Nguyên tố Fermi: Định nghĩa, tính chất và ứng dụng 

Khám phá nguyên tố Fermium, một trong những thành viên bí ẩn và ít được biết đến của bảng tuần hoàn, qua bài viết này tại yeuhoahoc.edu.vn. Với tên kí hiệu là Fm và số nguyên tử 100, Fermium là nguyên tố phóng xạ có những đặc tính và ứng dụng độc đáo trong lĩnh vực khoa học và công nghệ. 

Giới thiệu về nguyên tố Fermi 

Định nghĩa

Fermium, với kí hiệu là “Fm” và số nguyên tử là 100, là một nguyên tố hóa học phóng xạ thuộc nhóm actinide trong bảng tuần hoàn. Được đặt tên để vinh danh Enrico Fermi, Fermium được biết đến với tính phóng xạ mạnh mẽ và là một trong những nguyên tố siêu nặng được nghiên cứu chủ yếu trong các phòng thí nghiệm khoa học.

Lịch sử hình thành nguyên tố Fermi

1952: Fermium được phát hiện lần đầu tiên trong các sản phẩm phụ của vụ thử nghiệm bom hydro ở Thái Bình Dương, cụ thể là trong Chiến dịch Ivy Mike. Phát hiện này không chỉ là một thành tựu đáng kể trong lĩnh vực vật lý hạt nhân mà còn là bước đột phá quan trọng trong việc khám phá các nguyên tố mới trong bảng tuần hoàn.

Các mốc thời gian quan trọng trong lịch sử tìm kiếm

1952: Nhóm nghiên cứu của Albert Ghiorso tại Đại học California, Berkeley, Hoa Kỳ đã phát hiện ra fermium trong bụi thu được từ vụ nổ bom hydro đầu tiên (Ivy Mike)

1953: Nhóm nghiên cứu của Ghiorso xác nhận thành công việc tổng hợp fermium bằng cách bắn phá plutoni-239 với neutron

1954: Nguyên tố được đặt tên theo nhà vật lý hạt nhân Enrico Fermi

Nguyên tố Fermi trong bảng tuần hoàn hóa học

• Nằm ở chu kỳ 7, nhóm 3B
• Là nguyên tố siêu urani thứ 8
• Có tính phóng xạ cao, không có đồng vị bền
• Đồng vị phổ biến nhất là 257Fm, có chu kỳ bán rã 100,5 ngày

Tính chất của nguyên tố Fermi

Tính chất vật lý

• Màu sắc và Dạng vật lý: Fermium thường được mô tả là có màu bạc hoặc trắng bạc, dù thực tế khó quan sát do lượng rất nhỏ có thể được sản xuất.
• Phóng xạ: Fermium là một nguyên tố phóng xạ mạnh, với các đồng vị phát ra bức xạ alpha, beta, và gamma. Đồng vị được nghiên cứu nhiều nhất, Fermium-257, có thời gian bán hủy khoảng 100.5 ngày.
• Điểm nóng chảy và điểm sôi: Do lượng Fermium thu được thực nghiệm rất ít, thông tin chính xác về điểm nóng chảy và sôi của nó chưa được xác định chính xác. Dựa trên tính toán, điểm nóng chảy ước lượng khoảng 1527°C.

Tính chất hóa học

• Tương tác với Oxy: Như nhiều actinide khác, Fermium dự kiến sẽ phản ứng với oxy tạo thành oxit. Tuy nhiên, phản ứng cụ thể và sản phẩm của phản ứng chưa được ghi nhận do lượng Fermium quá ít để thực hiện nghiên cứu hóa học.
• Phản ứng với Axit: Fermium dự kiến sẽ tan trong axit hydrochloric (HCl) và axit sulfuric (H2SO4), nhưng thông tin cụ thể về phản ứng này cũng hạn chế.
• Hợp chất: Mặc dù thông tin về các hợp chất cụ thể của Fermium là khan hiếm, nhưng dự kiến nó có khả năng tạo thành các hợp chất với halogen và có các oxit và hydride tương tự như các nguyên tố actinide khác.

Ứng dụng của nguyên tố Fermi

Do tính phóng xạ cao và thời gian bán rã ngắn, nguyên tố Fermi không có ứng dụng thực tế nào trong đời sống.

• Nghiên cứu cấu tạo hạt nhân: Fermium được sử dụng để tạo ra các đồng vị mới của các nguyên tố khác, giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cấu tạo hạt nhân.
• Phản ứng hạt nhân: Fermium được sử dụng để nghiên cứu các phản ứng hạt nhân, ví dụ như phản ứng phân hạch và phản ứng tổng hợp hạt nhân.
• Hóa học phóng xạ: Fermium được sử dụng để nghiên cứu các quá trình hóa học xảy ra trong các nguyên tố phóng xạ.
• Y học hạt nhân: Fermium có thể được sử dụng để phát triển các phương pháp điều trị ung thư bằng tia xạ.

Ngoài ra, fermium cũng được sử dụng trong một số ứng dụng khác như:

• Xác định niên đại: Fermium-257 có thể được sử dụng để xác định niên đại của các vật liệu địa chất.
• Khảo sát địa chất: Fermium-253 có thể được sử dụng để khảo sát các mỏ khoáng sản.

Điều chế và sản xuất nguyên tố Fermi

Điều chế

Điều chế trong phòng thí nghiệm:

• Phương pháp: Bắn phá plutoni-239 với neutron
• Phương trình điều chế:

239Pu + n → 240Pu → 240Am + β−

240Am + n → 241Am → 241Cm + β−

241Cm + n → 242Cm → 242Bk + β−

242Bk + n → 243Bk → 243Cf + β−

243Cf + n → 244Cf → 244Fm + β−

Điều chế trong công nghiệp:

• Phương pháp: Không có phương pháp điều chế fermium trong công nghiệp
• Lý do: Fermium là nguyên tố phóng xạ cao, thời gian bán rã ngắn và sản xuất với số lượng rất nhỏ

Sản xuất

• Fermium được sản xuất với số lượng rất nhỏ trong các lò phản ứng hạt nhân nghiên cứu.
• Quá trình sản xuất fermium rất phức tạp và tốn kém.
• Fermium không được sản xuất thương mại.

Phản ứng của nguyên tố Fermi

• Phân rã alpha: Đây là loại phản ứng phổ biến nhất của fermium. Ví dụ:

257Fm → 253Cf + 4He2+

• Phân rã beta: Fermium cũng có thể phân rã beta, tạo thành các đồng vị của các nguyên tố khác. Ví dụ:

257Fm → 257Md + β−

• Phản ứng bắt neutron: Fermium có thể bắt neutron để tạo thành các đồng vị nặng hơn. Ví dụ:

257Fm + n → 258Fm

• Phản ứng phân hạch: Fermium có thể phân hạch thành các hạt nhân nhỏ hơn, giải phóng năng lượng lớn. Ví dụ:

257Fm + n → 142Nd + 108Pd + 3n + năng lượng

Ví dụ cụ thể:

Fermium-257 được sử dụng để nghiên cứu cấu tạo hạt nhân. Các nhà khoa học có thể bắn phá fermium-257 với các hạt khác để tạo ra các đồng vị mới của các nguyên tố khác. Ví dụ, khi bắn phá fermium-257 với neutron, các nhà khoa học đã tạo ra đồng vị mới của mendelevi (258Md).

Fermium-253 được sử dụng để khảo sát các mỏ khoáng sản. Fermium-253 phát ra bức xạ gamma có thể được sử dụng để phát hiện các nguyên tố khác trong lòng đất. Ví dụ, fermium-253 có thể được sử dụng để phát hiện uranium.

Vấn đề an toàn của nguyên tố Fermi

Fermi là nguyên tố phóng xạ cao, có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe con người và môi trường.

Dưới đây là một số vấn đề an toàn cần lưu ý cho người dùng khi sử dụng fermi

• Tiếp xúc với bức xạ: Fermi phát ra tia alpha, beta và gamma, có thể gây tổn thương tế bào và dẫn đến ung thư.
• Ô nhiễm môi trường: Fermi có thể xâm nhập vào môi trường và gây ô nhiễm nguồn nước, đất và không khí.
• Rủi ro tai nạn: Việc sử dụng fermium có thể dẫn đến tai nạn, gây nguy hiểm cho người sử dụng và những người xung quanh.

Để đảm bảo an toàn, cần thực hiện các biện pháp sau khi sử dụng fermium:

• Kiểm soát tiếp xúc: Hạn chế tiếp xúc với fermium bằng cách sử dụng các biện pháp bảo vệ như găng tay, kính bảo hộ và quần áo bảo hộ.
• Giám sát bức xạ: Sử dụng các thiết bị giám sát để theo dõi mức độ bức xạ và đảm bảo an toàn.
• Quản lý chất thải: Xử lý chất thải fermium theo đúng quy định để tránh gây ô nhiễm môi trường.
• Đào tạo: Đào tạo nhân viên về các biện pháp an toàn khi sử dụng fermium.

Trên đây là những gì tinh túy nhất, đầy đủ nhất về nguyên tố Fermi mà chúng tôi đã khám phá ra và tổng hợp lại được. Mời bạn đọc cùng vào tìm hiểu và chắt lọc được những thông tin mà mình cần nhé! 

Đừng ngần ngại chia sẻ những suy nghĩ và câu hỏi của bạn về các nguyên tố hóa học hoặc bất kỳ đề tài nào bạn muốn khám phá thêm. Yeuhoahoc.edu.vn luôn sẵn sàng lắng nghe và cung cấp những thông tin chất lượng nhất, cập nhật nhất để bạn có thể tiếp tục hành trình khám phá không giới hạn của mình trong thế giới hóa học.