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| リバモリウム | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 発音 | / ˌ l ɪ v ər ˈ m ɔːr i ə m / ( LIV -ər- MOR -ee-əm ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 質量数 | [293] （データは決定的ではない）[a] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 周期表におけるリバモリウム | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 原子番号 ( Z ) | 116 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| グループ | 16族（カルコゲン） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 期間 | 期間7 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ブロック | pブロック | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 電子配置 | [ Rn ] 5f 14 6d 10 7s 2 7p 4 (予測) [2] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 殻あたりの電子数 | 2、8、18、32、32、18、6 （予想） | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 物理的特性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STPでの フェーズ | 固体（予測）[2] [3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融点 | 637～780 K（364～507 °C、687～944 °F）（外挿）[3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 沸点 | 1035～1135 K（762～862 °C、1403～1583 °F）（外挿）[3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 密度（ rt付近 ） | 12.9 g/cm 3 （予測値）[2] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 融解熱 | 7.61 kJ/モル （外挿）[3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 気化熱 | 42 kJ/モル（予測）[4] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 原子特性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 酸化状態 | 共通: (なし) (−2), [5] (+4) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| イオン化エネルギー |
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| 原子半径 | 経験的：183 pm （予測）[4] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 共有結合半径 | 162～166pm （推定）[3] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| その他のプロパティ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 自然発生 | 合成 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAS番号 | 54100-71-9 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 歴史 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ネーミング | ローレンス・リバモア国立研究所にちなんで名付けられた[7]。研究所の名前はカリフォルニア州リバモアにちなんで付けられた。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 発見 | 合同原子核研究所とローレンス・リバモア国立研究所(2000) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| リバモリウムの同位体 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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リバモリウムは合成元素であり、記号 Lv、原子番号116である。これは極めて放射性の高い元素であり、実験室でのみ生成され、自然界では観察されていない。この元素は、 2000年から2006年の間に実施された実験でリバモリウムを発見するためにロシアのドゥブナにある合同原子核研究所（JINR）と協力した米国のローレンス・リバモア国立研究所にちなんで命名された。研究所の名前は、その所在地であるカリフォルニア州リバモア市を指し、この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た。この名前は、2012年5月30日にIUPACにより採用された。[7]リバモリウムの同位体は、質量数が288および290～293の5つが知られている。その中で最も長寿命なのは、半減期が約80 ミリ秒のリバモリウム293である。質量数 294 の 6 番目の同位体の可能性が報告されていますが、まだ確認されていません。
周期表では、 pブロック 超アクチノイド元素です。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体として振る舞うことは確認されていません。リバモリウムは、より軽い同族体（酸素、硫黄、セレン、テルル、ポロニウム）といくつかの類似した特性を持ち、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。
導入
超重原子核の合成
超重原子核[b] は、大きさの異なる 2 つの原子核[c]を 1 つに結合する核反応で生成されます。大まかに言えば、2 つの原子核の質量の不均衡が大きいほど、2 つの原子核が反応する可能性が高くなります。[13]重い原子核でできた物質をターゲットにして、軽い原子核のビームを照射します。2 つの原子核は、十分に接近した場合にのみ 1 つに融合します。通常、原子核 (すべて正に帯電) は、静電気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内に限られます。そのため、ビーム原子核は、ビーム原子核の速度と比較してこのような反発を無視できるように大幅に加速されます。 [14]ビーム核を加速するためにエネルギーを加えると、ビーム核は光速の10分の1ほどの速度に達することができる。しかし、エネルギーが多すぎるとビーム核は崩壊してしまう可能性がある。[14]
2 つの原子核が融合するには、十分に近づくだけでは十分ではありません。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、離れていきます (反応前と同じ構成である必要はありません)。[14] [15]これは、単一の原子核の形成を試みている間に、静電反発によって形成されつつある原子核が引き裂かれるためです。[14]ターゲット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。断面積とは、2 つの原子核が互いに接近した場合に融合が起こる確率を、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したものです。[d]この融合は、原子核が静電反発を通り抜けることが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過ぎても近くに留まることができれば、複数の原子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。[14]
| 外部ビデオ | |
|---|---|
 オーストラリア国立大学の計算に基づく失敗した核融合の可視化[17] |
結果として生じる合体は励起状態[18] （複合核と呼ばれる）であり、したがって非常に不安定である。[14]より安定した状態に到達するために、一時的な合体はより安定した核を形成せずに核分裂する可能性がある。 [19]あるいは、複合核は少数の中性子を放出し、励起エネルギーを奪う可能性がある。後者が中性子の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、より安定した核の生成につながる。 [19] IUPAC/IUPAP 合同作業部会（JWP）による定義では、化学元素は、その核が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されるとされている。この値は、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択された。[20] [e]
崩壊と検出
ビームはターゲットを通過し、次のチャンバーであるセパレーターに到達します。新しい原子核が生成された場合は、このビームとともに運ばれます。[22]セパレーターでは、新しく生成された原子核が他の核種（元のビームの核種と他の反応生成物）から分離され[f]、原子核を停止させる表面バリア検出器に転送されます。検出器への衝突の正確な位置が記録され、そのエネルギーと到着時間も記録されます。[22]転送には約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き残らなければなりません。[25]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。 [22]
原子核の安定性は強い相互作用によってもたらされる。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）への影響は弱まる。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ない。[26]強い相互作用によって提供される全結合エネルギーは核子数とともに直線的に増加するのに対し、静電反発は原子番号の2乗とともに増加する。つまり、後者はより速く増加し、重い原子核と超重い原子核にとってますます重要になる。[27] [28]そのため、超重原子核は理論的に予測されており[29]、これまでに観測されている[30] 。そ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核分裂が優勢である。[g]ほぼすべてのアルファ線放出核種は210個以上の核子を持ち、[32]主に自発核分裂を起こす最も軽い核種は238個の核子を持つ。[33]どちらの崩壊モードでも、核子は各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、トンネルを通り抜けることはできる。[27] [28]
アルファ粒子は、核子あたりの質量が小さいため、アルファ粒子が原子核から離れるための運動エネルギーとして使用できる程度のエネルギーが残るため、放射性崩壊でよく生成されます。[35]自発核分裂は、原子核を引き裂く静電反発力によって引き起こされ、同一の原子核が分裂するさまざまな事例でさまざまな原子核を生成します。[28]原子番号が増加すると、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）にかけて23桁減少し、[36]トリウム（元素番号90）からフェルミウム（元素番号100）にかけて30桁減少します。[37]初期の液滴モデルでは、核子数が約280の原子核では核分裂障壁が消失するため、自発核分裂がほぼ瞬時に起こると示唆されていた。[28] [38]後の原子核殻モデルでは、核子数が約300の原子核は安定の島を形成し、その中では自発核分裂に対する抵抗力がより強くなり、主に半減期の長いアルファ崩壊を起こすと示唆された。[28] [38]その後の発見により、予測された島は当初の予想よりも遠い可能性があることが示唆された。また、長寿命アクチニドと予測された島の中間の原子核は変形し、殻効果からさらなる安定性を獲得することも示された。[39]より軽い超重核[40]や、予想される島核[36]に近い核の実験では、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高いことが示されており、核に対する殻効果の重要性が示されています。[h]
アルファ崩壊は放出された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の前に簡単に特定できます。そのような崩壊または一連の連続崩壊によって既知の核が生成された場合、反応の元の生成物は簡単に特定できます。[i] (崩壊系列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、これらの崩壊は同じ場所でなければなりません。) [22]既知の核は、崩壊エネルギー (またはより具体的には、放出された粒子の運動エネルギー) などの崩壊の特定の特性によって認識できます。 [j]しかし、自発核分裂ではさまざまな核が生成物として生成されるため、元の核種をその娘核種から特定することはできません。[k]
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、つまり、粒子が検出器に到達した場所、エネルギー、時間、および崩壊の時間です。物理学者はこのデータを分析し、それが確か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はずがないという結論を出そうとします。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たという結論を出すには不十分であり、観察された効果について他に説明はありません。データの解釈に誤りがあったのです。[l]歴史
失敗した合成の試み
116番元素の最初の探索は、 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・ヒューレットと彼のチームによって行われました。彼らはリバモリウムの原子を全く検出できませんでした。[51] ユーリ・オガネシアンと彼のチームは、その後、合同原子核研究所（JINR）のフレロフ原子核反応研究所（FLNR）で、1978年にこの反応を試みましたが、失敗しました。1985年に、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、結果は再び否定的で、計算された断面積の限界は10～100 pbでした。48 Caとの反応に関する研究は、天然鉛+ 48 Ca反応からの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ており、ドゥブナではその後も継続され、1989年には超重元素分離器が開発され、1990年には標的物質の探索とLLNLとの共同研究が開始され、1996年にはより強力な48 Caビームの生成が開始され、1990年代初頭には3桁高い感度の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における元素112から118の新しい同位体の生成と、周期表で最も重い5つの元素、すなわちフレロビウム、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。[52]
1995年、ドイツのダルムシュタットにある原子核研究協会（GSI）のシグルド・ホフマン率いる国際研究チームは、鉛-208標的とセレン-82発射体との放射捕獲反応（複合核が中性子を蒸発させることなく純粋なガンマ線放出によって脱励起する反応）で元素116を合成しようと試みた。元素116の原子は特定されなかった。[53]
未確認の発見の主張
1998年後半、ポーランドの物理学者ロバート・スモランチュクは、原子核の融合による元素番号118と116を含む超重原子の合成に関する計算を発表しました。 [54]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である可能性が示唆されました。[54]
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、Physical Review Letters誌に掲載された論文で118番元素と116番元素の発見を発表した。 [55]そしてその結果はScience誌ですぐに報告された。[56]研究者らは、
翌年、他の研究室の研究者が結果を再現できず、バークレー研究所自体も再現できなかったため、彼らは撤回を発表しました。[57] 2002年6月、研究所の所長は、これら2つの元素の発見に関する当初の主張は、主著者であるビクター・ニノフによって捏造されたデータに基づいていたことを発表しました。[58] [59]
発見
リバモリウムは2000年7月19日、ドゥブナ（JINR）の科学者がキュリウム248ターゲットに加速カルシウム48イオンを照射して初めて合成されました。アルファ線放出により崩壊エネルギー10.54MeV でフレロビウム同位体に崩壊する原子1個が検出されました。結果は2000年12月に発表されました。[60]
- 248
96Cm
+48
20カナダ
→296
116レベル
* →293
116レベル
+ 31
0ん
→289
114フロリダ州
+α
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ため[60]、親リバモリウム同位体は292 Lvに割り当てられていたことが示唆されました。2002年12月のその後の研究で、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、したがって合成されたリバモリウム原子の割り当てはそれに応じて293 Lvに変更されました[61]。
承認への道
2001年4月から5月にかけて行われた2回目の実験で、さらに2つの原子が研究所から報告された。 [62]同じ実験で、彼らはまた、1998年12月に最初に観測されたフレロビウムの崩壊に対応する崩壊系列を検出した。これは289 Flに割り当てられた。 [62] 1998年12月に発見されたものと同じ特性を持つフレロビウム同位体は、同じ反応を繰り返した場合でも、二度と観測されていない。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その核異性体 289m Flであった可能性があることが判明した。 [60] [63]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、またはすでに発見されている状態293 Lvから289m Flへのまれでこれまで観測されていない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、この活性を肯定的に割り当てるための研究が必要である。提案されている別の可能性は、1998年12月の元の原子を290 Flに割り当てることである。これは、元の実験で使用された低いビームエネルギーにより、2nチャネルが妥当になるからである。その親はおそらく294 Lvである可能性があるが、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る。 [60] [63] [64]
研究チームは2005年4月から5月にかけて実験を繰り返し、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により、最初に発見された同位体が293 Lvであることが確認された。この実験で、研究チームは同位体292 Lvも初めて観測した。[61] 2004年から2006年にかけてのさらなる実験では、研究チームはキュリウム248ターゲットをより軽いキュリウム同位体であるキュリウム245に置き換えた。ここで、2つの同位体290 Lvと291 Lvの証拠が見つかった。[65]
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。[66]これは、リバモリウムのデータがコペルニシウムの発見の証明に絶対的に不可欠ではなかったものの、孫娘核種283 Cnに関連するデータの承認から、同位体291 Lvの事実上の発見を意味した。また、2009年には、バークレーとドイツの核融合研究協会（GSI）から、既知の4つのリバモリウム同位体のすぐ近くの娘核種であるフレロビウム同位体286から289の確認が得られた。2011年、IUPACは2000年から2006年にかけてのドゥブナチームの実験を評価した。最も古いデータ（ 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年から2006年にかけての研究結果はリバモリウムの同定として受け入れられ、この元素は発見されたと公式に認められた。[65]
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）で別々に確認されている。[67] [68] 2012年のGSI実験では、暫定的に293 Lvに割り当てられた1つの鎖が以前のデータと矛盾することが示され、この鎖は異性体状態である293m Lvに由来する可能性があると考えられている。[67] 2016年の理化学研究所の実験では、294 Lv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、290 Flと286 Cnにアルファ崩壊し、自発核分裂を起こしたが、生成されたリバモリウム核種からの最初のアルファが見逃され、 294 Lvへの割り当てはもっともらしいもののまだ不確かである。[69]
ネーミング
メンデレーエフの命名法では、リバモリウムは未発見元素に用いられ、エカポロニウムと呼ばれることもある。[70] 1979年に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）[71]を使用するよう勧告した。 化学 教室から上級教科書まで、あらゆるレベルの化学コミュニティで広く使われていたが、この勧告は、この分野の科学者の間ではほとんど無視され、[72] [73]彼らはそれを「元素番号116」と呼び、記号はE116、（116）、あるいは単に116とさえ呼ばれた。[2]
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。[74]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）によって承認された。[65] JINRの副所長によると、ドゥブナチームは当初、ドゥブナが位置するモスクワ州にちなんで、元素番号116をモスコビウムと命名したいと考えていたが、[75]後にこの名前を元素番号115に使用することが決定された。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。 [76] [77]この名前は、JINRと共同で発見した米国カリフォルニア州リバモア市内のローレンス・リバモア国立研究所にちなんで付けられた。[7]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た。[78]
その他の合成経路
48 Caより重い発射体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の合成の試みに備えて研究されてきた。そのような反応では必然的に重い発射体を使用するからである。2023 年には、ドゥブナにある JINR の超重元素工場で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 つが報告されたが、より詳細な分析はまだ公表されていない。[79]同様に、2024 年には、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 つが合成されたと報告した。この結果は、チームが元素 119の探索を計画している理化学研究所の羽場博光所長によって「真に画期的」と評された。[80] [81] [82]
予測される特性
核特性以外では、リバモリウムまたはその化合物の特性は測定されていません。これは、その生産が極めて限られており、高価であることと[83]、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不明のままであり、予測のみが可能です。
核の安定性と同位体
リバモリウムは、コペルニシウム（元素番号112）とフレロビウム（元素番号114）を中心とした安定島の近くにあると予想されている。 [84] [85]予想される高い核分裂障壁のため、この安定島内の原子核は、アルファ崩壊と、おそらく電子捕獲およびベータ崩壊によってのみ崩壊する。[4]リバモリウムの既知の同位体は、実際には安定島に存在するのに十分な中性子を持っていないが、重い同位体は一般に長寿命であるため、安定島に近づいているのがわかる。[60] [65]
超重元素は核融合によって生成される。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」核融合に分けられる。高温核融合反応では、非常に軽く高エネルギーの発射体が、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、複数（3～5個）の中性子を蒸発させる。[87]低温核融合反応（通常は第4周期のより重い発射体と、通常は鉛やビスマスなどのより軽い標的を使用）では、生成された核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る。核融合核が基底状態まで冷却される際、1個または2個の中性子の放出のみが必要となる。高温核融合反応では、アクチニド元素が現在マクロ的に生成可能な元素の中で最も高い中性子対陽子比を持つため、中性子を多く含む生成物が生成される傾向がある。[88]
超重原子核の特性に関する重要な情報は、より多くのリバモリウム同位体、具体的には既知のもの（286 Lv、287 Lv、289 Lv、294 Lv、および295 Lv）よりも数個多いか少ない中性子を持つリバモリウム同位体を合成することによって得られる可能性がある。これが可能なのは、ターゲットの作成に使用できる、かなり長寿命のキュリウム同位体が多数存在するためである。 [84]軽い同位体は、キュリウム 243とカルシウム 48 を融合することによって生成できます。それらは一連のアルファ崩壊を起こし、高温核融合では軽すぎて生成できず、低温核融合では生成できない超アクチノイド同位体で終わる。[ 84]同じ中性子不足の同位体は、 48 Caより重い発射体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。例えば、288 Lvは、将来的にクロム54の弾頭で元素120を合成する試みに備えて、 2023年にウラン238とクロム54を融合させることで発見されました。その半減期は1ミリ秒弱です。[79]
重い同位体294 Lv と295 Lv の合成は、重いキュリウム同位体キュリウム 250 をカルシウム 48 と融合させることで達成できる可能性がある。この核反応の断面積は約 1ピコバーンになる が、ターゲット製造に必要な量の250 Cm を製造することはまだ不可能である。 [84]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にある核種に到達する。さらに、電子捕獲もこの領域での重要な崩壊モードになる可能性があり、影響を受けた核が島の中央に到達することを可能にする。たとえば、295 Lv はアルファ崩壊して291 Flになり、こ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る。291 Cnは安定島の中央にあり、半減期は約 1200 年と予想されており、現在の技術を使用して島の中央に到達できる可能性が最も高い。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ある。[84]
安定島で原子核を合成する他の可能性としては、大質量原子核の準核分裂（部分核融合の後に核分裂）が挙げられる。[89]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破片を放出する。[90]最近、アクチニド原子核（ウランやキュリウムなど）の衝突による多核子移行反応を利用して、安定島にある中性子過剰な超重原子核を合成できることが示されたが、[89]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。[84]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および質量数275（原子番号104〜108）の不安定性ギャップをバイパスするのに十分な中性子束を作成し、アクチニドが自然界で最初に生成され、ラドンの周りの不安定性ギャップをバイパスしたrプロセスを模倣することです。[ 84 ]そのような同位体（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、非常に速く崩壊し（半減期はわずか数千年）、非常に少量しか生成されず（鉛の存在量の約10 −12 ）、今日では宇宙線以外で原始核種として検出できません。[84]
物理的および原子的
周期表では、リバモリウムは第16族カルコゲンに属し、酸素、硫黄、セレン、テルル、ポロニウムの下に位置します。これまでのカルコゲンはすべて価電子殻に6つの電子を持ち、ns 2 np 4の価電子配置を形成しています。リバモリウムの場合もこの傾向が続き、価電子配置は7s 2 7p 4になると予測されています。[2]そのため、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。相違点も生じる可能性があり、大きな寄与効果はスピン軌道相互作用（SO）です。これは電子の運動とスピンの相互作用です。この相互作用は超重元素では特に強く、超重元素の電子は軽い原子よりもはるかに速く動き、その速度は光速に匹敵します。[91]リバモリウム原子に関しては、7sと7p電子のエネルギーレベルを下げる（対応する電子を安定化する）が、7p電子のエネルギーレベルのうち2つは他の4つよりも安定化されている。[92] 7s電子の安定化は不活性電子対効果と呼ばれ、7pサブシェルをより安定化した部分とより安定化していない部分に「引き裂く」効果はサブシェル分裂と呼ばれる。計算化学者は、この分裂を、7pサブシェルのより安定化した部分とより安定化していない部分の第2（方位）量子数lがそれぞれ1から1 ⁄ 2と3 ⁄ 2に変化するものと見ている。7p 1/2サブシェルは第2の不活性電子対として働くが、7s電子ほど不活性ではない。一方、7p 3/2サブシェルは容易に化学反応に参加できる。[2] [91] [n]多くの理論的目的のために、価電子配置は7pサブシェルの分裂を反映して7sとして表されることがある。 2
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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いはずであり、そのため +2酸化状態は最も電気陰性度の大きい 配位子によってのみ安定化される +4 酸化状態よりも安定する。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 イオン化エネルギー (非反応性の 7p 1/2殻の破れに対応) と第 4 および第 5 イオン化エネルギーの間には大きなギャップがある。[4]実際、7s 電子は非常に不活性であるため、+6 状態は達成できないと予想される。[2]リバモリウムの融点と沸点はカルコゲンの傾向を引き継ぐと予想されるため、リバモリウムはポロニウムよりも高い温度で融解し、低い温度で沸騰するはずである。[3]また、密度はポロニウムよりも高いはずである(α-Lv: 12.9 g/cm 3、 α-Po: 9.2 g/cm 3 )。ポロニウムと同様に、αおよびβ同素体を形成するはずである。[4] [93]水素様リバモリウム原子（酸化されて電子が1つだけになるLv 115+ ）の電子は非常に速く動くため、相対論的効果により、静止電子の1.86倍の質量を持つと予想される。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になると予想される。[91]
化学薬品
リバモリウムは、周期表の7p系列の4番目の元素で、ポロニウムに次ぐ第16族で最も重い元素になると予測されている。7p元素の中では理論的に研究されているのは最も少ないが、その化学的性質はポロニウムと非常によく似ていると予想されている。[4] +6のグループの酸化状態は、オクテットを展開できず、化学元素の中で最も強い酸化剤の1つである酸素を除くすべてのカルコゲンで知られている。したがって、酸素は、フッ化物OF 2で示される最大+2の状態に制限されている。+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)の還元状態から、テルル(IV)の最も安定した状態を経て、ポロニウム(IV)の酸化状態へと安定性が変化している。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次の酸化状態の安定性が低下することを示唆している。[91]したがって、リバモリウムの最も安定した酸化状態は+2で、+4状態はかなり不安定である。+2状態は、ベリリウムやマグネシウム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(LvF 4 )などの電気陰性度の強い配位子によってのみ達成される。[2] 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核は4つの電子のみになるため、+6状態はまったく存在しない。[4]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る。リバモリウムの7p 3/2サブシェルの不安定化により、化学的性質が本質的に純粋に陽イオン性であるリバモリウムにとって、−2状態は非常に不安定になるはずである[2] 。ただし、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[91]。
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、最も重い水の同族体です(より軽いものはH 2 S、H 2 Se、H 2 Te、PoH 2です)。ポロニウムは金属と半金属の境界にまたがり、非金属特性もいくつか持っているため、ポラン (ポロニウム水素化物) はほとんどの金属水素化物よりも共有結合性の高い化合物です。つまり、塩化水素(HCl)のようなハロゲン化水素とスタンナン( Sn H 4 )のような金属水素化物の中間です。リバモランもこの傾向を引き継ぐはずです。リバモレンはリバモリドではなく水素化物ですが、共有結合性の分子化合物です。[94]スピン軌道相互作用により、Lv–H結合は周期的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る。これは、占有されていない8s軌道のエネルギーが比較的低く、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る。 [94]この現象は「超原子価混成」と呼ばれ、[94]周期表の非相対論的領域に類似するものがあり、例えば、分子状二フッ化カルシウムはカルシウム原子から4sと3dの関与を受けている。[95]重いリバモリウム二ハロゲン化物は直線的になると予測されるが、軽いものは曲がっていると予測される。[96]
実験化学
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。[97] [98] 2011年には、カルシウム48の弾頭とアメリシウム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同位体が生成された。これは予期せぬ合併症ではあったが、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将来の化学的調査に役立つ情報を与える可能性がある。[98]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介して850℃で水素化物213 BiH 3と212m PoH 2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していることが示されたが、それらのより重い同族体McH 3とLvH 2は、pブロックの周期的傾向の単純な外挿から熱的に安定性が低いと予想される。 [98]化学調査を行う前に、BiH 3、McH 3、PoH 2、およびLvH 2の安定性と電子構造に関するさらなる計算が必要である。モスコビウムとリバモリウムは、純粋な元素として十分に揮発性があり、近い将来に化学的に調査されるようになると予想されており、その場合、リバモリウムはより軽い同族元素であるポロニウムと同じ特性を持つことになるが、現在知られているリバモリウム同位体の半減期は短いため、この元素は依然として実験化学に利用できない。[98] [99]
注記
- ^リバモリウムの最も安定した同位体は、測定数が少ないことから生じる不確実性のため、既存のデータに基づいて決定することはできません。2 標準偏差に対応する293 Lvの半減期は、既存のデータに基づいて、57+86
−34ミリ秒であるのに対し、291 Lvは19+34
−12ミリ秒;これらの測定値は信頼区間が重複している。[1] - ^ 原子物理学では、原子番号が大きい元素は重い元素と呼ばれます。鉛（元素番号82）はそのような重い元素の一例です。「超重元素」という用語は、通常、原子番号が103を超える元素を指します（ただし、原子番号が100 [8]または112 [9]を超えるなどの他の定義もあります。この用語は、仮想の超アクチノイド系列の先頭に上限を置く「超アクチノイド」という用語と同義語として提示されることもあります）。[10]「重同位体」（特定の元素）および「重原子核」という用語は、共通言語で理解できるもの、つまりそれぞれ（特定の元素の）高質量の同位体と高質量の原子核を意味します。
- ^ 2009年、オガネシアン率いるJINRのチームは、対称的な136 Xe + 136 Xe反応でハッシウムを生成しようとした結果を発表しました。彼らはそのような反応で単一の原子を観察することができず、核反応の確率の尺度である断面積の上限を2.5 pbとしました。[11]比較すると、ハッシウムの発見につながった208 Pb + 58 Feの反応の断面積は約20 pb（より正確には19 pb）でした。+19
-11 発見者らの推定によると、1000万部を超える。[12] - ^ ビーム粒子を加速するために加えられるエネルギーの量も、断面積の値に影響を与える可能性がある。例えば、28
14シ
+1
0ん
→28
13アル
+1
1p
反応断面積は12.3MeVでの370mbから18.3MeVでの160mbまで滑らかに変化し、13.5MeVで広いピークを示し、最大値は380mbである。[16] - ^ この数字は複合核の寿命の一般的に受け入れられている上限値でもある。[21]
- ^ この分離は、生成された核が未反応のビーム核よりもゆっくりとターゲットを通過することに基づいています。分離器には電場と磁場が含まれており、移動する粒子への影響は粒子の特定の速度で相殺されます。[23]このような分離は、飛行時間測定と反跳エネルギー測定によっても支援され、この2つを組み合わせることで核の質量を推定できる場合があります。[24]
- ^ すべての崩壊モードが静電反発によって引き起こされるわけではない。例えば、ベータ崩壊は弱い相互作用によって引き起こされる。[31]
- ^ 1960年代にはすでに、原子核の基底状態はエネルギーと形状が異なり、核子の特定の魔法数が原子核のより高い安定性に対応していることが知られていました。しかし、超重原子核は変形しすぎて原子核構造を形成できないため、原子核構造は存在しないと想定されていました。[36]
- ^ 原子核の質量は直接測定されるのではなく、別の原子核の質量から計算されるため、このような測定は間接的と呼ばれます。直接測定も可能ですが、ほとんどの場合、超重原子核では利用できません。[41]超重原子核の質量の最初の直接測定は、2018年にLBNLで報告されました。[42]質量は、転送後の原子核の位置から決定されました（転送は磁石の存在下で行われたため、位置は原子核の軌道を決定するのに役立ちます。軌道は原子核の質量電荷比に関連しています）。[43]
- ^ 崩壊が真空中で起こった場合、崩壊前後の孤立系の全運動量は保存されなければならないため、娘核も小さな速度を受ける。2つの速度の比、したがって運動エネルギーの比は、2つの質量の比に反比例する。崩壊エネルギーは、アルファ粒子の既知の運動エネルギーと娘核の運動エネルギーの合計（前者の正確な割合）に等しい。[32]計算は実験にも当てはまるが、違いは崩壊後に核が検出器に結び付けられているため動かないことである。
- ^自発核分裂はソ連の物理学者 ゲオルギー・フレロフ[44]によって発見された。彼はJINRの指導的科学者であり、この施設の「趣味」だった。[45]対照的に、LBLの科学者たちは、核分裂に関する情報は元素の合成を主張するには不十分であると信じていた。彼らは、複合核が陽子やアルファ粒子のような荷電粒子ではなく中性子だけを放出したと立証するのが困難であったため、自発核分裂は新元素の特定に使用できるほど十分に研究されていないと信じていた。[21]そのため、彼らは連続的なアルファ崩壊によって新しい同位体を既知の同位体に関連付けることを好んだ。[44]
- ^ 例えば、元素番号102は1957年にスウェーデンのストックホルム県ストックホルムのノーベル物理学研究所で誤って特定された。[46]この元素が作られたという決定的な主張は以前にはなく、この元素にはスウェーデン、アメリカ、イギリスの発見者によってノーベリウムという名前が付けられた。後にこの特定は誤りであることが判明した。[47]翌年、RLはスウェーデンの結果を再現することができず、代わりにこの元素の合成を発表したが、この主張も後に反証された。[47] JINRは自分たちが最初にこの元素を作ったと主張し、この新しい元素にジョリオチウムという独自の名前を提案した。[48]ソビエトの名前も受け入れられなかった（JINRは後に元素番号102の命名を「性急」だと述べた）。[49]この名前は、1992年9月29日に署名された元素の発見の優先権に関する裁定に対する書面による回答の中でIUPACに提案されました。 [49]「ノーベリウム」という名前は広く使用されているため変更されませんでした。[50]
- ^ 名前にもかかわらず、超重元素合成の文脈における「常温核融合」は、核融合が室温条件で達成できるという考えとは異なる概念です（常温核融合を参照）。[86]
- ^ 量子数は電子軌道名の文字に対応しています。0 は s、1 は p、2 は d などです。詳細については方位量子数を参照してください。
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外部リンク
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