페르뮴

3. 동위원소

페르뮴의 동위 원소는 NUBASE 2016에 따르면 20가지가 있으며, 원자량은 241에서 260까지이다. 이 중에서 ²⁵⁷Fm이 가장 반감기가 긴 동위원소로 100.5일이다. ²⁵³Fm의 반감기는 3일, ²⁵¹Fm은 5.3시간, ²⁵²Fm은 25.4시간, ²⁵⁴Fm은 3.2시간, ²⁵⁵Fm은 20.1시간, ²⁵⁶Fm은 2.6시간이다. 나머지 동위원소들의 반감기는 30분에서 1밀리초 미만이다.^[10]

페르뮴-257의 중성자 포획 생성물인 ²⁵⁸Fm은 반감기가 370(14)마이크로초에 불과한 자발 핵분열을 한다. ²⁵⁹Fm과 ²⁶⁰Fm 또한 자발 핵분열을 한다(''t''_1/2 = 1.5(3)초 및 4밀리초).^[10] 즉, 핵폭발을 제외하고는 중성자 포획을 이용하여 질량수가 257보다 큰 핵종을 생성할 수 없다. ²⁵⁷Fm은 ²⁵³Cf로 알파 붕괴하고, 알려진 페르뮴 동위원소 중 다음 원소인 멘델레븀으로 베타 마이너스 붕괴하는 것은 없으므로, 페르뮴은 중성자 포획으로 합성할 수 있는 마지막 원소이기도 하다.^[11][12][13] 이러한 더 무거운 동위원소 형성의 장벽 때문에, 이러한 반감기가 짧은 ^258–260Fm 동위원소들은 "페르뮴 갭"을 구성한다.^[14]

4. 생성

페르뮴은 주로 원자로에서 가벼운 악티늄족 원소에 중성자를 쬐어 생성된다. 중성자 포획으로 얻을 수 있는 가장 무거운 동위원소는 페르뮴-257이며, 극미량(피코그램 단위)만 생산할 수 있다.^[15] 페르뮴의 주요 생산 시설은 미국 테네시주 오크리지 국립 연구소의 85MW 고플럭스 동위원소 반응로(HFIR)인데, 이곳은 퀴륨보다 무거운 원소(Z > 96) 생산을 전담하고 있다.^[16]

오크리지 국립 연구소에서는 일반적으로 수십 그램의 퀴륨을 조사하여 데시그램(1/10그램) 단위의 캘리포늄, 밀리그램 단위의 버클륨과 아인슈타이늄, 그리고 피코그램 단위의 페르뮴을 생산한다.^[17] 특수한 실험 조건에서는 나노그램^[18] 또는 마이크로그램^[48] 단위의 페르뮴을 준비할 수도 있다.

생산된 페르뮴은 다른 악티늄족 원소 및 란타넘족 핵분열 생성물로부터 분리해야 한다. 일반적으로 이온 교환 크로마토그래피를 사용하며, 표준 공정에서는 Dowex 50 또는 TEVA와 같은 양이온 교환체를 사용하여 암모늄 α-하이드록시이소부티레이트 용액으로 용리한다.^[11][20] 더 작은 양이온은 α-하이드록시이소부티레이트 음이온과 더 안정적인 착물을 형성하므로, 컬럼에서 우선적으로 용리된다.^[11] 빠른 분별결정 방법도 사용된다.^[11][21]

페르뮴의 가장 안정적인 동위원소는 반감기가 100.5일인 ²⁵⁷Fm이지만, 대부분의 연구는 ²⁵⁵Es(반감기 39.8일)의 붕괴 생성물로서 쉽게 분리할 수 있는 ²⁵⁵Fm(반감기 20.07시간)을 사용한다.^[11]

핵폭발로도 페르뮴이 생성될 수 있지만, 그 양은 밀리그램 단위로 추정된다. 하지만, 핵폭발로 생성된 페르뮴은 엄청난 양의 잔해와 섞여 있다. 예를 들어, 1969년 7월 16일 "허치" 실험에서 나온 10킬로그램의 잔해물에서 4.0피코그램의 ²⁵⁷Fm이 회수되었다.^[19]

4. 1. 핵폭발에서의 합성

5. 화학적 성질

페르뮴의 화학적 성질은 추적자 기법을 이용한 용액 연구를 통해서만 조사되었으며, 고체 화합물은 합성되지 않았다. 일반적인 조건에서 페르뮴은 Fm³⁺ 이온으로 용액에 존재하며, 이 이온의 수화수는 16.9이고 산 해리 상수는 1.6×10^-4 (p''K''_a = 3.8)이다.^[29][30] Fm³⁺는 산소와 같은 경성 주개 원자를 가진 다양한 유기 리간드와 착물을 형성하며, 이러한 착물은 일반적으로 앞선 악티늄족 원소들의 착물보다 더 안정하다.^[11] 또한 염화물이나 질산염과 같은 리간드와 음이온성 착물을 형성하며, 이러한 착물 역시 아인슈타이늄이나 칼리포르늄이 형성하는 착물보다 더 안정적인 것으로 보인다.^[31] 후기 악티늄족 원소 착물의 결합은 대부분 이온 결합적 성격을 갖는다고 여겨진다. 페르뮴의 높은 유효 핵전하 때문에 Fm³⁺ 이온은 앞선 An³⁺ 이온보다 작을 것으로 예상되며, 따라서 페르뮴은 더 짧고 강한 금속-리간드 결합을 형성할 것으로 예상된다.^[11]

페르뮴(III)은 예를 들어 사마륨(II) 염화물을 사용하여 페르뮴(II)로 비교적 쉽게 환원될 수 있으며,^[32] 이때 페르뮴(II)은 공침된다.^[33][34] 전극 전위는 이터븀(III)/(II) 쌍과 유사한 것으로 추정되며, 표준 수소 전극에 대해 약 -1.15 V이다.^[36] 이 값은 이론적 계산 결과와 일치한다.^[37] 폴라로그래피 측정에 따르면 Fm²⁺/Fm⁰ 쌍의 전극 전위는 -2.37(10) V이다.^[38]

6. 용도

현재 페르뮴은 실용적인 용도가 거의 없으며, 주로 기초과학 연구 목적으로 사용된다.

7. 독성

페르뮴과 접촉하는 사람은 거의 없지만, 국제방사선방호위원회는 두 가지 동위원소에 대해 연간 노출 한계를 정하고 있다. 페르뮴-253의 경우 섭취 한계는 10⁷ 베크렐(1 Bq는 초당 붕괴 횟수)이며, 흡입 한계는 10⁵ Bq이다. 페르뮴-257의 경우 섭취 한계는 10⁵ Bq, 흡입 한계는 4000 Bq이다.^[39]

참조

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