा होने की इच्छा है आयन फेर्मियम के उच्च प्रभावी परमाणु प्रभार के कारण, और इसलिए फेर्मियम से छोटे और शसक्त धातु-लिगैंड बॉन्ड बनाने की इच्छा की जाएगी।

फर्मियम(III) को काफी आसानी से फर्मियम(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 फेर्मियम (II) क्लोराइड (FmCl2) का उत्पादन किया गया था, चूँकि इसे शुद्ध नहीं किया गया था या अलगाव में अध्ययन नहीं किया गया था। इलेक्ट्रोड क्षमता का अनुमान यटरबियम(III)/(II) युगल, या मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के संबंध में -1.15 V के समान होने का अनुमान लगाया गया है, मूल्य जो सैद्धांतिक गणनाओं से सहमत है। Fm2+/Fm0 पोलरोग्राफी मापन के आधार पर युगल की इलेक्ट्रोड क्षमता -2.37(10) V है।

विषाक्तता
चूँकि कुछ लोग फेर्मियम के संपर्क में आते हैं, रेडियोलॉजिकल प्रोटेक्शन पर अंतर्राष्ट्रीय आयोग ने दो सबसे स्थिर समस्थानिकों के लिए वार्षिक जोखिम सीमा निर्धारित की है। फेर्मियम-253 के लिए, अंतर्ग्रहण सीमा 107 पर निर्धारित की गई थी बेक्यूरेल्स (1 Bq प्रति सेकंड क्षय के सामान्य है), और साँस लेने की सीमा 105 है Bq; फेर्मियम-257 के लिए, 105 बजे Bq और 4,000 Bq क्रमशः है ।

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)