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ローレンシウムは合成化学元素で、記号はLr（旧Lw）、原子番号は103です。多くの人工放射性元素の発見に使用された装置であるサイクロトロンの発明者、アーネスト・ローレンスにちなんで名付けられました。放射性金属であるローレンシウムは、11番目の超ウラン元素、3番目のトランスファーミウム、そしてアクチノイド系列の最後の元素です。原子番号が100を超えるすべての元素と同様に、ローレンシウムは、より軽い元素に荷電粒子を照射することによってのみ粒子加速器で生成できます。ローレンシウムには14の同位体が知られています。最も安定なのは半減期11時間の266Lrですが、より半減期の短い260Lr（半減期2.7分）は、より大規模に生成できるため、化学で最も一般的に使用されています。
化学実験により、ローレンシウムは周期表においてルテチウムのより重い同族元素として振る舞い、三価であることが確認されている。したがって、ローレンシウムは第7周期遷移金属の最初の元素として分類することもできる。その電子配置は周期表上の位置からすると異常であり、同族元素であるルテチウムのs 2 d配置ではなく、s 2 p配置となっている。しかし、これはローレンシウムの化学的性質には影響しないようである。
1950年代、1960年代、1970年代には、ソ連と米国の研究所から、品質の異なる103番元素の合成に関する多くの主張がなされた。発見の優先権、ひいては元素名をめぐって、ソ連と米国の科学者の間で争いが起こった。国際純正・応用化学連合（IUPAC）は当初、ローレンシウムをこの元素の正式名称とし、発見の功績を米国チームに与えた。1992年にこの決定が見直され、両チームが発見の功績を分かち合うことになったが、元素名は変更されなかった。
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。[ 14 ]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。[ 15 ]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可能性がある。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。[ 15 ]
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 秒間一緒に留まり、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)。[ 15 ] [ 16 ]これは、単一の原子核の形成を試みる間に、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。[ 15 ]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、融合が発生す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発生する確率です。[ 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発生す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。[ 15 ]
結果として生じる合体は励起状態[ 19 ] （複合核と呼ばれる）であり、非常に不安定である[ 15 ] 。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[ 20 ] 。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[20]。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。[ 21 ] [ 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。[ 23 ]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。[ 23 ]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。[ 26 ]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。[ 23 ]
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。[ 27 ]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。[ 28 ] [ 29 ]したがって、超重原子核は理論的に予測されており[ 30 ] 、これまでのところ、主にこのような反発によって引き起こされる崩壊モード、すなわちアルファ崩壊と自発的核分裂によって崩壊することが観測されています[ 31 ]。[ 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、[ 33 ]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。[ 34 ]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。[ 28 ] [ 29 ]
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。[ 36 ]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。[ 29 ]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、[ 37 ]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。 [ 38 ]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。[ 29 ] [ 39 ]後期の核殻モデルでは、約 300 個の核子を持つ原子核は安定の島を形成し、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。[ 29 ] [ 39 ]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。[ 40 ]より軽い超重核、[ 41 ]および予想されるアイランドに近いもの、[ 37 ]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た場合、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。）[ 23 ]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 ]
1958年、ローレンス・バークレー国立研究所の科学者たちは、現在ノーベリウムと呼ばれる元素102の発見を主張した。同時に、彼らは14Nイオンを用いて同じキュリウム標的に照射することで元素103の合成も試みた。18本の飛跡が観測され、崩壊エネルギーは約9 ± 1 MeV 、半減期は約 0.25 秒。バークレーのチームは、原因は元素 103 の同位体の生成である可能性があるが、他の可能性も排除できないと指摘した。データは、後に257 Lr (アルファ崩壊エネルギー 8.87 MeV、半減期 0.6 秒) について発見されたものと合理的に一致するが、この実験で得られた証拠は、元素 103 の合成を決定的に証明するために必要な強度には遠く及ばなかった。ターゲットが破壊されたため、この実験の追跡は行われなかった。[ 52 ] [ 53 ]その後、1960 年に、ローレンス バークレー研究所は252 Cfに10 B と11 Bを照射して元素を合成しようと試みた。この実験の結果は決定的なものではなかった。[ 52 ]
元素103に関する最初の重要な研究は、1961年2月14日にバークレーでアルバート・ギオルソ、トルビョルン・シッケランド、アルモン・ラーシュ、ロバート・M・ラティマーらの原子核物理学チームによって行われた。 [ 54 ]ローレンシウムの最初の原子は、重イオン線形加速器（HILAC）からのホウ素10とホウ素11の原子核で、カリホルニウムの3つの同位体からなる3ミリグラムの標的を照射することによって生成されたと報告されている。[ 55 ]バークレーのチームは、この方法で同位体257Lrが検出され、半減期8.6MeVのアルファ粒子を放出して崩壊したと報告した。 8 ± 2 秒。[ 53 ]この同定は後に258 Lrに修正されました。 [ 55 ]後の研究で257 Lr は検出された特性を持たず、258 Lr は持つことが証明されたためです。[ 53 ]これは当時、元素 103 の合成の説得力のある証拠と考えられていました。質量割り当ては不確実で誤りであることが判明しましたが、元素 103 が合成されたという主張には影響しませんでした。ドゥブナの合同原子核研究所(当時はソビエト連邦) の科学者たちはいくつかの批判を提起しましたが、1 つを除いてすべて適切に回答されました。例外は、252 Cf がターゲットで最も一般的な同位体であり、 10 Bとの反応では258 Lr は 4 つの中性子を放出することによってのみ生成され、3 つの中性子を放出することは 4 つまたは 5 つの放出よりもはるかに起こりにくいと予想されたことです。これにより、収量曲線は狭くなり、バークレーチームが報告したような広い曲線にはならなかった。考えられる説明としては、元素103に起因する事象の数が少なかったことが挙げられる。[ 53 ]これは、証拠が完全に説得力のあるものではなかったものの、元素103の疑いのない発見への重要な中間段階であった。[ 53 ]バークレーチームは、サイクロトロンの発明者であるアーネスト・ローレンスにちなんで、記号「Lw」の「ローレンシウム」という名前を提案した。IUPAC無機化学命名委員会はこの名前を受け入れたが、記号を「Lr」に変更した。[ 56 ]この発見の受け入れは、後にドゥブナチームによって性急であると評された。[ 53 ]
ドゥブナで元素103に関する最初の研究が行われたのは1965年で、18Oで243Amを照射して256Lrを生成し、孫娘フェルミウム-252から間接的に同定したと報告した。報告された半減期は、おそらくバックグラウンド事象のためにやや高すぎた。同じ反応に関する1967年の研究で、8.35～8.50MeVと8.50～8.60MeVの範囲の2つの崩壊エネルギーが特定され、これらは256Lrと257Lrに割り当てられた。[ 53 ]繰り返し試みたにもかかわらず、半減期8秒のアルファ放出体が257Lrに割り当てられることを確認できなかった。 [ 57 ] [ 58 ]ロシア人は1967年にこの新元素に「ラザフォード[ 52 ] [ 59 ]この名前は後にバークレーによって元素104に提案された。[ 59 ]
1969年にドゥブナで、1970年にバークレーで行われたさらなる実験により、この新元素のアクチニド化学が実証され、1970年までに元素103が最後のアクチニドであることが知られるようになった。 [ 53 ] [ 60 ] 1970年、ドゥブナのグループは半減期20秒、アルファ崩壊エネルギー8.38 MeVの255Lrの合成を報告した。[ 53 ]しかし、1971年にカリフォルニア大学バークレー校の原子核物理学チームが質量数255から260のローレンシウム同位体の核崩壊特性を測定することを目的とした一連の実験に成功したとき、[ 61 ] [ 62 ]バークレーとドゥブナからの以前の結果がすべて確認された。ただし、バークレーのグループが最初に生成した同位体を、おそらく正しい258 Lrではなく257 Lrと誤って割り当てたという最初の誤りは除く。[ 53 ] 1976年と1977年に258 Lrから放出されるX線のエネルギーが測定されたとき、すべての最終的な疑念は払拭された。 [ 53 ]
1971年、IUPACは、元素の存在を示す理想的なデータを持っていなかったにもかかわらず、ローレンシウムの発見をローレンス・バークレー研究所に認めた。しかし1992年、IUPACトランスファーミウム作業部会（TWG）は、ドゥブナとバークレーの原子核物理学チームをローレンシウムの共同発見者として正式に認め、1961年のバークレーの実験はローレンシウムの発見への重要な一歩ではあったものの、まだ完全には説得力のあるものではないと結論付けた。 1965年、1968年、1970年のドゥブナ実験は、合わせて必要な信頼度に非常に近かったものの、以前の観測を明確化および確認した1971年のバークレー実験のみが、最終的に元素103の発見に対する完全な信頼につながった。[ 52 ] [ 56 ]この時点で「ローレンシウム」という名前は長い間使用されていたため、IUPACによって保持され、[ 52 ] 1997年8月、国際純正・応用化学連合（IUPAC）はジュネーブでの会議でローレンシウムという名前と記号「Lr」を承認した。[ 56 ]
ローレンシウムは最後のアクチノイド元素です。この元素を研究する著者は一般的に、ローレンシウムをスカンジウム、イットリウム、ルテチウムとともに第3族元素とみなしています。これは、ローレンシウムのf軌道が満たされているため、他の第7周期遷移金属と類似した性質を持つと予想されるためです。周期表では、アクチノイド元素ノーベリウムの右、6d遷移金属ラザフォードウムの左、そしてランタノイド元素ルテチウムの下に位置し、ルテチウムとは多くの物理的および化学的性質を共有しています。ローレンシウムは常温常圧下では固体であり、より軽い同族元素であるルテチウムと同様に六方最密充填構造（c / a = 1.58）を持つと予想されていますが、これはまだ実験的に確認されていません。[ 5 ]ローレンシウムの昇華エンタルピーは 352 kJ/mol と推定され、ルテチウムの値に近く、金属ローレンシウムは 3 つの電子が非局在化した三価であることを強く示唆しており、この予測は、近隣元素の蒸発熱、体積弾性率、原子体積の値をローレンシウムに系統的に外挿することによっても裏付けられています。[ 63 ]このため、ローレンシウムは、既知の二価元素 (フェルミウムとメンデレビウム) または予想される二価元素 (ノーベリウム) とは異なっています。[ 64 ]推定された蒸発エンタルピーは、ローレンシウムが後期アクチニドの傾向から外れ、代わりに後続の 6d 元素であるラザフォードウムとドブニウムの傾向に一致することを示しており、[ 65 ] [ 66 ]ローレンシウムが第 3 族元素であるという解釈と一致しています。[ 66 ]一部の科学者は、アクチノイドをノーベリウムで終わらせ、ローレンシウムを第 7 周期の最初の遷移金属とみなすことを好みます。[ 67 ] [ 68 ]
ローレンシウムは、空気、水蒸気、酸によって容易に酸化される三価の銀白色の金属であると予想されており[ 69 ]、原子体積はルテチウムとほぼ同じで、三価金属の半径は171 pmである[ 63 ]。密度が約14.4 g/cm 3のかなり重い金属であると予想されている[ 2 ]。また、融点は約1900 K (1600 °C )で、ルテチウムの値(1925 K)からそれほど遠くないと予測されている[ 70 ] 。
1949年、アクチニド概念を考案したグレン・T・シーボーグは、元素103（ローレンシウム）が最後のアクチニドであり、Lr 3+イオンは水溶液中でLu 3+とほぼ同じくらい安定であると予測した。元素103が最終的に決定的に合成され、この予測が実験的に確認されたのは、それから数十年後のことであった。[ 71 ]
1969 年に行われたこの元素の研究により、ローレンシウムは塩素と反応して、おそらく三塩化物であるLrCl 3を形成することが示されました。その揮発性は、キュリウム、フェルミウム、ノーベリウムの塩化物と似ており、ラザフォードム塩化物よりはるかに低いことがわかりました。1970 年に、 256 Lrの 1500 個の原子について化学的研究が行われ、2 価 ( No、Ba、Ra )、3 価 ( Fm、Cf、Cm、Am、Ac )、および 4 価 ( Th、Pu ) の元素と比較されました。ローレンシウムは三価イオンと共抽出されることがわかりましたが、 256 Lrの半減期が短いため、溶出順序でMd 3+より先に溶出することが確認できませんでした。 [ 71 ]ローレンシウムは水溶液中で三価のLr3 +イオンとして存在するため、その化合物は他の三価アクチニドの化合物と類似しているはずである。例えば、フッ化ローレンシウム( III ) （LrF3）と水酸化ローレンシウム（Lr(OH) 3）はどちらも水に不溶であるはずである。[ 71 ]アクチニド収縮のため、Lr3 +のイオン半径はMd3 +のイオン半径よりも小さく、 α-ヒドロキシイソ酪酸アンモニウム（α-HIBアンモニウム）を溶出液として使用した場合、 Md3 +よりも先に溶出するはずである。 [ 71 ] 1987年に行われた長寿命同位体260Lrに関する実験では、ローレンシウムの三価性が確認され、エルビウムとほぼ同じ位置で溶出することが示され、ローレンシウムのイオン半径は 88.6 ± 0.3 pm であり、周期的な傾向からの単純な外挿から予想される値よりも大きい。[ 71 ] 1988 年、より多くのローレンシウム原子を用いた実験により、この値はさらに改良され、88.1 ± 0.1 pmであり、水和エンタルピー値を計算した。−3685 ± 13 kJ/mol。[ 71 ]また、アクチニドの末端におけるアクチニド収縮は、最後のアクチニドであるローレンシウムを除いて、類似のランタニド収縮よりも大きいことがわかった。原因は相対論的効果であると推測された。[ 71 ]
7s電子は相対論的に安定化されているため、還元条件下では7p 1/2電子のみがイオン化され、一価のLr +イオンが生成されると考えられてきた。しかし、水溶液中でLr 3+をLr 2+またはLr +に還元する実験は、ルテチウムの場合と同様にすべて失敗に終わった。このことから、E °( Lr 3+ → Lr + )対の標準電極電位は-1.56 V未満と計算され、水溶液中にLr +イオンが存在する可能性は低いことが示された。 E °( Lr 3+ → Lr 2+ )対の上限は−0.44 V と予測され、 E °( Lr 3+ → Lr ) とE °( Lr 4+ → Lr 3+ )の値はそれぞれ −2.06 V と +7.9 Vと予測される。[ 71 ] 6d 遷移系列におけるグループ酸化状態の安定性はRf IV > Db V > Sg VIの順に低下し、ローレンシウムはこの傾向を継続し、Lr IIIは Rf IVよりも安定している。[ 72 ]
曲がっていると予測されるローレンシウム二水素化物（ LrH 2 ）分子では、ランタン二水素化物（LaH 2）とは異なり、ローレンシウムの6d軌道は結合に関与しないと予想されます。LaH 2のLa –H結合距離は2.158 Åですが、LrH 2では、コアのような5fサブシェルとほとんど関与しない6dサブシェルとは対照的に、結合に関与する7sおよび7p軌道の相対論的収縮と安定化により、Lr–H結合距離は2.042 Åと短くなるはずです。一般的に、分子状のLrH 2および LrH は、対応するランタニド種よりも対応するタリウム種 (気相ではタリウムの価電子配置が6s 2 6p 1であり、ローレンシウムの 7s 2 7p 1と同様) に似ていると予想されます。[ 73 ] Lr +およびLr 2+の電子配置は、それぞれ 7s 2および 7s 1であると予想されます。ただし、ローレンシウムの 3 つの価電子すべてがイオン化されて少なくとも形式的にはLr 3+カチオンとなる種では、ローレンシウムは典型的なアクチニドであり、ルテチウムのより重い同族元素のように振る舞うと予想されます。特に、ローレンシウムの最初の 3 つのイオン化ポテンシャルはルテチウムのものと似ていると予測されているためです。したがって、タリウムとは異なり、ルテチウムと同様に、ローレンシウムは LrH よりもLrH 3を形成することを好み、Lr CO は、同じく未知の LuCO と類似していると予想され、どちらの金属もモノカルボニルに σ 2 π 1の価電子配置を持っています。pπ–dπ 結合は、 LuCl 3やより一般的にはすべてのLnCl 3と同様に、LrCl 3にも見られると予想されます。錯体アニオン[ Lr(C 5 H 4 SiMe 3 ) 3 ] −は、ローレンシウムの場合、6d 1の配置で安定すると予想され、この 6d 軌道は、その最高被占分子軌道になります。これは、類似のルテチウム化合物の電子構造に類似しています。[ 74 ]
ローレンシウムは3つの価電子を持ち、5f電子は原子核にあります。[ 75 ] 1970年、アウフバウ原理に基づき、ローレンシウムのより軽い同族元素であるルテチウムの[Xe]4f 14 5d 1 6s 2配置に合致する[Rn]5f 14 6d 1 7s 2（基底状態項記号2 D 3/2）がローレンシウムの基底状態電子配置であると予測されました。[ 76 ]しかし翌年、この予測に疑問を呈し、代わりに異常な[Rn]5f 14 7s 2 7p 1配置を予想する計算が発表されました。 [ 76 ]初期の計算では矛盾する結果が得られましたが、[ 77 ]最近の研究と計算ではs 2 pの提案が確認されています。[ 78 ] [ 79 ] 1974年の相対論的計算では、2つの配置間のエネルギー差は小さく、どちらが基底状態であるかは不明であると結論付けられました。[ 76 ]その後の1995年の計算では、球状のs軌道とp 1/2軌道が原子核に最も近く、相対論的質量が著しく増加するほど速く動くため、s 2 p配置がエネルギー的に有利であると結論付けられました。[ 76 ]
1988年、アイヒラー率いる科学者チームは、ローレンシウムの金属源への吸着エンタルピーは電子配置によって十分に異なるため、この事実を利用してローレンシウムの電子配置を測定する実験を行うことが可能であると計算した。[ 76 ] s 2 p配置はs 2 d配置よりも揮発性が高く、 pブロック元素の鉛のそれにより似ていると予想された。ローレンシウムが揮発性であるという証拠は得られず、石英または白金へのローレンシウムの吸着エンタルピーの下限はs 2 p配置の推定値よりもかなり高かった。[ 76 ]
2015年に、同位体256Lrを使用してローレンシウムの第一イオン化エネルギーが測定されました。[ 4 ]測定値4.96 +0.08 −0.07 eVは、相対論的理論予測4.963(15) eVと非常によく一致し、超アクチニド の第一イオン化エネルギーの測定への第一歩となりました。[ 4 ]この値はすべてのランタニドとアクチニドの中で最も低く、 7p 1/2電子は弱くしか束縛されないと予想されるため、s 2 p配置を支持しています。イオン化エネルギーは一般的にfブロックで左から右に増加するため、この低い値は、ルテチウムとローレンシウムがfブロックではなくdブロック（その傾向に従う）に属することを示唆しています。これにより、それらはランタンやアクチニウムではなく、スカンジウムやイットリウムのより重い同族元素となるだろう。[ 80 ]アルカリ金属のような挙動が予測されているものの、 [ 81 ]吸着実験では、ローレンシウムはアルカリ金属のように一価ではなく、スカンジウムやイットリウムのように三価であることが示唆されている。[ 65 ]ローレンシウムの第二イオン化エネルギーの下限値（> 13.3 eV）は、2021年に実験的に発見された。[ 82 ]
s 2 p はローレンシウム原子の基底状態配置であることが知られていますが、ds 2 は低い励起状態配置であるはずで、励起エネルギーは 0.156 eV、0.165 eV、または 0.626 eV と様々に計算されています。[ 74 ]そのため、ローレンシウムは、異常な電子配置（クロムや銅など）を持つものの、d ブロック元素とみなすことができます。その化学的挙動は、ルテチウムのより重い類似元素に対する予想と一致しています。[ 66 ]
ローレンシウムには質量数251～262、264、266の14種類の同位体が知られており、すべて放射性である。 [ 83 ] [ 84 ] [ 85 ]核異性体は7種類知られている。最も寿命の長い同位体である266Lrは半減期が約10時間で、知られている超重同位体の中で最も寿命の長いものの1つである。[ 86 ]しかし、 266Lrはさらに重く、生成が難しい元素の最終崩壊生成物としてのみ生成されるため、化学実験では通常、寿命の短い同位体が使用されます。266Lrは294Tsの崩壊系列で2014年に発見されました。[ 83 ] [ 84 ] 256 Lr (半減期 27秒) は、ローレンシウムに関する最初の化学研究で使用されました。より寿命の長い260 Lr (半減期 2.7分) が通常この目的で使用されます。[ 83 ] 266 Lrの次に寿命の長い同位体は264 Lr ( 4.8 +2.2 −1.3 時間）、262 Lr (3.6 時間)、および261 Lr (44 分)。[ 83 ] [ 87 ] [ 88 ]他の既知のローレンシウム同位体の半減期はすべて 5 分未満であり、その中で最も短い ( 251 Lr) の半減期は 24.4 ミリ秒です。[ 85 ] [ 87 ] [ 88 ] [ 89 ]ローレンシウム同位体の半減期は、251 Lrから266 Lr までほとんど滑らかに増加し、 257 Lr から259 Lrまで低下します。[ 83 ] [ 87 ] [ 88 ]
ローレンシウムの同位体の大半は、アクチニド（アメリシウムからアインスタイニウム）の標的に軽イオン（ホウ素からネオンまで）を照射することによって生成できます。最も重要な同位体である256 Lr と260 Lr は、それぞれカリホルニウム-249 に 70 MeV のホウ素-11 イオンを照射することによって（ローレンシウム -256 と 4 個の中性子を生成）、およびバークリウム-249 に酸素-18 を照射することによって（ローレンシウム -260、アルファ粒子、および 3 個の中性子を生成）生成できます。[ 90 ]最も重く、最も寿命の長い既知の同位体である264 Lr と266 Lr は、ドブニウムの崩壊生成物として、はるかに低い収率でしか生成できません。ドブニウムの前駆体は、モスコビウムとテネシンの同位体です。
256 Lr と260 Lr はどちらも半減期が短すぎて、完全な化学精製プロセスを行うことができません。そのため、 256 Lr を用いた初期の実験では、キレート剤であるテノイルトリフルオロアセトン(TTA) をメチルイソブチルケトン(MIBK)に溶解したものを有機相とし、緩衝酢酸溶液を水相とする急速溶媒抽出法が用いられました。電荷の異なるイオン (+2、+3、または +4) は、異なるpH範囲で有機相に抽出されますが、この方法では三価のアクチニドを分離できないため、256 Lr は放出される 8.24 MeV のアルファ粒子によって識別する必要があります。 [ 90 ]より最近の方法では、α-HIB を用いた急速選択的溶出が、より長寿命の同位体260 Lr を分離するのに十分な時間内に行われるようになり、260 Lr は 0.05 M塩酸でキャッチャー箔から除去できます。[ 90 ]
ローレンシウム（Lw）は、周期表に記録的な12個の化学元素を共同発見したギオルソ率いるチームによって、1961年2月14日に初めて合成されました。