Fermium

Fermium adalah sebuah unsur kimia sintetis dengan lambang Fm dan nomor atom 100. Ia adalah salah satu anggota deret aktinida dan merupakan unsur terberat yang dapat dibentuk oleh pemborbardiran neutron terhadap unsur-unsur yang lebih ringan, dan karenanya ia merupakan unsur terakhir yang dapat dibuat dalam jumlah makroskopis, meskipun logam fermium murni belum pernah dibuat. Sebanyak 19 isotop fermium telah diketahui, dengan 257Fm menjadi yang berumur paling panjang dengan waktu paruh 100,5 hari.

Unsur ini ditemukan pada puing-puing ledakan bom hidrogen pertama pada tahun 1952, dan dinamai dari Enrico Fermi, salah satu pelopor fisika nuklir. Sifat kimianya khas untuk aktinida akhir, dengan keadaan oksidasi +3 yang lebih besar tetapi juga keadaan oksidasi +2 yang dapat diakses. Karena fermium yang pernah diproduksi berjumlah sedikit dan semua isotopnya memiliki waktu paruh yang relatif pendek, saat ini ia tidak memiliki kegunaan di luar penelitian ilmiah dasar.

Penemuan

Fermium pertama kali ditemukan pada luruhan uji coba nuklir 'Ivy Mike' (1 November 1952), uji coba bom hidrogen pertama yang berhasil. Pemeriksaan awal puing-puing ledakan menunjukkan produksi isotop plutonium baru, : isotop ini hanya dapat terbentuk melalui penyerapan enam neutron oleh inti uranium-238 yang diikuti oleh dua peluruhan β−. Pada saat itu, penyerapan neutron oleh inti berat dianggap sebagai proses yang langka, tetapi identifikasi  meningkatkan kemungkinan bahwa lebih banyak lagi neutron yang dapat diserap oleh inti uranium, yang mengarah pada unsur-unsur baru.

Unsur 99 (einsteinium) dengan cepat ditemukan pada kertas saring yang telah diterbangkan melalui awan dari ledakan (teknik pengambilan sampel yang sama yang telah digunakan untuk menemukan ). Ia kemudian teridentifikasi pada Desember 1952 oleh Albert Ghiorso dan rekan kerjanya di Universitas California di Berkeley. Mereka menemukan isotop 253Es (waktu paruh 20,5 hari) yang dibuat dengan menangkap 15 neutron oleh inti uranium-238 – yang kemudian mengalami tujuh peluruhan beta berturut-turut:

Namun, beberapa atom 238U dapat menangkap sejumlah neutron lainnya (kemungkinan besar, 16 atau 17).

Penemuan fermium (Z = 100) membutuhkan lebih banyak bahan, karena hasilnya diperkirakan setidaknya lebih rendah dari unsur 99, dan karang yang terkontaminasi dari atol Enewetak (tempat pengujian dilakukan) dikirim ke Laboratorium Radiasi Universitas California di Berkeley, California, untuk diproses dan dianalisis. Sekitar dua bulan setelah pengujian, komponen baru diisolasi dengan memancarkan partikel α berenergi tinggi (7,1 MeV) dengan waktu paruh sekitar satu hari. Dengan waktu paruh yang begitu singkat, ia hanya dapat muncul dari peluruhan β− isotop einsteinium, sehingga harus menjadi isotop unsur 100: ia dengan cepat diidentifikasi sebagai 255Fm ().

Penemuan unsur baru, dan data baru tentang penangkapan neutron, awalnya dirahasiakan atas perintah militer A.S. hingga tahun 1955 karena ketegangan Perang Dingin. Namun demikian, tim Berkeley mampu menyiapkan unsur 99 dan 100 dengan cara sipil, melalui pemborbardiran neutron terhadap plutonium-239, dan menerbitkan karya ini pada tahun 1954 dengan penafian bahwa ini bukanlah studi pertama yang dilakukan pada unsur tersebut. Studi "Ivy Mike" kemudian dideklasifikasi dan diterbitkan pada tahun 1955.

Tim Berkeley khawatir bahwa kelompok lain mungkin menemukan isotop yang lebih ringan dari unsur 100 melalui teknik pemborbardiran ion sebelum mereka dapat mempublikasikan penelitian rahasia mereka, dan ini terbukti benar. Sebuah kelompok di Institut Nobel Fisika di Stockholm secara independen menemukan unsur tersebut, menghasilkan isotop yang kemudian dikonfirmasi menjadi 250Fm (t1/2 = 30 menit) dengan membombardir target  dengan ion oksigen-16, dan menerbitkan karya mereka pada Mei 1954. Namun demikian, prioritas tim Berkeley diakui secara umum, dan dengan itu hak prerogatif untuk menamai unsur baru untuk menghormati Enrico Fermi, pengembang reaktor nuklir swadaya buatan pertama. Fermi masih hidup ketika nama itu diusulkan, tetapi telah meninggal pada saat nama itu diresmikan.

Isotop

Ada 20 isotop fermium yang terdaftar di NUBASE 2016, dengan berat atom 241 hingga 260, di mana 257Fm menjadi yang berumur paling panjang dengan waktu paruh 100,5 hari. 253Fm memiliki waktu paruh 3 hari, sedangkan 251Fm 5,3 jam, 252Fm 25,4 jam, 254Fm 3,2 jam, 255Fm 20,1 jam, dan 256Fm 2,6 jam. Semua yang tersisa memiliki waktu paruh mulai dari 30 menit hingga kurang dari satu milidetik.
Produk penangkapan neutron dari fermium-257, 258Fm, mengalami fisi spontan dengan waktu paruh hanya 370(14) mikrodetik; 259Fm dan 260Fm juga tidak stabil sehubungan dengan fisi spontan (t1/2 = 1,5(3) detik dan 4 milidetik berturut-turut). Artinya, penangkapan neutron tidak dapat digunakan untuk membuat nuklida dengan nomor massa lebih besar dari 257, kecuali jika dilakukan dalam ledakan nuklir. Karena 257Fm adalah pemancar α, meluruh menjadi 253Cf, dan tidak ada isotop fermium yang diketahui mengalami peluruhan beta minus menjadi unsur berikutnya, mendelevium, fermium juga merupakan unsur terakhir yang dapat dibuat dengan proses penangkapan neutron. Karena hambatan dalam membentuk isotop yang lebih berat ini, isotop berumur pendek 258–260Fm ini membentuk apa yang disebut "celah fermium."

Produksi

Fermium diproduksi oleh pemborbardiran aktinida yang lebih ringan dengan neutron dalam reaktor nuklir. Fermium-257 adalah isotop terberat yang diperoleh melalui penangkapan neutron, dan hanya dapat diproduksi dalam jumlah pikogram. Sumber utamanya adalah Reaktor Isotop Fluks Tinggi (HFIR) 85 MW di Laboratorium Nasional Oak Ridge di Tennessee, A.S., yang didedikasikan untuk produksi unsur transkurium (Z > 96). Isotop fermium bermassa lebih rendah tersedia dalam jumlah yang lebih besar, meskipun isotop ini (254Fm dan 255Fm) relatif berumur pendek. Dalam "kampanye pemrosesan tipikal" di Oak Ridge, puluhan gram kurium diiradiasi (disinari) untuk menghasilkan kalifornium dalam jumlah desigram, berkelium dan einsteinium dalam jumlah miligram, dan fermium dalam jumlah pikogram. Namun, fermium dalam jumlah nanogram dapat disiapkan untuk percobaan khusus. Kuantitas fermium yang dihasilkan dalam ledakan termonuklir 20–200 kiloton diyakini berada di urutan miligram, meskipun ia dicampur dengan puing-puing dalam jumlah besar; 4,0 pikogram 257Fm ditemukan dari 10 kilogram puing dari uji "Hutch" (16 Juli 1969). Eksperimen Hutch menghasilkan perkiraan total 250 mikrogram 257Fm.

Setelah diproduksi, fermium harus dipisahkan dari aktinida lain dan dari produk fisi lantanida. Ini biasanya dicapai dengan kromatografi pertukaran ion, dengan proses standar menggunakan penukar kation seperti Dowex 50 atau TEVA yang dielusi dengan larutan amonium α-hidroksiisobutirat. Kation yang lebih kecil membentuk kompleks yang lebih stabil dengan anion α-hidroksiisobutirat, sehingga lebih disukai terelusi dari kolom. Metode kristalisasi fraksional cepat juga telah dijelaskan.

Meskipun isotop fermium yang paling stabil adalah 257Fm dengan waktu paruh 100,5 hari, sebagian besar penelitian dilakukan pada 255Fm (t1/2 = 20,07(7) jam), karena isotop ini dapat dengan mudah diisolasi sesuai kebutuhan sebagai produk peluruhan 255Es (t1/2 = 39,8(12) hari).

Sintesis dalam ledakan nuklir
Analisis puing-puing pada uji coba nuklir Ivy Mike 10-megaton adalah bagian dari proyek jangka panjang, salah satu tujuannya adalah mempelajari efisiensi produksi unsur transuranium dalam ledakan nuklir berdaya tinggi. Motivasi untuk percobaan ini adalah sebagai berikut: sintesis unsur-unsur tersebut dari uranium membutuhkan penangkapan neutron berlipat. Probabilitas kejadian tersebut meningkat dengan fluks neutron, dan ledakan nuklir adalah sumber neutron yang paling kuat, memberikan densitas 1023 neutron/cm2 dalam satu mikrodetik, yaitu sekitar 1029 neutron/(cm2·s). Sebagai perbandingan, fluks reaktor HFIR adalah 5 neutron/(cm2·s). Sebuah laboratorium khusus didirikan tepat di atol Enewetak untuk analisis awal puing-puing, karena beberapa isotop dapat meluruh pada saat sampel puing mencapai A.S. Laboratorium menerima sampel untuk analisis, sesegera mungkin, dari pesawat yang dilengkapi dengan filter kertas yang terbang di atas atol setelah ujian. Harapan untuk menemukan unsur kimia baru yang lebih berat dari fermium pun kandas setelah serangkaian ledakan bermegaton yang dilakukan antara tahun 1954 dan 1956 di atol itu tidak mengahasilkan unsur kimia baru apapun.

Hasil di atmosfer dilengkapi dengan data uji bawah tanah yang terakumulasi pada 1960-an di Situs Uji Nevada, karena diharapkan ledakan kuat yang dilakukan di ruang terbatas dapat menghasilkan hasil yang lebih baik dan isotop yang lebih berat. Selain muatan uranium tradisional, kombinasi uranium dengan amerisium dan torium telah dicoba, serta muatan campuran plutonium-neptunium. Mereka kurang berhasil dalam hal hasil, yang dikaitkan dengan hilangnya isotop berat yang lebih kuat karena peningkatan laju fisi dalam muatan unsur berat. Isolasi produk ditemukan agak bermasalah, karena ledakan menyebarkan puing-puing melalui batuan yang meleleh dan menguap di bawah kedalaman 300–600 meter, dan pengeboran hingga kedalaman tersebut untuk mengekstraksi produk dinilai lambat dan tidak efisien dalam hal dari volume yang terkumpul.

Di antara sembilan uji bawah tanah, yang dilakukan antara tahun 1962 dan 1969 dan diberi nama sandi Anacostia (5,2 kiloton, 1962), Kennebec (<5 kiloton, 1963), Par (38 kiloton, 1964), Barbel (<20 kiloton, 1964), Tweed (<20 kiloton, 1965), Cyclamen (13 kiloton, 1966), Kankakee (20-200 kiloton, 1966), Vulcan (25 kiloton, 1966), dan Hutch (20-200 kiloton, 1969), yang terakhir adalah yang paling kuat dan memiliki hasil unsur transuranium tertinggi. Dalam ketergantungan pada nomor massa atom, hasilnya menunjukkan perilaku "gigi gergaji" dengan nilai isotop ganjil yang lebih rendah, karena laju fisi yang lebih tinggi. Namun, masalah praktis utama dari seluruh proposal adalah mengumpulkan puing-puing radioaktif yang tersebar akibat ledakan dahsyat itu. Filter pesawat hanya menyerap sekitar 4 dari jumlah total dan kumpulan berton-ton karang di atol Enewetak meningkatkan fraksi ini hanya dua kali lipat. Ekstraksi sekitar 500 kilogram batuan bawah tanah 60 hari setelah ledakan Hutch hanya memulihkan sekitar 10−7 dari total muatan. Jumlah unsur transuranium dalam kumpulan 500 kg ini hanya 30 kali lebih tinggi dibandingkan dengan batu seberat 0,4 kg yang diambil 7 hari setelah pengujian. Pengamatan ini menunjukkan ketergantungan yang sangat nonlinear dari hasil unsur transuranium pada jumlah batuan radioaktif yang diambil. Untuk mempercepat pengumpulan sampel setelah ledakan, poros dibor di lokasi bukan setelah tetapi sebelum pengujian, sehingga ledakan akan mengeluarkan bahan radioaktif dari pusat gempa, melalui poros, untuk mengumpulkan volume di dekat permukaan. Metode ini dicoba dalam uji Anacostia dan Kennebec dan secara instan menghasilkan ratusan kilogram material, tetapi dengan konsentrasi aktinida 3 kali lebih rendah daripada sampel yang diperoleh setelah pengeboran; walaupun metode seperti itu bisa saja efisien dalam studi ilmiah isotop berumur pendek, metode itu tidak dapat meningkatkan efisiensi pengumpulan keseluruhan aktinida yang dihasilkan.

Meskipun tidak ada unsur baru (selain einsteinium dan fermium) yang dapat dideteksi dalam puing uji nuklir, dan hasil total unsur transuranium sangatlah rendah, uji ini memang memberikan jumlah isotop berat langka yang jauh lebih tinggi daripada yang tersedia sebelumnya di laboratorium. Misalnya, 6 atom 257Fm dapat dipulihkan setelah ledakan Hutch. Mereka kemudian digunakan dalam studi fisi 257Fm terinduksi neutron termal dan dalam penemuan isotop fermium baru 258Fm. Juga, isotop 250Cm yang langka disintesis dalam jumlah besar, yang sangat sulit diproduksi di reaktor nuklir dari nenek moyangnya 249Cm; waktu paruh 249Cm (64 menit) terlalu pendek untuk iradiasi reaktor selama berbulan-bulan, tetapi sangat "panjang" pada skala waktu ledakan.

Keterjadian alami
Karena waktu paruh semua isotop fermium singkat, setiap fermium primordial, yaitu fermium yang mungkin ada di Bumi selama pembentukannya, telah meluruh sekarang. Sintesis fermium dari aktinida uranium dan torium yang terjadi secara alami di kerak Bumi membutuhkan penangkapan neutron berlipat, Oleh karena itu, sebagian besar fermium diproduksi di Bumi di laboratorium ilmiah, reaktor nuklir berdaya tinggi, atau dalam uji coba senjata nuklir, dan hadir hanya dalam beberapa bulan sejak sintesis. Unsur-unsur transuranik dari amerisium hingga fermium memang terjadi secara alami dalam reaktor fisi nuklir alami di Oklo, tetapi sekarang tidak lagi.

Kimia

Kimia fermium hanya dipelajari dalam larutan menggunakan teknik pelacak, dan tidak ada senyawa padat yang dibuat. Dalam kondisi normal, fermium berada dalam larutan sebagai ion Fm3+, yang memiliki bilangan hidrasi 16,9 dan konstanta disosiasi asam 1,6 (pKa = 3,8). Fm3+ membentuk kompleks dengan berbagai macam ligan organik dengan atom donor keras seperti oksigen, dan kompleks ini biasanya lebih stabil daripada aktinida sebelumnya. Ia juga membentuk kompleks anionik dengan ligan seperti klorida atau nitrat dan, sekali lagi, kompleks ini tampaknya lebih stabil daripada yang dibentuk oleh einsteinium atau kalifornium. Dipercaya bahwa ikatan dalam kompleks aktinida selanjutnya sebagian besar bersifat ionik: ion Fm3+ diperkirakan lebih kecil dari ion An3+ sebelumnya karena muatan inti efektif fermium lebih tinggi, dan karenanya fermium diperkirakan membentuk ikatan logam–ligan yang lebih pendek dan lebih kuat.

Fermium(III) dapat dengan mudah direduksi menjadi fermium(II), misalnya dengan samarium(II) klorida, di mana fermium(II) berkopresipitasi. Pada kopresipitat (endapan), dihasilkan senyawa fermium(II) klorida (FmCl2), meskipun tidak dimurnikan atau dipelajari secara terpisah. Potensial elektrodanya diperkirakan serupa dengan pasangan iterbium(III)/(II), atau sekitar −1,15 V terhadap elektroda hidrogen standar, nilai yang sesuai dengan perhitungan teoretis. Pasangan Fm2+/Fm0 memiliki potensial elektroda −2,37(10) V berdasarkan pengukuran polarografi.

Toksisitas
Meskipun hanya sedikit orang yang bersentuhan dengan fermium, Komisi Internasional Perlindungan Radiologis telah menetapkan batas paparan tahunan untuk dua isotop fermium yang paling stabil. Untuk fermium-253, batas ingesti ditetapkan pada 107 becquerel (1 Bq setara dengan satu peluruhan per detik), dan batas inhalasi pada 105 Bq; untuk fermium-257, masing-masing pada 105 Bq dan 4.000 Bq.

Catatan dan referensi

Catatan

Referensi

Bacaan lebih lanjut
 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; , hlm. 1621–1651; .
 Seaborg, Glenn T. (ed.) (1978) Proceedings of the Symposium Commemorating the 25th Anniversary of Elements 99 and 100 , 23 January 1978, Laporan LBL-7701
 Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System Nr. 71, Transurane: Teil A 1 II, hlm. 19–20; Teil A 2, hlm. 47; Teil B 1, hlm. 84.

Pranala luar

  Fermium  di The Periodic Table of Videos (Universitas Nottingham)
  WebElements.com - Fermium 

 
Unsur kimia
Aktinida
Unsur kimia sintetis
Unsur kimia dengan struktur kubus berpusat-muka
Enrico Fermi