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ノーベリウムは合成化学元素で、記号はNo、原子番号は102です。ダイナマイトの発明者であり科学の恩人であるアルフレッド・ノーベルにちなんで名付けられました。放射性金属であり、10番目の超ウラン元素、2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14番目の元素です。原子番号が100を超えるすべての元素と同様に、ノーベリウムは、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。ノーベリウムの同位体は合計12種類存在することが知られています。最も安定なのは半減期58分の259 Noですが、より半減期3.1分の255 Noの方が大規模に生成できるため、化学ではより一般的に使用されています。
化学実験により、ノーベリウムは周期表においてイッテルビウムのより重い同族元素として振る舞うことが確認されている。ノーベリウムの化学的性質は完全には解明されておらず、そのほとんどは水溶液中でのみ知られている。ノーベリウムが発見される以前は、他のアクチノイド元素に特徴的な+3状態だけでなく、安定な+2酸化状態も示すと予測されていた。これらの予測は後に確認され、水溶液中では+2状態が+3状態よりもはるかに安定しており、ノーベリウムを+3状態に保つことは困難である。
1950年代から1960年代にかけて、スウェーデン、ソ連、アメリカ合衆国の研究所から、ノーベリウムの発見に関する多くの主張がなされた。スウェーデンの科学者たちはすぐにその主張を撤回したが、発見の優先権、ひいては元素の命名権をめぐって、ソ連とアメリカの科学者の間で争いが続いた。国際純正・応用化学連合（IUPAC）がソ連チームの発見を正式に認めたのは1992年のことだった。それでもなお、スウェーデンが提案した「ノーベリウム」という名称は、文献で長年使用されてきたことから、元素名としてそのまま残された。
超重原子核[ b ] は、大きさが異なる2つの原子核[ c ]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。[ 13 ]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。[ 14 ]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。[ 14 ]
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)。[ 14 ] [ 15 ]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。[ 14 ]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。[ d ]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。[ 14 ]
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、非常に不安定である[ 14 ] 。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[ 19 ] 。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[19]。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。[ 20 ] [ e ]
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。[ 22 ]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）[ f ]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。[ 22 ]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。[ 25 ]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。[ 22 ]
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。[ 26 ]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。[ 27 ] [ 28 ]したがって、超重原子核は理論的に予測されており[ 29 ] 、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[ 30 ]。[ g ]アルファ放出核種のほとんどは210個以上の核子を持ち、[ 32 ]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。[ 33 ]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。[ 27 ] [ 28 ]
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。[ 35 ]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。[ 28 ]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、[ 36 ]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。 [ 37 ]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。[ 28 ] [ 38 ]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。[ 28 ] [ 38 ]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。[ 39 ]より軽い超重核、[ 40 ]および予想されるアイランドに近いもの、[ 36 ]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。[ h ]
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。[ i ] (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。) [ 22 ]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。 [ j ]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。[ 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、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あった。[ l ]
元素102の発見は複雑な過程であり、スウェーデン、イギリス、アメリカ、ソビエト連邦のグループが発見を主張した。その検出に関する最初の完全かつ反論の余地のない報告は、 1966年にドゥブナ（当時はソビエト連邦）の合同原子核研究所からようやく発表された。[ 51 ]
元素102の発見に関する最初の発表は、 1957年にアルゴンヌ国立研究所、ハーウェル原子力研究所、スウェーデンのノーベル物理学研究所の物理学者によって行われた。研究チームは、キュリウム標的に炭素13イオンを30分間隔で50回照射したと報告した。照射の間には、標的に対してイオン交換 化学が行われた。50回の照射のうち12回は、(8.5 ± 0.1) MeVのアルファ粒子を放出するサンプルを含んでおり、その液滴はフェルミウム(原子番号Z = 100)やカリホルニウム( Z = 98)よりも早く溶出した。報告された半減期は10分で、 251Noまたは253Noのいずれかに割り当てられましたが、観測されたアルファ粒子が、元素102の電子捕獲によって生成されたと思われる短寿命のメンデレビウム（Z = 101）同位体からのものである可能性は排除されませんでした。 [ 51 ]研究チームは、この新元素にノーベリウム（No）という名前を提案し、 [ 52 ] [ 53 ]これはすぐにIUPACによって承認されましたが、[ 54 ]ドゥブナグループは1968年にこの決定を性急であると特徴づけました。[ 55 ]
1958年、ローレンス・バークレー国立研究所の科学者たちが実験を再現した。アルバート・ギオルソ、グレン・T・シーボーグ、ジョン・R・ウォルトン、トルビョルン・シッケランドからなるバークレーのチームは、新しい重イオン線形加速器（HILAC）を用いて、キュリウム標的（244 Cmが95%、246 Cmが5%）に13 Cイオンと12 Cイオンを照射した。彼らはスウェーデン人が主張する8.5 MeVの放射能を確認することはできなかったが、代わりに250 Fmの崩壊を検出することができた。250 Fmは254 No（ 246 Cmから生成される）の娘核種と考えられており、見かけ上の半減期は約3秒であった。おそらくこの割り当ても間違っていたと思われる。後の1963年のドゥブナの研究で、 254 Noの半減期ははるかに長い（約50秒）ことが示されたからである。観測されたアルファ崩壊は元素102からではなく、 250m Fmから発生した可能性が高い。[ 51 ]
1959年、スウェーデンチームは、1958年にバークレーチームが元素102を検出できなかった理由を説明しようと試み、自分たちが発見したと主張した。しかし、その後の研究により、半減期が3分を超える259No より軽いノーベリウム同位体（スウェーデンの実験ではより重い同位体は生成されなかった）は存在せず、スウェーデンチームの結果は、半減期が8分で、すぐに三重アルファ崩壊を起こして崩壊エネルギーが8.53612 MeVの213Poになる225Thによるものである可能性が最も高いことが示された。この仮説は、使用された反応で225Thが容易に生成され、使用された化学的方法では分離されないという事実によって裏付けられている。ノーベリウムに関するその後の研究でも、二価の状態は三価の状態よりも安定していることが示され、したがってアルファ粒子を放出するサンプルにはノーベリウムが含まれていなかったことがわかった。二価のノーベリウムは他の三価のアクチニドと一緒に溶出しないからである。[ 51 ]そのため、スウェーデンの研究チームは後にその主張を撤回し、その放射能はバックグラウンド効果によるものだと結論付けた。[ 54 ]
1959年、研究チームは研究を続け、8.3 MeVのアルファ粒子を主に放出して崩壊し、半減期が3秒で、30%の自発核分裂を伴う同位体を生成することができたと主張した。この放射能は当初254 Noに割り当てられていたが、後に252 Noに変更された。しかし、困難な条件のため、元素102が生成されたかどうかは確実ではないとも指摘した。[ 51 ]バークレーの研究チームは、この元素にスウェーデンの研究チームが提案した「ノーベリウム」という名前を採用することにした。[ 54 ]
一方、ドゥブナでは、1958年と1960年に元素102の合成を目指した実験が行われた。1958年の最初の実験では、239Puと241Puに16個のOイオンを照射した。8.5 MeVをわずかに超えるエネルギーのアルファ崩壊がいくつか 観測され、それらは251、252、253 Noに割り当てられたが、チームは鉛やビスマスの不純物（ノーベリウムは生成されない）からの同位体の生成は排除できないと記した。1958年の後の実験では、水銀、タリウム、鉛、ビスマスの不純物から新しい同位体が生成される可能性があることが指摘されたが、科学者たちは依然として、この反応から元素102が生成される可能性があるという結論を維持し、半減期が30 秒未満、崩壊エネルギーが(8.8 ± 0.5) MeVであることを言及した。 1960年後半の実験では、これらはバックグラウンド効果であることが証明された。1967年の実験では崩壊エネルギーも(8.6 ± 0.4) MeVに低下したが、どちらの値も253 Noや254 No の値と一致するには高すぎる。[ 51 ]ドゥブナチームは後に1970年と1987年に、これらの結果は決定的なものではないと述べた。[ 51 ]
1961年、バークレーの科学者たちは、カリホルニウムとホウ素および炭素イオンの反応でローレンシウムを発見したと主張した。彼らは同位体257Lrを生成したと主張し、半減期15秒、アルファ崩壊エネルギー8.2MeVの元素102のアルファ崩壊同位体を合成したとも主張した。彼らはこれを255Noに割り当てたが、その割り当ての理由は示さなかった。これらの値は現在知られている255Noの値とは一致しないが、現在知られている257Noの値とは一致する。この同位体はこの実験で何らかの役割を果たした可能性が高いが、その発見は決定的なものではなかった。[ 51 ]
ドゥブナでも元素102の研究が続けられ、1964年には、 238U標的とネオンイオンの反応によって元素102を合成し、元素102同位体のアルファ崩壊娘核種を検出する実験が行われた。生成物は銀製の捕集箔に沿って運ばれ、化学的に精製され、同位体250Fmと252Fmが検出された。252Fmの収量は、その親核種である256Noも合成された証拠と解釈された。252Fmは、過剰な中性子とともにアルファ粒子が同時に放出されることでこの反応で直接生成される可能性もあることが指摘されたため、252Fmが直接捕集箔に到達しないように対策が講じられた。検出された256Noの半減期は8秒で、これは1967年のより新しい値である(3.2 ± 0.2)秒よりもはるかに長い。[ 51 ] 1966年に254Noについて、 243Am ( 15N ,4n) 254Noおよび238U ( 22Ne ,6n) 254Noの反応を用いてさらなる実験が行われ、半減期は(50 ± 10)秒であることがわかった。当時、この値と以前のバークレーの値との不一致は理解されていなかったが、後の研究により、250mFm異性体の生成はバークレーの実験よりもドゥブナの実験では起こりにくいことが証明された。振り返ってみると、 254Noに関するドゥブナの結果は恐らく正しく、現在では元素102の決定的な検出とみなすことができる。[ 51 ]
ドゥブナからのもう1つの非常に説得力のある実験が1966年に発表された（ただし、提出は1965年）。これもまた同じ2つの反応を使用しており、254 Noの半減期は バークレーが主張した3秒よりもはるかに長いと結論付けた。[ 51 ] 1967年のバークレーと1971年のオークリッジ国立研究所でのその後の研究により、元素102の発見が完全に確認され、以前の観測が明確になった。[ 54 ] 1966年12月、バークレーのグループはドゥブナの実験を再現して完全に確認し、このデータを使用して、以前に合成したが当時まだ特定できなかった同位体を最終的に正しく割り当てた。こうして彼らは1958年から1961年にノーベリウムを発見したと主張した。[ 54 ]
1969年、ドゥブナの研究チームは元素102について化学実験を行い、それがイッテルビウムのより重い同族元素として振る舞うと結論付けた。ロシアの科学者たちは、最近亡くなったイレーヌ・ジョリオ＝キュリーにちなんで、この新元素にジョリオチウム（Jo）という名前を提案したが、各グループがそれぞれ独自の名前を提案し、数十年にわたって解決されない元素命名論争が生じた。 [ 54 ] [ 56 ]
1992年、IUPAC - IUPAPトランスファミウム作業部会（TWG）は発見の主張を再評価し、1966年のドゥブナの研究のみが当時原子番号102の原子核の崩壊を正しく検出して割り当てたと結論付けた。そのため、ドゥブナチームは公式にノーベリウムの発見者として認められているが、1959年にバークレーで検出された可能性もある。[ 51 ]この決定は翌年バークレーによって批判され、元素101から103のケースの再調査は「無駄な時間の浪費」と呼ばれたが、ドゥブナはIUPACの決定に同意した。[ 55 ]
1994年、元素命名論争の解決を試みるため、IUPACは元素101～109の名称を承認した。元素102については、30年かけて文献に定着し、アルフレッド・ノーベルをこのように記念すべきであるという理由で、ノーベリウム（No）という名称を承認した。 [ 57 ] 1994年の名称は発見者の選択をほとんど尊重していなかったため、批判が殺到し、意見募集期間が設けられ、1995年にIUPACは、ゲオルギー・フリョロフまたは彼の名を冠したフレロフ核反応研究所にちなんで、元素102をフレロビウム（Fl）と命名する新たな提案を行った。[ 58 ]この提案も受け入れられず、1997年にノーベリウムという名称が復活した。[ 57 ]今日では、同じ記号を持つフレロビウムという名前は、元素114を指す。[ 59 ]
周期表では、ノーベリウムはアクチノイドのメンデレビウムの右、アクチノイドのローレンシウムの左、ランタノイドのイッテルビウムの下に位置しています。ノーベリウム金属はまだ大量に製造されておらず、現在大量製造は不可能です。[ 61 ]それにもかかわらず、その性質に関して多くの予測といくつかの予備的な実験結果が出ています。[ 61 ]
ランタニドとアクチニドは、金属状態では、二価（ユーロピウムやイッテルビウムなど）または三価（他のほとんどのランタニド）の金属として存在できます。前者は f n s 2 の電子配置を持ち、後者は f n −1 d 1 s 2の電子配置を持ちます。1975 年、ヨハンソンとローゼングレンは、二価および三価の金属としてのランタニドとアクチニドの凝集エネルギー（結晶化エンタルピー）の測定値と予測値を調査しました。[ 62 ] [ 63 ]結論として、ノーベリウムの [Rn]5f 13 6d 1 7s 2配置の結合エネルギーが [Rn]5f 14 7s 2配置よりも増加しても、1 つの 5f 電子を 6d に励起するために必要なエネルギーを補償するには不十分であり、これは非常に後期のアクチニドにも当てはまる。したがって、アインスタイニウム、フェルミウム、メンデレビウム、およびノーベリウムは二価金属であると予想されたが、ノーベリウムについてはこの予測はまだ確認されていない。[ 62 ]アクチニド系列が終わるずっと前に二価状態が優勢になるのは、原子番号の増加とともに増加する 5f 電子の相対論的安定化によるものである。この効果により、ノーベリウムは他のすべてのランタニドやアクチニドとは異なり、主に三価ではなく二価である。[ 64 ] 1986年、ノーベリウム金属の昇華エンタルピーは126 kJ/molと推定され、これはアインスタイニウム、フェルミウム、メンデレビウムの値に近く、ノーベリウムが二価金属を形成するという理論を裏付けている。[ 61 ]他の二価後期アクチノイド（三価のローレンシウムを除く）と同様に、金属ノーベリウムは面心立方結晶構造をとるはずである。[ 2 ]二価ノーベリウム金属の金属半径は約197 pmであるはずである。[ 61 ]ノーベリウムの融点は800 ℃と予測されており、これは隣接する元素メンデレビウムの推定値と同じである。 [ 65 ]その密度は約9.9 ± 0.4と予測されている。 g/ cm³。[ 2 ]
ノーベリウムの化学的性質は完全には解明されておらず、水溶液中でのみ知られている。水溶液中では、+3 または +2 の酸化状態をとることができ、後者の方が安定である。[ 52 ]ノーベリウムの発見以前は、溶液中では他のアクチニドと同様に三価状態が優勢になると広く予想されていた。しかし、シーボーグは 1949 年に、No 2+ イオンの基底状態の電子配置が [Rn]5f 14 であり、安定な満たされた 5f 14 殻を含むため、ノーベリウムの+2状態も比較的安定であると予測した。この予測が確認されるまでには 19 年かかった。[ 66 ]
1967年に、ノーベリウムの化学的挙動をテルビウム、カリホルニウム、フェルミウムのそれと比較する実験が行われた。4つの元素すべてを塩素と反応させ、生成した塩化物をガスで運ばれた管に沿って沈着させた。生成されたノーベリウム塩化物は固体表面に強く吸着し、調査した他の3つの元素の塩化物のように揮発性が低いことが証明された。しかし、NoCl 2とNoCl 3はどちらも非揮発性挙動を示すと予想されていたため、この実験ではノーベリウムの好ましい酸化状態が何であるかについては結論が出なかった。[ 66 ]ノーベリウムが+2状態を好むことの決定は、翌年、約5万個の255 No原子に対して陽イオン交換クロマトグラフィーと共沈実験が行われ、他のアクチニドとは異なり、二価のアルカリ土類金属に似た挙動を示すことがわかった時まで待たなければならなかった。これは、水溶液中では、強い酸化剤が存在しない場合、ノーベリウムは二価の状態が最も安定であることを証明した。[ 66 ] 1974年の後の実験では、ノーベリウムはアルカリ土類金属とともに、Ca2 +とSr2 +の間に溶出することが示された。[ 66 ]ノーベリウムは、水溶液中で+2の状態が最も一般的で安定な唯一の既知のfブロック元素である。これは、アクチノイド系列の末端にある5f軌道と6d軌道の間の大きなエネルギーギャップのために起こる。[ 67 ]
7s サブシェルの相対論的安定化により、ノベリウム二水素化物 NoH 2が大きく不安定化することが予想され、6d 3/2スピノールに対する 7p 1/2スピノールの相対論的安定化により、ノベリウム原子の励起状態は、予想される 6d 寄与ではなく、7s および 7p 寄与を持つことになります。NoH 2分子内の長い No–H 距離と大きな電荷移動により、この分子の双極子モーメントが5.94 Dという極めて高いイオン性が生じます。この分子では、ノベリウムは主族元素のような挙動を示すことが予想され、特にn s 2価電子殻配置とコアのような 5f 軌道を持つアルカリ土類金属のように振る舞います。 [ 68 ]
ノーベリウムの塩化物イオンとの錯形成能力は、比較的弱い錯形成能力を持つバリウムのそれと最もよく似ている。 [ 66 ] 0.5 M硝酸アンモニウム水溶液中におけるクエン酸、シュウ酸、酢酸との錯形成能力は、カルシウムとストロンチウムの中間であるが、ストロンチウムのそれに近い。[ 66 ]
E °(No 3+ →No 2+ )対の標準還元電位は、1969 年に +1.4 ～+1.5 Vと推定されました。[ 66 ]その後、2009 年に約 +0.75 Vであることがわかりました。 [ 69 ]正の値は、No 2+が No 3+よりも安定しており、No 3+が優れた酸化剤であることを示しています。E °(No 2+ →No 0 ) およびE °(No 3+ →No 0 )の引用値は情報源によって異なりますが、受け入れられている標準的な推定値は −2.61 Vおよび−1.26 Vです。 [ 66 ] E °(No 4+ →No 3+ )の値は+6.5 Vになると予測されています。 [ 66 ] No 3+および No 2+の生成ギブズエネルギーは、それぞれ −342 kJ/molおよび−480 kJ/molと推定されています。[ 66 ]
ノーベリウム原子は102個の電子を持つ。それらは[Rn]5f 14 7s 2（基底状態項記号1 S 0）の配置になると予想されるが、2006年の時点ではこの電子配置の実験的検証はまだ行われていない。5fおよび7s副殻の16個の電子は価電子である。[ 61 ]化合物の形成において、3個の価電子が失われ、[Rn]5f 13コアが残る可能性がある。これは、三正の状態で[Rn]5f n電子配置を持つ他のアクチノイドによって設定された傾向に合致する。しかしながら、2個の価電子のみが失われ、満たされた5f 14殻を持つ安定な[Rn]5f 14コアが残る可能性の方が高い。ノーベリウムの第一イオン化ポテンシャルは、7s電子が5f電子より先にイオン化するという仮定に基づき、1974年に最大(6.65 ± 0.07) eVと測定されました。 [ 70 ]この値は後に6.62621 eV (639.33 kJ/mol)に改良されました。[ 71 ]六配位および八配位のNo 3+のイオン半径は、1978年にそれぞれ約90 pmおよび102 pmと暫定的に推定されました。[ 66 ] No 2+のイオン半径は、実験的に有効数字2桁で100 pmであることがわかりました。[ 61 ] No 2+の水和エンタルピーは1486 kJ/molと計算されています。[ 66 ]
ノーベリウムの同位体は14種類知られており、質量数は248～260と262で、すべて放射性である。[ 6 ]さらに、17種類の核異性体が知られており、質量数は250から256の範囲である。[ 6 ] [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ] [ 75 ]これらのうち、最も寿命の長い同位体は半減期58分の259No で、最も寿命の長い異性体は半減期1.02秒の251mNoである 。[ 6 ]しかし、まだ発見されていない同位体261Noは、さらに長い半減期3 時間を持つと予測されている。[ 6 ]さらに、半減期が短い255 No (半減期 3.52分) は、カリホルニウム 249に炭素 12イオンを 照射することで大量に生成できるため、化学実験でより頻繁に使用されます。 [ 76 ] 259 No と255 No の次に安定なノーベリウム同位体は、253 No (半減期 1.57分)、254 No (51.2秒)、257 No (24.5秒)、256 No (2.91秒)、および252 No (2.467秒) です。[ 6 ]残りのノーベリウム同位体はすべて半減期が 1 秒未満であり、既知の最も半減期の短いノーベリウム同位体 ( 248 No ) は半減期が 2マイクロ秒未満です。[ 6 ]同位体254 No は、 231 Paから279 Rgまでの一連の長軸核の中間に位置するため、理論的に特に興味深い。また、その核異性体 (2 つが知られている) の形成は、球状の陽子殻のすぐ上にある 2f 5/2などの陽子軌道によって制御される。これは208 Pb と48 Caの反応で合成できる。[ 77 ]
ノーベリウム同位体の半減期は、250 Noから253 No まで滑らかに増加します。しかし、 254 Noで低下が現れ、これを超えると、自発核分裂が支配的な崩壊モードとなるため、偶偶ノーベリウム同位体の半減期は急激に低下します。たとえば、 256 Noの半減期はほぼ 3 秒ですが、258 No の半減期はわずか 1.2ミリ秒です。[ 76 ]これは、ノーベリウムでは、陽子の相互反発がアクチニド系列の長寿命原子核の領域に制限をもたらすことを示しています。[ 78 ]偶奇ノーベリウム同位体は、質量数が増加するにつれて半減期が長くなる傾向が続きますが、 257 Noでその傾向が低下します。 [ 76 ]
ノーベリウムの同位体は、主にアクチニド標的（ウラン、プルトニウム、キュリウム、カリホルニウム、またはアインスタイニウム）に照射することによって生成されますが、ノーベリウム262は例外で、ローレンシウム262の娘核種として生成されます。 [ 76 ]最も一般的に使用される同位体である255Noは、キュリウム248またはカリホルニウム249に炭素12を照射することによって生成できます。後者の方法の方が一般的です。350 μg cm −2のカリホルニウム249標的に毎秒3兆個の73 MeV炭素12イオンを10分間照射すると、約1200個のノーベリウム255原子が生成されます。 [ 76 ]
ノーベリウム255が生成されると、隣接するアクチニドであるメンデレビウムを精製するのと同様の方法で分離することができます。生成されたノーベリウム255原子の反跳運動量を利用して、生成元のターゲットから物理的に遠く離れた場所に移動させ、真空中のターゲットのすぐ後ろにある薄い金属箔（通常はベリリウム、アルミニウム、白金、または金）上に移動させます。これは通常、ノーベリウム原子をガス雰囲気（多くの場合ヘリウム）に閉じ込め、反応室の小さな開口部からガスジェットで運ぶことによって行われます。長い毛細管を使用し、ヘリウムガスに塩化カリウムエアロゾルを含めることで、ノーベリウム原子を数十メートル以上輸送することができます。[ 79 ]箔上に収集された薄いノーベリウム層は、箔を完全に溶解することなく希酸で除去することができます。[ 79 ]ノーベリウムは、他の三価アクチニドとは異なり、二価状態を形成する傾向があるため、これを利用することで分離できます。一般的に使用される溶出条件（固定有機相としてビス（2-エチルヘキシル）リン酸 （HDEHP）、移動水相として0.05 M塩酸、または陽イオン交換樹脂カラムからの溶出液として3 M塩酸を使用）では、ノーベリウムはカラムを通過して溶出されますが、他の三価アクチニドはカラム上に残ります。[ 79 ]ただし、直接「捕捉」金箔を使用する場合は、HDEHPを使用したクロマトグラフィー抽出カラムからの溶出によってノーベリウムを分離する前に、陰イオン交換クロマトグラフィーを使用して金を分離する必要があるため、プロセスが複雑になります。[ 79 ]