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リバモリウムは合成化学元素であり、元素記号はLv、原子番号は116です。極めて放射能の強い元素で、実験室でのみ合成されており、自然界では観測されていません。 2020年時点で、約35個のリバモリウム原子が合成されています。[ 8 ]この元素は、米国のローレンス・リバモア国立研究所にちなんで名付けられました。[ 9 ] [ 10 ]同研究所は、2000年から2006年にかけて行われた実験で、ロシアのドゥブナにある合同原子核研究所（JINR）と共同でリバモリウムを発見しました。研究所の名前は、所在するカリフォルニア州リバモア市に由来し、この都市は牧場主で地主のロバート・リバモアにちなんで名付けられました。IUPACは2011年6月1日に正式に周期表に追加し、[ 11 ] 2012年5月30日にその名前を採用しました。[ 6 ]リバモリウムには質量数288～293の6つの同位体が知られており、最も寿命が長いのはリバモリウム293で、半減期は約80ミリ秒です。質量数294の7番目の同位体候補が報告されているが、まだ確認されていない。
周期表では、 pブロックの超アクチノイド元素です。[ 8 ]第7周期に属し、最も重いカルコゲンとして第16族に配置されていますが、カルコゲンであるポロニウムのより重い同族元素として振る舞うことは確認されていません。リバーモリウムは、より軽い同族元素（酸素、硫黄、セレン、テルル、ポロニウム）と類似した性質を持ち、遷移後金属であると計算されていますが、それらとはいくつかの大きな違いも示すはずです。
超重原子核[ a ] は、大きさが異なる2つの原子核[ b ]が1つに結合する核反応で生成されます。おおよそ、2つの原子核の質量の差が大きいほど、2つの原子核が反応する可能性が高くなります。[ 18 ]重い原子核でできた物質を標的にし、軽い原子核のビームを照射します。2つの原子核は、互いに十分近い場合にのみ融合して1つになります。通常、原子核（すべて正に帯電）は静電反発により互いに反発します。強い相互作用はこの反発を克服できますが、原子核から非常に短い距離に限られます。そのため、ビーム原子核は、ビーム原子核の速度に比べてこのような反発が無視できるほど小さくなるように、大きく加速されます。[ 19 ]ビーム核を加速するために加えられるエネルギーは、ビーム核を光速の10分の1もの速度にまで達させることができる。しかし、加えられるエネルギーが多すぎると、ビーム核は崩壊する可能性がある。[ 19 ]
十分に近づくだけでは、2 つの原子核が融合するには不十分です。2 つの原子核が互いに近づくと、通常は 10 − 20 秒ほど一緒に留まり、その後、単一の原子核を形成するのではなく、分離します (必ずしも反応前と同じ構成ではありません)。[ 19 ] [ 20 ]これは、単一の原子核の形成を試みる際に、静電反発によって形成中の原子核が引き裂かれるためです。[ 19 ]標的とビームの各ペアは、その断面積によって特徴付けられます。これは、融合が起こるために入射粒子が衝突しなければならない横断面積で表された、2 つの原子核が互いに近づく場合に融合が起こる確率です。[ c ]この融合は、原子核が静電反発をトンネル効果で通過できる量子効果の結果として起こる可能性があります。2 つの原子核がその段階を超えて近くに留まることができる場合、複数の核相互作用によってエネルギーの再分配とエネルギー平衡がもたらされます。[ 19 ]
結果として生じる合体は励起状態[ 23 ] （複合核と呼ばれる）であり、非常に不安定である[ 19 ] 。より安定した状態に達するために、一時的な合体はより安定した核を形成せずに核分裂を起こす可能性がある[ 24 ] 。あるいは、複合核は励起エネルギーを運び去る中性子を少数放出する可能性がある。後者が中性子放出に十分でない場合、合体はガンマ線を生成する。これは最初の核衝突から約10⁻¹⁶秒後に起こり、より安定した核が生成される[24]。IUPAC / IUPAP合同作業部会（JWP）の定義では、化学元素は、その原子核が10⁻¹⁴秒以内に崩壊していない場合にのみ発見されたと認識できるとされている。この値は、原子核が電子を獲得して化学的性質を示すのにかかる時間の推定値として選ばれた。[ 25 ] [ d ]
ビームはターゲットを通過して次のチャンバーである分離器に到達します。新しい原子核が生成された場合、それはこのビームとともに運ばれます。[ 27 ]分離器では、新しく生成された原子核は他の核種（元のビームの核種と他の反応生成物）[ e ]から分離され、表面障壁検出器に移送され、そこで原子核が停止します。検出器への衝突の正確な位置がマークされ、そのエネルギーと到着時間もマークされます。[ 27 ]移送には約10⁻⁶秒かかります。 検出されるためには、原子核はこの時間生存する必要があります。[ 30 ]原子核の崩壊が記録されると、原子核は再び記録され、崩壊の位置、エネルギー、および時間が測定されます。[ 27 ]
原子核の安定性は強い相互作用によってもたらされます。しかし、その範囲は非常に短く、原子核が大きくなるにつれて、最外殻核子（陽子と中性子）への影響は弱まります。同時に、原子核は陽子間の静電反発によって引き裂かれ、その範囲は制限されません。[ 31 ]強い相互作用によってもたらされる全結合エネルギーは核子の数に比例して増加しますが、静電反発は原子番号の二乗に比例して増加するため、後者はより速く増加し、重原子核や超重原子核ではますます重要になります。[ 32 ] [ 33 ]したがって、超重原子核は理論的に予測されており[ 34 ] 、これまでのところ、主にアルファ崩壊と自発核分裂という、このような反発によって引き起こされる崩壊モードを介して崩壊することが観測されています[ 35 ]。[ f ]アルファ放出核種のほとんどは210個以上の核子を持ち、[ 37 ]自発核分裂を主として起こす最も軽い核種は238個である。[ 38 ]どちらの崩壊モードでも、原子核はそれぞれのモードに対応するエネルギー障壁によって崩壊が抑制されるが、トンネル効果によって通過することができる。[ 32 ] [ 33 ]
アルファ粒子は、核子あたりのアルファ粒子の質量が小さいため、アルファ粒子が運動エネルギーとして原子核から離れるためのエネルギーが残ることから、放射性崩壊でよく生成されます。[ 40 ]自発核分裂は、静電反発によって原子核が引き裂かれることで起こり、同じ原子核が分裂するさまざまな場合にさまざまな原子核が生成されます。[ 33 ]原子番号が増加するにつれて、自発核分裂の重要性が急速に高まります。自発核分裂の部分半減期は、ウラン（元素番号92） からノーベリウム（元素番号102）まで23桁減少し、[ 41 ]トリウム（元素番号90）からフェルミウム（元素番号100）まで30桁減少します。 [ 42 ]初期の液滴モデルでは、約 280 個の核子を持つ原子核では核分裂障壁が消失するため、自発的核分裂がほぼ瞬時に起こると示唆されていた。[ 33 ] [ 43 ]後期の核殻モデルでは、約 300 個の核子を持つ原子核が安定の島を形成し、その中で原子核は自発的核分裂に対してより抵抗力があり、半減期が長いアルファ崩壊を主に起こすと示唆されていた。[ 33 ] [ 43 ]その後の発見では、予測された島は当初予想されていたよりも遠い可能性があることが示唆され、また、長寿命のアクチニドと予測された島の中間の原子核は変形しており、殻効果によって追加の安定性を得ることも示された。[ 44 ]より軽い超重核、[ 45 ]および予想されるアイランドに近いもの、[ 41 ]に関する実験では、自発核分裂に対する安定性がこれまで予想されていたよりも大きいことが示されており、原子核に対する殻効果の重要性が示されています。[ g ]
アルファ崩壊は放出されるアルファ粒子によって記録され、崩壊生成物は実際の崩壊前に容易に決定できます。このような崩壊または連続する一連の崩壊によって既知の原子核が生成されれば、反応の元の生成物を容易に決定できます。[ h ]（崩壊連鎖内のすべての崩壊が実際に互いに関連していることは、これらの崩壊の位置によって確立されます。崩壊は同じ場所でなければなりません。）[ 27 ]既知の原子核は、崩壊エネルギー（より具体的には、放出される粒子の運動エネルギー）など、それが受ける崩壊の特定の特性によって認識できます。 [ i ]しかし、自発核分裂はさまざまな原子核を生成物として生成するため、元の核種をその娘核から決定することはできません。[ j ]
超重元素の合成を目指す物理学者が利用できる情報は、検出器で収集された情報、すなわち粒子の位置、エネルギー、検出器への到達時刻、およびその崩壊時の情報である。物理学者はこのデータを分析し、それが実際に新しい元素によって引き起こされたものであり、主張されている核種とは異なる核種によって引き起こされたものではないと結論付けようとする。多くの場合、提供されたデータは、新しい元素が確実に生成され、観測された効果に対する他の説明がないと結論付けるには不十分であり、データの解釈に誤りが生じている。[ k ]
元素116の最初の探索は、 248 Cmと48 Caの反応を利用して、1977年にローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）のケン・ヒューレットとそのチームによって行われた。彼らはリバモリウムの原子を一つも検出できなかった。[ 56 ]その後、合同原子核研究所（JINR）のフレロフ核反応研究所（FLNR）のユーリ・オガネシアンとそのチームは1978年にこの反応を試みたが失敗した。1985年、バークレーとGSIのピーター・アームブラスターのチームとの共同実験で、結果は再び陰性で、計算された断面積の限界は10～100 pbであった。天然鉛 + 48 Ca 反応によるノーベリウムの合成に非常に有用であることが証明された48 Caとの反応に関する研究は、それでもドゥブナで継続され、1989 年に超重元素分離器が開発され、1990 年に標的物質の探索と LLNL との共同研究が開始され、1996 年により強力な48 Ca ビームの生成が開始され、1990 年代初頭には感度が 3 桁高い長期実験の準備が行われた。この研究は、48 Ca とアクチニド標的との反応で元素 112 ～ 118 の新しい同位体を生成することと、周期表で最も重い 5 つの元素、フレロビウム、モスコビウム、リバモリウム、テネシン、オガネソンの発見に直接つながった。[ 57 ]
1995年、ドイツのダルムシュタットにある重イオン研究所（GSI）のシグルド・ホフマン率いる国際チームは、鉛-208標的とセレン-82入射粒子との間の放射捕獲反応（中性子を蒸発させずに純粋なガンマ線放出によって複合原子核が脱励起する反応）で元素116を合成しようと試みた。元素116の原子は確認されなかった。[ 58 ]
1998年後半、ポーランドの物理学者ロベルト・スモランチュクは、元素118と116を含む超重原子の合成に向けた原子核融合に関する計算を発表した。[ 59 ]彼の計算では、慎重に制御された条件下で鉛とクリプトンを融合させることで、これら2つの元素を作ることが可能かもしれないと示唆された。[ 59 ]
1999年、ローレンス・バークレー国立研究所の研究者らはこれらの予測を利用し、元素118と116の発見をPhysical Review Lettersに掲載された論文で発表した[ 60 ] 。その後まもなく、その結果はScience誌にも報告された[ 61 ]。研究者らは、反応を行ったと報告している。
翌年、他の研究所の研究者が結果を再現できず、バークレー研究所自身も再現できなかったため、彼らは撤回を発表した。[ 62 ] 2002年6月、研究所長は、これら2つの元素の発見に関する当初の主張は、筆頭著者のビクター・ニノフによって捏造されたデータに基づいていたと発表した。[ 63 ] [ 64 ]同位体289Lvは、最終的に2024年にJINRで発見された。[ 65 ]
リバモリウムは、2000年7月19日にドゥブナ（JINR）の科学者たちが加速されたカルシウム48イオンをキュリウム248の標的に照射した際に初めて合成されました。単一の原子が検出され、崩壊エネルギー10.54 MeVのアルファ崩壊によってフレロビウムの同位体に崩壊しました。この結果は2000年12月に発表されました。[ 66 ]
娘フレロビウム同位体は、 1999年6月に初めて合成されたフレロビウム同位体の特性と一致しており、当初は288 Flに割り当てられていた[ 66 ] 。これは、親リバモリウム同位体が292 Lvに割り当てられることを示唆していた。2002年12月の後の研究では、合成されたフレロビウム同位体は実際には289 Flであることが示され、それに伴い、合成されたリバモリウム原子の割り当ては293 Lvに変更された[ 67 ] 。
同研究所は、2001 年 4 月～5 月の 2 番目の実験でさらに 2 つの原子を報告した。[ 68 ]同じ実験で、1998 年 12 月に初めて観測されたフレロビウムの崩壊に対応する崩壊系列も検出した。これは289 Flに割り当てられていた。[ 68 ] 1998 年 12 月に発見されたものと同じ性質を持つフレロビウム同位体は、同じ反応を繰り返しても、その後は観測されていない。後に、289 Fl は異なる崩壊特性を持ち、最初に観測されたフレロビウム原子は核異性体289m Fl であった可能性があることが判明した。[ 66 ] [ 69 ]この一連の実験で289m Flが観測されたことは、リバモリウムの親異性体、すなわち293m Lvの形成、または既に発見されている状態293 Lv から289m Fl への稀でこれまで観測されていなかった崩壊分岐を示している可能性がある。どちらの可能性も確実ではなく、この活動を確実に割り当てるには研究が必要です。別の可能性として、1998 年 12 月の最初の原子を290 Fl に割り当てることが提案されています。これは、最初の実験で使用されたビームエネルギーが低いため、2n チャネルが妥当であるためです。その親は294 Lv である可能性がありますが、この割り当ては248 Cm( 48 Ca,2n) 294 Lv 反応で確認する必要があります。 [ 66 ] [ 69 ] [ 70 ]
チームは2005年4月～5月に実験を繰り返し、リバモリウム原子8個を検出した。測定された崩壊データは、最初に発見された同位体が293 Lvであることを確認した。この実験では、チームは同位体292 Lvも初めて観測した。[ 67 ] 2004年から2006年にかけてのさらなる実験では、チームはキュリウム248の標的をより軽いキュリウム同位体キュリウム245に置き換えた。ここでは、 290 Lvと291 Lvの2つの同位体の証拠が見つかった。 [ 71 ]
2009 年 5 月、IUPAC / IUPAP合同作業部会はコペルニシウムの発見について報告し、同位体283 Cnの発見を認めた。[ 72 ]これは、コペルニシウムの発見を証明するためにリバモリウムのデータが絶対的に重要ではなかったものの、その孫娘283 Cnに関するデータが認められたことから、事実上同位体291 Lvの発見を意味した。また 2009 年に、バークレーとドイツの重イオン研究所(GSI) から、既知の 4 つのリバモリウム同位体の直娘であるフレロビウム同位体 286 ～ 289 の確認が得られた。2011 年に、IUPAC は 2000 ～ 2006 年のドゥブナチームの実験を評価した。初期のデータ（291 Lv と283 Cn を含まない）は決定的ではないと判断されたが、2004～2006 年の結果はリバモリウムの同定として受け入れられ、この元素は正式に発見されたと認められた。[ 71 ]
リバモリウムの合成は、GSI（2012年）と理化学研究所（2014年と2016年）でそれぞれ確認されている。[ 73 ] [ 74 ] 2012年のGSI実験では、293Lvに暫定的に割り当てられた1つの連鎖が以前のデータと矛盾することが示され、この連鎖は代わりに異性体状態293mLvに由来する可能性があると考えられている。[ 73 ] 2016年の理化学研究所実験では、294Lvに割り当てられる可能性のある1つの原子が検出されたようで、 290Flと286Cnにアルファ崩壊し、自発核分裂を起こした。しかし、生成されたリバモリウム核種からの最初のアルファは見逃され、 294Lvへの割り当てはもっともらしいもののまだ不確実である。[ 75 ]
メンデレーエフの命名法では、名前のない未発見の元素には、リバモリウムはエカポロニウムと呼ばれることがある。[ 76 ] 1979年、IUPACは、元素の発見が確認され、名前が決定されるまで、仮の系統的元素名ウンウンヘキシウム（Uuh）[ 77 ]を使用することを推奨した。化学教室から高度な教科書まで、あらゆるレベルの化学コミュニティで広く使用されているにもかかわらず、この推奨事項は、この分野の科学者の間ではほとんど無視され、[ 78 ] [ 79 ]彼らはそれを「元素116」と呼び、記号はE116、（116）、あるいは単に116と呼んだ。[ 1 ]
IUPACの勧告によれば、新元素の発見者には名前を提案する権利がある。[ 80 ]リバモリウムの発見は、フレロビウムの発見とともに、2011年6月1日にIUPACの合同作業部会（JWP）によって認められた。[ 71 ] JINRの副所長によれば、ドゥブナチームは当初、ドゥブナがあるモスクワ州にちなんで元素116をモスコビウムと名付けたかったが、 [ 81 ]後にこの名前を代わりに元素115に使用することに決定した。リバモリウムという名前と記号Lvは、 2012年5月23日に採用された。 [ 82 ] [ 6 ] [ 83 ]この名前は、JINRと共同で発見を行った米国カリフォルニア州リバモア市のローレンス・リバモア国立研究所にちなんでいる。この都市は、イギリス生まれでメキシコに帰化したアメリカ人牧場主ロバート・リバモアにちなんで名付けられました。 [ 6 ]フレロビウムとリバモリウムの命名式は、2012年10月24日にモスクワで行われました。[ 84 ]
48 Caより重い入射粒子を用いた核融合反応によるリバモリウムの合成は、未発見の元素 120の合成を試みる準備として研究されてきた。なぜなら、そのような反応では必然的に重い入射粒子が使用されるからである。2023 年、ドゥブナの JINR の超重元素ファクトリーで238 U と54 Cr の反応が研究され、新しい同位体288 Lv の原子 1 個が報告された。[ 85 ]この反応のより詳細な分析は 2025 年に発表され、その時点でもう 1 つの原子が報告された。[ 86 ]同様に、2024 年に、ローレンス バークレー国立研究所のチームが244 Puと50 Tiの反応で290 Lvの原子 2 個を合成したと報告した。この結果は、元素 119を探す計画を立てているチームを率いる理化学研究所の羽場弘光所長によって「真に画期的」と評された。[ 87 ] [ 88 ] [ 89 ] JINR のチームは238 U + 54 Crのフォローアップとして 2024 年に242 Pu と50 Ti の反応を研究し、 288 Lv とその崩壊生成物 (2 つの新しい連鎖) の追加崩壊データを取得し、新しい同位体289 Lv (3 つの連鎖) を発見しました。[ 65 ] [ 86 ]
核特性以外に、リバモリウムやその化合物の特性は測定されていません。これは、リバモリウムの生産が極めて限られていて高価であること[ 90 ]と、非常に速く崩壊するという事実によるものです。リバモリウムの特性は依然として不明であり、予測しか得られていません。
リバモリウムは、コペルニシウム（元素112）とフレロビウム（元素114）を中心とする安定の島に近いと予想されている。 [ 91 ] [ 92 ]高い核分裂障壁が予想されるため、この安定の島内の原子核はアルファ崩壊のみで崩壊し、おそらく電子捕獲とベータ崩壊も起こる。[ 3 ]リバモリウムの既知の同位体は、安定の島に存在するのに十分な中性子を持っていないが、重い同位体は一般的に寿命が長いため、島に近づいていると見ることができる。[ 66 ] [ 71 ]
超重元素は核融合によって生成されます。これらの核融合反応は、生成される複合核の励起エネルギーに応じて、「高温」核融合と「低温」核融合に分類できます。[ l ]高温核融合反応では、非常に軽く高エネルギーの入射粒子が非常に重い標的（アクチニド）に向かって加速され、高い励起エネルギー（約40～50 MeV）の複合核が生成され、核分裂するか、数個（3～5個）の中性子を蒸発させる可能性があります。[ 94 ]低温核融合反応（通常は第4周期のより重い入射粒子と、通常は鉛とビスマスなどのより軽い標的を使用）では、生成される融合核の励起エネルギーは比較的低く（約10～20 MeV）、これらの生成物が核分裂反応を起こす確率が低くなります。融合核が基底状態に冷却されるにつれて、1個または2個の中性子の放出のみが必要になります。高温核融合反応では、現在マクロ量で生成可能な元素の中でアクチニドが最も高い中性子対陽子比を持つため、中性子過剰生成物が多く生成される傾向がある。[ 95 ]
より多くのリバモリウム同位体、特に既知の同位体（286 Lv、287 Lv、294 Lv、295 Lv）よりも中性子が数個多いか少ない同位体を合成することで、超重原子核の特性に関する重要な情報が得られる可能性がある。これは、標的を作るために使用できる、比較的長寿命のキュリウム同位体が多数存在するためである。 [ 91 ]軽い同位体は、キュリウム-243とカルシウム-48を融合させることで作ることができる。それらはアルファ崩壊の連鎖を経て、熱核融合では軽すぎて生成できず、冷核融合では重すぎて生成できない超アクチニド同位体で終わる。 [ 91 ]同じ中性子不足同位体は、 48 Caよりも重い入射粒子との反応でも到達可能であり、これは原子番号118（またはおそらく119）を超える元素に到達するために必要となる。こうして288 Lvと289 Lvが発見された。[ 65 ] [ 85 ]
重同位体294 Lv および295 Lvの合成は、重キュリウム同位体キュリウム-250とカルシウム-48 を融合させることで達成できる。この核反応の断面積は約 1ピコバーンであるが、ターゲット製造に必要な量の250 Cmを生成することはまだ不可能である。 [ 91 ]あるいは、294 Lv は251 Cf( 48 Ca,pn) 反応における荷電粒子蒸発によって生成できる。[ 96 ] [ 97 ]数回のアルファ崩壊の後、これらのリバモリウム同位体はベータ安定線上の核種に到達する。さらに、電子捕獲もこの領域で重要な崩壊モードとなり、影響を受けた原子核が島の中心に到達できるようになる可能性がある。例えば、295 Lv はアルファ崩壊して291 Flになり、それが連続的に電子捕獲されて291 Nh になり、次に291 Cn になると予測されています。291 Cnは安定の島の真ん中に位置し、半減期は約 1200年と予想されており、現在の技術で島の真ん中に到達できる可能性が最も高いとされています。欠点は、ベータ安定線にこれほど近い超重原子核の崩壊特性がほとんど研究されていないことです。[ 91 ]
安定の島で原子核を合成する他の可能性としては、質量が大きい原子核の準核分裂（部分的な融合に続いて核分裂が起こる）が挙げられる。[ 98 ]このような原子核は核分裂を起こしやすく、カルシウム-40、スズ-132、鉛-208、ビスマス-209などの二重魔法数またはほぼ二重魔法数の断片を放出する。[ 99 ]最近、アクチニド原子核（ウランやキュリウムなど）の衝突における多核子移行反応が、安定の島に位置する中性子過剰の超重原子核を合成するために使用できることが示されているが、[ 98 ]より軽い元素であるノーベリウムやシーボーギウムの形成の方が好ましい。[ 91 ]島の近くで同位体を合成する最後の可能性は、制御された核爆発を使用して、 258～260 Fmと質量数275 (原子番号104～108 )の不安定性のギャップを迂回するのに十分な高い中性子束を生成することです。これは、アクチニドが最初に自然界で生成され、ラドン周辺の不安定性のギャップを迂回したr プロセスを模倣しています。[ 91 ]このような同位体 (特に291 Cn と293 Cn) は自然界で合成された可能性もありますが、半減期がわずか数千年と非常に短く、生成量も非常に少ない (鉛の存在量の約 10 −12倍) ため、今日では宇宙線以外では原始核種として検出できません。[ 91 ]
周期表では、リバモリウムは第16族、カルコゲンに属します。酸素、硫黄、セレン、テルル、ポロニウムの下に位置しています。これまでのカルコゲンはすべて、価電子殻に6個の電子を持ち、価電子配置はns 2 np 4となっています。リバモリウムの場合もこの傾向は続き、価電子配置は7s 2 7p 4になると予測されています。[ 1 ]したがって、リバモリウムはより軽い同族元素といくつかの類似点を持つことになります。違いが生じる可能性が高く、大きな寄与要因はスピン軌道（SO）相互作用、つまり電子の運動とスピンの相互作用です。超重元素では、電子が軽い原子よりもはるかに速く、光速に匹敵する速度で運動するため、この相互作用は特に強くなります。[ 100 ]リバモリウム原子に関して言えば、7s および 7p 電子エネルギー準位を低下させ（対応する電子を安定化させる）、7p 電子エネルギー準位のうち 2 つが他の 4 つよりも安定化される。[ 101 ] 7s 電子の安定化は不活性対効果と呼ばれ、7p 副殻をより安定化した部分とより不安定な部分に「引き裂く」効果は副殻分裂と呼ばれる。計算化学者は、分裂を、7p 副殻のより安定化した部分とより不安定な部分について、それぞれ 2 番目の（方位角）量子数l が1 から1 ⁄ 2および3 ⁄ 2に変化することと見なしている。7p 1/2副殻は、7s 電子ほど不活性ではないものの、2 番目の不活性対として機能し、7p 3/2副殻は容易に化学反応に参加することができる。[ 1 ] [ 100 ] [ m ]多くの理論的な目的のために、価電子配置は7p副殻の分裂を反映するように7s 2と表されることがある。7p 2 1/2 7p 2 3/2 . [ 1 ]
リバモリウムの不活性電子対効果はポロニウムよりもさらに強くなるはずであり、そのため+2の酸化状態は+4の状態よりも安定になる。+4の状態は最も電気陰性度の高い配位子によってのみ安定化される。これはリバモリウムの予想されるイオン化エネルギーに反映されており、第2および第3のイオン化エネルギー（不活性な7p 1/2殻の破断に対応）と第4および第5のイオン化エネルギーの間に大きなギャップがある。[ 3 ]実際、7s電子は非常に不活性であるため、+6の状態は達成できないと予想される。[ 1 ]リバモリウムの融点と沸点はカルコゲンの傾向を継続すると予想されるため、リバモリウムはポロニウムよりも高い温度で融解するが、低い温度で沸騰するはずである。[ 2 ]また、ポロニウム (α-Lv: 12.9 g/cm 3 ; α-Po: 9.2 g/cm 3 ) よりも密度が高いはずです。ポロニウムと同様に、α および β 同素体も形成するはずです。[ 3 ] [ 102 ]水素様リバモリウム原子 (電子が 1 つだけになるように酸化された Lv 115+ )の電子は、相対論的効果により、静止した電子の 1.86 倍の質量を持つほど速く動くと予想されます。比較のために、水素様ポロニウムとテルルの数値はそれぞれ 1.26 と 1.080 と予想されます。[ 100 ]
リバモリウムは、7p系列の化学元素の4番目のメンバーであり、周期表の16族で最も重いメンバーで、ポロニウムより下に位置すると予測されている。7p元素の中では理論的に最も研究されていないが、その化学はポロニウムの化学と非常によく似ていると予想されている。[ 3 ]酸素を除くすべてのカルコゲン元素で+6のグループ酸化状態が知られており、酸素はオクテットを拡張できず、化学元素の中で最も強い酸化剤の1つである。したがって、酸素は最大+2の状態に制限され、これはフッ化物OF 2で示されている。+4の状態は、硫黄、セレン、テルル、ポロニウムで知られており、硫黄(IV)とセレン(IV)では還元性、テルル(IV)では最も安定な状態、ポロニウム(IV)では酸化性へと安定性が変化する。これは、相対論的効果、特に不活性電子対効果の重要性が増すため、グループが下がるにつれて高酸化状態の安定性が低下することを示唆しています。[ 100 ]したがって、リバモリウムの最も安定な酸化状態は+2であり、+4状態はかなり不安定です。+2状態はベリリウムやマグネシウムの場合と同じくらい簡単に形成され、+4状態はリバモリウム(IV)フッ化物(LvF4)のように、強い電気陰性配位子でのみ達成されるはずです。 [ 1 ] 7s電子の非常に強い安定化により、リバモリウムの価電子コアは4電子のみとなるため、+6状態は全く存在しないはずです。[ 3 ]より軽いカルコゲンも、酸化物、硫化物、セレン化物、テルル化物、ポロニドとして-2状態を形成することが知られています。リバモリウムの 7p 3/2サブシェルの不安定化により、−2 状態はリバモリウムでは非常に不安定であるはずであり、その化学は本質的に純粋な陽イオンであるはずであるが、[ 1 ]ポロニウムと比較してリバモリウムのサブシェルとスピノルのエネルギー分裂が大きいため、Lv 2− は予想よりもわずかに不安定ではないはずである。[ 100 ]
リバモリウム水素化物 (LvH 2 ) は、最も重いカルコゲン水素化物であり、水の最も重い同族体です(より軽いものはH 2 S、H 2 Se、H 2 Te、およびPoH 2です)。ポラン (ポロニウム水素化物) は、ポロニウムが金属と半金属の境界に位置し、非金属的な性質も持っているため、ほとんどの金属水素化物よりも共有結合性の強い化合物です。ポロニウムは、塩化水素(HCl)のようなハロゲン化水素と、スタナン( Sn H 4 )のような金属水素化物の中間的な性質を持っています。リバモランはこの傾向を引き継ぐはずです。リバモリウムではなく水素化物であるはずですが、それでも共有結合性の分子化合物です。スピン軌道相互作用により、Lv–H結合は周期的な傾向のみから予想されるよりも長くなり、H–Lv–H結合角は予想よりも大きくなると予想されます。これは、占有されていない8s軌道が比較的低いエネルギーを持ち、リバモリウムの価電子7p軌道と混成できるためであると理論づけられています。この現象は「超原子価混成」と呼ばれ、 [ 103 ]周期表の非相対論的領域にも類似例があります。たとえば、分子状二フッ化カルシウムはカルシウム原子の4sと3dが関与しています。[ 104 ]重い二ハロゲン化リバモリウムは直線状であると予測されていますが、軽いものは曲がっていると予測されています。[ 105 ]
リバモリウムの化学的特性の明確な決定はまだ確立されていない。[ 106 ] [ 107 ] 2011年に、カルシウム48の入射粒子とアメリシウム243およびプルトニウム244の標的との反応でニホニウム、フレロビウム、モスコビウムの同位体を生成する実験が行われた。標的には鉛とビスマスの不純物が含まれていたため、核子移行反応でビスマスとポロニウムのいくつかの同位体が生成された。これは予期せぬ複雑な問題ではあるが、将来、ビスマスとポロニウムのより重い同族体であるモスコビウムとリバモリウムの化学的調査に役立つ情報が得られる可能性がある。[ 107 ]生成された核種ビスマス-213とポロニウム-212mは、タンタルで保持された石英ウールフィルターユニットを通して850℃で水素化物213BiH3と212mPoH2として輸送され、これらの水素化物が驚くほど熱的に安定であることが示されました。ただし、より重い同族体McH3とLvH2は、 pブロックの周期的な傾向を単純に外挿すると、熱的に不安定になると予想されます。 [ 107 ]化学的調査を行う前に、 BiH3、McH3 、 PoH2 、およびLvH2の安定性と電子構造に関するさらなる計算が必要です。モスコビウムとリバモリウムは、純粋な元素として近い将来化学的に研究できるほど揮発性が高いと予想されており、リバモリウムはその性質をより軽い同族元素であるポロニウムと共有することになるが、現在知られているすべてのリバモリウム同位体の半減期が短いため、この元素は依然として実験化学にはアクセスできない。[ 107 ] [ 108 ]