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| オガネソン | ||||||||||||||||||
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| 発音 |
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| 外観 | 金属的（予測） | |||||||||||||||||
| 質量数 | [294] | |||||||||||||||||
| 周期表におけるオガネソン | ||||||||||||||||||
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| 原子番号 ( Z ) | 118 | |||||||||||||||||
| グループ | 18族（希ガス） | |||||||||||||||||
| 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 6 (予想) [3] [4] | |||||||||||||||||
| 殻あたりの電子数 | 2、8、18、32、32、18、8 （予測） | |||||||||||||||||
| 物理的特性 | ||||||||||||||||||
| STPでの フェーズ | 固体（予測）[5] | |||||||||||||||||
| 融点 | 325 ± 15 K ( 52 ± 15 °C, 125 ± 27 °F) (予測) [5] | |||||||||||||||||
| 沸点 | 450 ± 10 K ( 177 ± 10 °C, 350 ± 18 °F) (予測) [5] | |||||||||||||||||
| 密度（ rt付近 ） | 7.2 g/cm 3（固体、319 K、計算値）[5] | |||||||||||||||||
| 液体の場合（ mp） | 6.6 g/cm 3（液体、327 K、計算値）[5] | |||||||||||||||||
| 原子特性 | ||||||||||||||||||
| 酸化状態 | (−1), [4] (0), (+1), [6] ( +2 ), [7] ( +4 ), [7] (+6) [4] (予測) | |||||||||||||||||
| イオン化エネルギー |
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| 原子半径 | 経験的：152 pm （予測）[9] | |||||||||||||||||
| 共有結合半径 | 午後157時（予想）[10] | |||||||||||||||||
| その他のプロパティ | ||||||||||||||||||
| 自然発生 | 合成 | |||||||||||||||||
| 結晶構造 | 面心立方(fcc) （推定）[11] | |||||||||||||||||
| CAS番号 | 54144-19-3 | |||||||||||||||||
| 歴史 | ||||||||||||||||||
| ネーミング | ユーリ・オガネシアンに倣って | |||||||||||||||||
| 予測 | ハンス・ピーター・ヨルゲン・ジュリアス・トムセン(1895) | |||||||||||||||||
| 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(2002) | |||||||||||||||||
| オガネソンの同位体 | ||||||||||||||||||
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オガネシアンは合成化学元素であり、記号 Og、原子番号118である。 2002年にロシアのモスクワ近郊ドゥブナにある合同原子核研究所（JINR）で、ロシアとアメリカの科学者の合同チームによって初めて合成された。2015年12月、国際科学機関IUPACとIUPAPの合同作業部会によって4つの新元素の1つとして認定され、2016年11月28日に正式に命名された。[15] [16]この名前は、周期表で最も重い元素の発見で主導的な役割を果たした原子物理学者ユーリ・オガネシアンに敬意を表して付けられた。命名時に存命の人物にちなんで名付けられた元素は2つしかないが、もう1つはシーボーギウムであり、2024年時点で名が存命している唯一の元素である。[17] [a][アップデート]
オガネソンは、2024年現在、既知の元素の中で最も原子番号と原子質量[アップデート]が大きい。元素周期表ではpブロック元素で、第18族に属し、第7周期の最後の元素である。唯一知られている同位体であるオガネソン294は放射性が高く、半減期は0.7msで、2020年現在、[アップデート]わずか5個の原子しか生成に成功していない。[19]このため、これまでその化学的性質に関する実験的研究は行われていない。相対論的効果のため、理論的研究では、室温では固体であり、[3] [19]他の第18族元素（希ガス）とは異なり、非常に反応性が高いと予測されている。
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等性が大きいほど、2 つの原子核が反応する可能性が高くなります。[25]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。 [26]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。[26]
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)。[26] [27]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に起こります。[26]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近づいた場合に融合が起こる確率であり、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ます。[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。[26]
| 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[29] |
結果として生じる合体は励起状態[30] （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。[26]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。 [31]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。 [31] 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。[32] [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。[34]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。[34]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。[37]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。 [34]
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。[38]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に比例して増加するのに対し、静電反発は原子番号の2乗に比例して増加する。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ではますます重要になる。[39] [40]そのため、超重原子核は理論的に予測されており[41]、これまでに観測されている[42] 。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、[44]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。[45]どちらの崩壊モードでも、核子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、トンネルを通り抜けることはできる。[39] [40]
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。[47]自発核分裂は、静電反発力によって原子核が引き裂かれることで発生し、同一の原子核が分裂する場合でも、さまざまな原子核が生成されます。[40]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、[48]トリウム（元素番号90）からフェルミウム（元素番号100）にかけては30桁減少します。[49]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。[40] [50]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。[40] [50]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。[51]より軽い超重核[52]や、予想される島核[48]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種が生成される場合、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。) [34]既知の核種は、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]ただし、自発核分裂ではさまざまな核種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
初期の憶測
ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンに続く第 7 の希ガスの可能性は、希ガス グループが発見されてすぐに考えられました。デンマークの化学者ハンス・ペーター・ヨルゲン・ジュリアス・トムセンは、アルゴン発見の翌年の 1895 年 4 月に、アルゴンに似た化学的に不活性なガスのシリーズが存在し、ハロゲングループとアルカリ金属グループをつなぐと予言しました。トムセンは、このシリーズの第 7 の元素が、トリウムとウランを含み、原子量が 292 である 32 元素の周期を終えると予想しました。この原子量は、オガネソンの最初で唯一の確認された同位体の現在知られている 294 に近い値です。[63]デンマークの物理学者ニールス・ボーアは1922年にこの7番目の希ガスの原子番号は118であると指摘し、その電子構造は2、8、18、32、32、18、8と予測し、現代の予測と一致した。[64]これに続いて、ドイツの化学者アリスティド・フォン・グロッセは1965年に元素118の可能性のある特性を予測する論文を書いた。 [11]トムセンの予測から107年後にオガネソンの合成に成功したが、その化学的性質はラドンのより重い同族体として振る舞うかどうかは調査されていない。[65] 1975年の論文で、アメリカの化学者ケネス・ピッツァーは相対論的効果により元素118は気体または揮発性液体であるはずだと示唆した。[66]
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、オガネソンを含む超重原子の合成に向けた原子核の融合に関する計算を発表しました。 [67]彼の計算によると、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元素番号118を作ることが可能であり、その反応の融合確率（断面積）は元素番号106のシーボーギウムを生成した鉛-クロム反応に近いだろうと示唆されました。これは、鉛またはビスマスを標的とする反応の断面積は、結果として生じる元素の原子番号が増加するにつれて指数関数的に減少するという予測と矛盾していました。 [67]
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。 [68]その後すぐに、その結果がScience誌に報告された。[69]研究者らは、反応を行ったと報告した。
2001年、他の研究室の研究者が結果を再現できず、バークレー研究所でも再現できなかったため、彼らは撤回を発表しました。[70] 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、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。[71] [72]より新しい実験結果と理論的予測により、鉛とビスマスを標的とした断面積は、結果として生じる核種の原子番号が増加するにつれて指数関数的に減少することが確認されました。[73]
発見レポート
オガネソン原子の真の崩壊は、2002年にロシアのドゥブナにある合同原子核研究所（JINR）で、ロシアとアメリカの科学者の合同チームによって観測された。アルメニア系ロシア人原子物理学者のユーリ・オガネシアンが率いるチームには、カリフォルニア州のローレンス・リバモア国立研究所のアメリカ人科学者も含まれていた。 [74] 294 Ogの崩壊エネルギーが、超重元素を生成するための核融合反応で生成される一般的な不純物である212m Poの崩壊エネルギーと一致したため、この発見はすぐには発表されず、より多くのオガネソン原子を生成することを目指した2005年の確認実験の後まで発表が延期された。[75] 2005年の実験では、異なるビームエネルギー（245 MeVではなく251 MeV）とターゲットの厚さ（0.23 mg/cm 2ではなく0.34 mg/cm 2）が使用された。[13] 2006年10月9日、研究者らは[13]、カリホルニウム-249原子とカルシウム-48イオンの衝突によって生成されたオガネソン-294の原子核を合計3つ（おそらく4つ）間接的に検出したと発表した（2002年に1つまたは2つ[76]、2005年にさらに2つ）。[ 77 ] [ 78 ] [79] [80] [81 ]
2011年、IUPACは2006年のドゥブナ・リバモア共同研究の結果を評価し、「Z = 118同位体について報告された3つのイベントは内部冗長性が非常に優れているが、既知の核へのアンカーがないため、発見の基準を満たしていない」と結論付けた。[82]
核融合反応の確率が非常に小さいため（核融合断面積は約0.3 ～0.6 pbまたは（3–6）× 10 −41 m 2）実験は4ヶ月かかり、 記録された最初のイベントであるオガネソンの合成を引き起こすために、カリホルニウム標的に2.5 × 1019個のカルシウムイオンを発射する必要があった。 [83]それにもかかわらず、研究者は結果が偽陽性ではないと確信していた。なぜなら、検出がランダムなイベントである可能性は1/3未満と推定されたからである。100,000 . [ 84 ]
実験では、オガネソンの 3 つの原子のアルファ崩壊が観測されました。また、直接的な自発核分裂による 4 番目の崩壊も提案されました。半減期は 0.89 ms と計算されました。294
Ogは崩壊して290
アルファ崩壊による半減期。原子核は3つしかないため、観測された寿命から導かれる半減期には大きな不確実性があります。0.89+1.07
−0.31 ms . [13]
- 294
118オグ
→290
116レベル
+4
2彼
の識別294
Og核は、推定上の娘核を別途作成することで検証された。 290
Lvを直接砲撃することで245
Cm付き48
Caイオン、
- 245
96Cm
+48
20カナダ
→290
116レベル
+ 3
ん
、
そして、290
Lvの崩壊は、294
Og核。[13]娘核290
Lvは非常に不安定で、14ミリ秒の寿命で減衰します。286
Flは、自発核分裂またはアルファ崩壊を起こして282
Cnは自発的に核分裂を起こす。 [13]
確認
2015年12月、国際科学団体である国際純正・応用化学連合（IUPAC）と国際純正・応用物理学連合（IUPAP）の合同作業部会がこの元素の発見を認定し、その発見の優先権をドゥブナ・リバモア共同研究に割り当てました。[85]これは、2009年と2010年にローレンス・バークレー国立研究所で294 Ogの孫娘核種である286 Flの特性が2回確認され、また2012年にドゥブナグループによって294 Ogの別の一貫した崩壊系列が観測されたことによるものである。その実験の目的は、249 Bk( 48 Ca,3n)の反応による294 Tsの合成であったが、 249 Bkの半減期が短いため、かなりの量の標的が249 Cfに崩壊し、テネシンではなくオガネソンが合成された。[86]
2015年10月1日から2016年4月6日まで、ドゥブナチームは、249 Cf、250 Cf、251 Cfを含む混合同位体カリホルニウムターゲットに48 Caの弾頭を向け、より重いオガネソン同位体295 Ogと296 Ogを生成する同様の実験を行った。252 MeVと258 MeVの2つのビームエネルギーが使用された。低いビームエネルギーでは1つの原子のみが確認され、その崩壊系列は既知の294 Og（ 286 Flの自発核分裂で終了）と一致し、高いビームエネルギーでは原子は確認されなかった。セクターフレームの接着剤がターゲットを覆い、蒸発残留物が検出器に逃げるのを妨げたため、実験は中止された。[87]この反応では、 293 Ogとその娘核種289 Lv、さらに重い同位体297 Ogの生成も可能です。同位体295 Ogと296 Ogは、 248 Cmと50 Tiの核融合でも生成される可能性があります。 [87] [88] [89] 2016年夏に理化学研究所で始まったこの反応の3nチャネルでの295 Ogの探索は成功しませんでしたが、研究は再開される予定です。詳細な分析と断面積の制限は提供されていません。これらのより重く、おそらくより安定した同位体は、オガネソンの化学を調べるのに役立つ可能性があります。[90] [91]
ネーミング
メンデレーエフの命名法に倣い、オガネソンはエカラドンと呼ばれることもある（1960年代まではエカエマネーションと呼ばれていた。エマネーションはラドンの古い名前である）。[11] 1979年、IUPACは未発見の元素に系統的 仮名 ウンウンオクチウムを割り当て、対応する記号をUuoとした[92]。そして、この元素の発見が確認されるまでこの名前を使うことを推奨した。[93]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るが、この推奨は分野の科学者の間ではほとんど無視され、この元素は「元素番号118」と呼ばれ、記号はE118、(118)、または単に118とされた[4]。
2001年の撤回以前、バークレーの研究者たちは、アルバート・ギオルソ（研究チームの主要メンバー）にちなんで、この元素をギオルシウム（Gh）と命名するつもりだった。 [94]
ロシアの発見者は2006年に合成を報告した。IUPACの勧告によれば、新元素の発見者は名前を提案する権利を有する。[95] 2007年にロシアの研究所の所長は、チームが新元素に2つの名前を検討していると述べた。ドゥブナの研究室の創設者であるゲオルギー・フリョロフにちなんで「フライオリウム」 、ドゥブナがあるモスクワ州にちなんで「モスコビウム」である。 [96]彼はまた、この元素はカリホルニウムの標的を提供したアメリカの共同研究によって発見されたが、 JINRのフリョロフ原子核反応研究所がこの成果を達成できる世界で唯一の施設であるため、この元素はロシアにちなんで命名されるべきであると述べた。[97]これらの名前は後に元素114（フレロビウム）と元素116（モスコビウム）に提案された。 [98]フレロビウムは元素114の名前になった。最終的に元素番号116に提案された名前はリバモリウムであったが[99]、後に元素番号115の代わりにモスコビウムが提案され、承認された。[17]
伝統的に、希ガスの名前はすべて「-on」で終わるが、ヘリウムは例外で、発見されたときには希ガスであるとは知られていなかった。しかし、発見承認時点で有効だったIUPACのガイドラインでは、たとえハロゲン（伝統的に「-ine」で終わる）や希ガス（伝統的に「-on」で終わる）であることが判明したとしても、すべての新しい元素は「-ium」で終わる名前にすることを義務付けていた。 [100]暫定名のウンウンオクチウムはこの慣例に従ったが、2016年に発表された新しいIUPACの勧告では、希ガスの化学的性質を持つかどうかに関係なく、新しい第18族元素には「-on」で終わる名前を使用することを推奨した。[101]
元素番号118の発見に関わった科学者は、 117と115の発見に関わった科学者と同様に、2016年3月23日に電話会議を開き、名前を決めた。元素番号118は最後に決定された。オガネシアンが電話会議から退席するよう求められた後、残った科学者は満場一致で彼にちなんで「オガネソン」という元素名をつけることに決めた。オガネシアンは、この分野の創設以来60年間、超重元素研究の先駆者であり、彼のチームと彼が提案した技術は、元素番号107から118の合成に直接つながった。LLNLの核化学者マーク・ストイヤーは後に、「私たちはリバモアからその名前を提案するつもりだったが、複数の場所から同時に提案されたようなものだった。私たちが実際にその名前を提案したと言えるかはわからないが、私たちはそのつもりだった」と回想している。[102]
内部の議論で、IUPACはJINRに、元素の綴りをロシア語の綴りに近づけるために「オガネソン」にするかと尋ねた。オガネシアンとJINRは、ソビエト時代にフランス語の規則に従って名前をラテンアルファベットに音訳する慣習（「オガネシアン」はそのような音訳である）を引用し、「オガネソン」の方が人物に結び付けやすいと主張して、この提案を拒否した。[103] [m] 2016年6月、IUPACは、発見者が元素にオガネソン（記号：Og ） という名前を付ける予定であると発表した。この名前は2016年11月28日に公式になった。[17] 2017年、オガネシアンはこの命名について次のようにコメントした。[104]
私にとっては名誉なことです。118番元素の発見者はロシアの合同原子核研究所と米国のローレンス・リバモア国立研究所の科学者たちで、オガネソンという名前を提案したのは私の同僚たちでした。私の子供たちと孫たちは何十年も米国に住んでいますが、娘は私に手紙を書いて、その夜は泣き声で眠れなかったと書いてきました。[104]
— ユーリ・オガネシアン
モスコビウム、テネシン、オガネソンの命名式は2017年3月2日にモスクワのロシア科学アカデミーで行われた。[105]
2019年のインタビューで、周期表でアインシュタイン、メンデレーエフ、キュリー夫妻、ラザフォードの隣に自分の名前が載っているのを見た感想を尋ねられたオガネシアンは次のように答えた。[103]
あまりそうではありません！ ほら、あまりそうではありません。科学では、何か新しいものを発見者にちなんで命名するのが慣例です。要素が少ないので、これはめったに起こらないというだけです。しかし、数学の方程式や定理がどれだけ誰かにちなんで名付けられているか考えてみてください。医学ではどうでしょう？アルツハイマー病、パーキンソン病。特別なことではありません。
特徴
オガネソンまたはその化合物の核特性以外の特性は測定されていない。これは、オガネソンの生産が極めて限られており、生産コストが高いことと、オガネソンが非常に速く崩壊するためである[106]。したがって、予測値しか得られない。
核の安定性と同位体
原子核の安定性は、原子番号が増加するにつれて急速に低下します。原子番号96のキュリウムの最も安定した同位体である247 Cmの半減期は、その後のどの元素よりも4桁も長いです。原子番号が101を超えるすべての核種は、半減期が30時間未満の放射性崩壊を起こします。原子番号が82を超える元素（鉛に次ぐ）には、安定同位体がありません。[107]これは、陽子のクーロン反発がますます大きくなり、強い核力では自発的な核分裂に対して原子核を長時間保持できないためです。計算によると、他の安定化要因がなければ、陽子数が104を超える元素は存在しないはずです。[108]しかし、1960年代の研究者は、114個の陽子と184個の中性子の周りの閉じた核殻がこの不安定性を打ち消し、核種の半減期が数千年または数百万年に達する安定の島を作り出すと示唆した。科学者はまだ島に到達していないが、超重元素（オガネソンを含む）の存在自体がこの安定化効果が本物であることを裏付けており、一般的に既知の超重核種は島の予測位置に近づくにつれて指数関数的に長寿命化する。[109] [110]オガネソンは放射性であり、アルファ崩壊と自発核分裂によって崩壊し、[111] [112]半減期は1ミリ秒未満と思われる。それでも、これはいくつかの予測値よりも長い。[113] [114]
量子トンネルモデルを用いた計算では、オガネソンのアルファ崩壊半減期が1ミリ秒に近い、より重い同位体がいくつか存在することが予測されている。[115] [116]
他の同位体の合成経路と半減期に関する理論的計算では、合成された同位体294 Ogよりもわずかに安定しているものがあり、最も可能性が高いのは293 Og、295 Og、296 Og、297 Og、298 Og、300 Og、302 Og（最後のものはN = 184殻閉鎖に達する）である。[113] [117]これらのうち、297 Ogはより長寿命の核を得る可能性が最も高いため、[113] [117]この元素の今後の研究の焦点となる可能性がある。313 Ogの周辺にあるものなど、より多くの中性子を持つ同位体も、より長寿命の核をもたらす可能性がある。[118]
量子トンネルモデルでは、294
オグは0.66+0.23
−0.18 ms [113]は2004年に発表された実験的なQ値と一致している。 [119] Muntian–Hofman–Patyk–Sobiczewskiのマクロ-ミクロモデルによる理論的なQ値で計算すると、やや低いが同等の結果が得られた。[120]
計算された原子および物理的特性
オガネソンは、 18族元素、すなわちゼロ価元素に属します。このグループに属する元素は、外殻が8個の電子で完全に満たされているため、ほとんどの一般的な化学反応（例えば燃焼）に対して不活性です。これにより、外殻電子がしっかりと結合した安定した最小エネルギー構成が生まれます。[121]同様に、オガネソンも外殻が閉じており、その価電子は7s 2 7p 6 構成で配置されていると考えられています。[3]
その結果、オガネソンは同族の他の元素と物理的・化学的性質が似ており、周期表でその上にある希ガスであるラドンに最も近いと予想する人もいる。[122]周期律 に従えば、オガネソンはラドンよりもわずかに反応性が高いと予想される。しかし、理論計算では、オガネソンの反応性は大幅に高い可能性があることが示されている。[7]ラドンよりもはるかに反応性が高いことに加え、オガネソンは、化学的に活性な元素である鉛と水銀のより重い同族元素であるフレロビウムとコペルニシウムよりもさらに反応性が高い可能性がある。[3]ラドンと比較してオガネソンの化学的活性がより高い可能性がある理由は、最後に占有された7p-サブシェルのエネルギー不安定化と径方向の拡張である。[3]より正確には、7p電子と不活性7s電子との間のかなりのスピン軌道相互作用により、実質的にフレロビウムで第2の価電子殻が閉じ、オガネソンの閉殻の安定性が大幅に低下します。[3]また、オガネソンは他の希ガスとは異なり、エネルギーを放出して電子を結合する、つまり、相対論的に安定した8sエネルギーレベルと不安定化した7p 3/2レベルにより、正の電子親和力を示すと計算されています。 [123] [124]一方、コペルニシウムとフレロビウムは電子親和力を持たないと予測されています。[126] [127]それにもかかわらず、量子電気力学補正は、アニオンOg −の結合を9％減少させることにより、この親和力を減らすのに非常に重要であることが示されており、超重元素におけるこれらの補正の重要性が確認されています。[123] 2022年の計算ではオガネソンの電子親和力は0.080(6)eVになると予想されている。[8]
オガネソンの分子動力学のモンテカルロシミュレーションでは、融点が325 ± 15K、沸点相対論的効果により450 ± 10 K（これらの効果を無視すると、オガネソンは≈220 K ）。したがって、オガネソンは標準条件下では気体ではなく固体である可能性が高いが、それでも融点はかなり低い。[5] [19]
オガネソンは極めて広い分極率を持つと予想されており、ラドンのほぼ2倍である。[3]オガネソンはその驚異的な分極率のため、第一イオン化エネルギーが約860 kJ/molと異常に低いと予想されており、これはカドミウムと同程度で、イリジウム、白金、金よりも低い。これはダルムスタチウム、レントゲン、コペルニシウムで予測される値よりも大幅に小さいが、フレロビウムで予測される値よりも大きい。[128]オガネソンの第二イオン化エネルギーは約1560 kJ/molであるはずである。[8]オガネソンの原子核と電子雲の殻構造も相対論的効果に強く影響されている。オガネソンの価電子とコアの電子サブシェルは、オガネソンの7p軌道の非常に強いスピン軌道分裂により、「相対論的ではない」ラドンやキセノンとは異なり、均質なフェルミ電子ガスで「塗りつぶされる」と予想される（ラドンでは初期の非局在化がいくらかあるが）。 [129]核子、特に中性子に対する同様の効果は、中性子閉殻核302 Ogで初期段階にあり、164個の陽子と308個の中性子を持つ仮想の超重殻核472 164で強く作用している。[129]研究では、静電力が増大するため、オガネソンは陽子密度が半バブル構造となり、核の中心に陽子がほとんどなくなる可能性も予測されている。[130] [131]さらに、スピン軌道効果により、バルクのオガネソンは半導体となり、バンドギャップは1.5 ± 0.6 eVと予測されています。それより軽い希ガスはすべて絶縁体です。たとえば、バルクのラドンのバンドギャップは7.1 ± 0.5eV 。[132]
予測される化合物
4四角平面の分子構造を持っています。
4四面体分子構造を持つと予測されます。
オガネソンの唯一確認されている同位体である294 Ogは、半減期が短すぎて、実験的に化学的に調査することができません。そのため、オガネソンの化合物はまだ合成されていません。[75]しかし、理論上の化合物の計算は1964年以来行われています。 [11]元素のイオン化エネルギーが十分に高ければ酸化されにくくなり、したがって最も一般的な酸化状態は0（希ガスの場合）になると予想されます。 [133]しかし、そうではないようです。[65]
二原子分子 Ogの計算
2Hgについて計算されたものとほぼ同等の結合相互作用を示した。
2、解離エネルギーは6kJ/molで、Rnの約4倍である。
2[3]最も驚くべきことは、 Rnよりも結合長が短いと計算されたことである。
20.16Åだけ小さくなっており、これは大きな結合相互作用を示していると考えられる。[3]一方、化合物OgH +は、解離エネルギー（言い換えればオガネソンの陽子親和力）がRnH +よりも小さい。[3]
OgH中のオガネソンと水素の結合は非常に弱いと予測されており、真の化学結合というよりは純粋なファンデルワールス相互作用とみなすことができます。[6]一方、電気陰性度の高い元素では、オガネソンはコペルニシウムやフレロビウムなどよりも安定した化合物を形成するようです。[6]安定した酸化状態+2と+4は、フッ化物OgFに存在すると予測されています。
2およびOgF
4[134] +6状態は7p 1/2サブシェルの強い結合により不安定になる。[65]これは、オガネソンを異常に反応性の高いものにするのと同じスピン軌道相互作用の結果である。例えば、オガネソンとF
2OgF化合物を形成する
2106 kcal/molのエネルギーが放出され、そのうち約46 kcal/molがこれらの相互作用から生じる。[6]比較のために、同様の分子RnF
2形成エネルギー49kcal/molのうち約10kcal/molである。[6]同じ相互作用により、 OgFの四面体T d配置が安定化される。
4、 XeFの正方形平面D 4hとは異なります
4、RnF
4も持つと予想されます。[134]これは、OgF 4 が2つの不活性電子対（7sと7p 1/2 ）を持つと予想されるためです。そのため、OgF 6 は結合していないと予想され、+6酸化状態の不安定化の予想される傾向が続きます（RnF 6も同様に、 XeF 6よりもはるかに不安定になると予想されます）。[135] [136] Og–F結合はおそらく共有結合ではなくイオン結合であり、オガネソンフッ化物は不揮発性になります。[7] [137] OgF 2は、オガネソンの高い電気陽性度のために部分的にイオン性であると予測されます。[138]オガネソンは、塩素とOg–Cl結合を形成するのに十分な電気陽性度[138]であると予測されます。[7]
オガネソンとテネシンの化合物OgTs4は化学的に安定している可能性があると予測されている。[139]
参照
注記
- ^ 99番目と100番目の元素にアインシュタ イニウムとフェルミウムという名前が提案されたのは、それぞれアルベルト・アインシュタインとエンリコ・フェルミが存命中だったが、アインシュタインとフェルミが亡くなるまで正式には採用されなかった。[18]
- ^ 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 [20]または112 [21]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）。[22]「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。[23]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、1億2,000万年前の記録である。[24] - ^ 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。[28] - ^ この数字は複合原子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。[33]
- ^ 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打ち消されます。[35]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。[36]
- ^ 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。[43]
- ^ 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。[48]
- ^ 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。[53]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。[54]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）。[55]
- ^ 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（前者の正確な分数）に等しい。[44]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[56]によって発見された。彼はJINRの指導的科学者であり、そのためこの施設の「趣味」だった。[57]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こと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。[33]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。[56]
- ^ 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。[58]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。[59]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。[59] JINRは自分たちが最初にこの元素を作ったと主張し、この新元素にジョリオチウムという独自の名前を提案した。[60]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）。[61]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。 [61]「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。[62]
- ^ロシア語では、オガネシアンの名前はОганесян [ˈɐgənʲɪˈsʲan]と綴られる。英語の規則に従って音訳すると、sが1つ増えたOganesyanとなる。同様に、この元素のロシア語名はоганесонであり、一文字ずつでoganesonとなる。オガネシアンはアルメニア人の姓ホヴァニシアン（アルメニア語：Հովհաննիսյան [hɔvhɑnnisˈjɑn] ）のロシア語化版である。これは「ホヴァネスの息子」、すなわち「ジョンの息子」を意味する。アルメニアで最も一般的な姓の1つである。
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