第7周期元素

第7 周期の元素は、化学元素周期表の第 7 行 (または周期)にある化学元素の 1 つです。周期表は、原子番号が増加するにつれて元素の化学的挙動に繰り返される (周期的な) 傾向を示すために行ごとに配置されています。化学的挙動が繰り返され始めると新しい行が開始され、同様の挙動を示す元素は同じ縦の列に分類されます。第 7 周期には 32 個の元素が含まれ、第6 周期と同数で最多であり、フランシウムで始まり、現在発見されている最も重い元素であるオガネソンで終わります。原則として、第 7 周期の元素は最初に 7s殻に入り、次に 5f、6d、7p 殻の順になりますが、ウランなどの例外もあります。

第7周期の元素はすべて放射性です。この周期にはアクチノイド元素が含まれており、これには最も重い原子核を持つ天然元素であるプルトニウムが含まれます。 ^{[1] [注 1]}以降の元素は人工的に作成する必要があります。これらの合成元素の最初の5つ（アメリシウムからアインシュタイニウムまで）は現在、巨視的量で入手可能ですが、ほとんどは極めて希少であり、マイクログラム以下の量でしか作成されていません。後の超アクチノイド元素は、一度に数個の原子のバッチで研究室でのみ確認されています。

これらの元素の多くは希少であるため、実験結果があまり広範囲に及ぶものではないが、それらの周期表やグループの傾向は他の周期に比べてあまり明確ではない。フランシウムとラジウムはそれぞれのグループの典型的な特性を示しているが、アクチノイドはランタノイドよりもはるかに多様な挙動と酸化状態を示す。これらの特異性は、スピン軌道相互作用や相対論的効果などのさまざまな要因によるものであり、最終的にはそれらの巨大な原子核からの非常に高い正電荷によって引き起こされる。周期性は 6d シリーズ全体でほぼ維持され、モスコビウムとリバモリウムでも維持されると予測されているが、他の 4 つの 7p 元素、ニホニウム、フレロビウム、テネシン、オガネソンは、それぞれのグループに予想される特性とは非常に異なる特性を持つと予測されている。

（？） 予測

(*)マデルングルールの例外。

多くの周期表では、f ブロックが誤って 1 元素右にシフトされているため、ランタンとアクチニウムが d ブロック元素になり、Ce–Lu と Th–Lr が f ブロックを形成して d ブロックが非常に不均等な 2 つの部分に分割されています。これは、初期の電子配置の誤った測定の名残です。^[4] レフ・ランダウとエフゲニー・リフシッツは1948 年にルテチウムは f ブロック元素ではないと指摘しました。^[5]それ以来、物理的、化学的、電子的証拠は f ブロックに La–Yb と Ac–No の元素が含まれていることを圧倒的に支持しています。^{[4] [6]}ここで示されているように、また1988 年^[6]と 2021 年の国際純正応用化学連合の報告書によって裏付けられています。 ^[7]

フランシウムとラジウムは第 7 周期の s ブロック元素を構成します。

フランシウム （Fr、原子番号87）は、アスタチン、ラジウム、ラドンに崩壊する高放射性金属である。フランシウムは、セシウムと並んで電気陰性度の最も低い2つの元素のうちの1つである。アルカリ金属であるため、価電子は1つである。フランシウムは、1939年にフランスのマルグリット・ペレー（元素名の由来）によって発見された。 ^[8]フランシウムは、合成ではなく自然界で発見された最後の元素である。 ^{[注 2]実験室外では、フランシウムは極めて稀で、}ウラン鉱石とトリウム鉱石に微量しか存在せず、同位体フランシウム223が絶えず形成され崩壊している。地球の地殻全体では、常に20～30 g（1オンス）しか存在せず、他の同位体はすべて合成である。実験室で生成された最大量は、300,000個を超える原子のクラスターであった。^[9]

ラジウム（Ra、原子番号88）は、ほぼ純白のアルカリ土類金属ですが、容易に酸化され、空気に触れると窒素（酸素ではなく）と反応して黒くなります。ラジウムのすべての同位体は放射性が高く、最も安定した同位体はラジウム226で、半減期は1601年で、ラドンガスに崩壊します。このような不安定性のため、ラジウムは発光し、淡い青に輝きます。ラジウムは、塩化ラジウムの形で、 1898年にマリーとピエール・キュリーによって発見されました。彼らはウラン鉱からラジウム化合物を抽出し、5日後にフランス科学アカデミーでその発見を発表しました。ラジウムは、1910年にマリー・キュリーとアンドレ＝ルイ・ドビエルヌによって塩化ラジウムの電気分解により金属状態で単離されました。発見以来、ラジウム226の崩壊生成物である他の元素のいくつかの同位体にラジウムAやラジウムC2_などの名前が付けられてきました。自然界では、ラジウムはウラン鉱石中に、ウラン鉱石1トンあたり7分の1グラムという微量で見つかります。ラジウムは生体にとって必要ではなく、その放射能と化学反応性のために生化学プロセスに組み込まれると健康に悪影響を与える可能性があります。

アクチノイド（IUPAC命名法）系列は、アクチニウムからローレンシウムまでの原子番号89から103までの15の金属化学元素を包含する。^{[11] [12] [13] [14]}

アクチニド系列は、最初の元素であるアクチニウムにちなんで名付けられています。アクチニドのうち 1 つを除いてすべてはf ブロック元素であり、5f電子殻の充填に対応しています。dブロック元素であるローレンシウムも、一般的にアクチニドと見なされています。ほとんどがf ブロック元素であるランタノイドと比較すると、アクチニドははるかに可変的な原子価を示します。

アクチニドのうち、トリウムとウランは、原始的な大量に存在する。ウランの放射性崩壊により、アクチニウム、プロトアクチニウム、プルトニウムが一時的に生成され、ネプツニウムの原子はウラン鉱石の核変換反応から時折生成される。その他のアクチニドは完全に合成された元素であるが、プルトニウムに続く最初の6つのアクチニドはオクロで生成された（そしてずっと前に崩壊した）と考えられ、キュリウムはほぼ間違いなく以前は絶滅した放射性核種として自然界に存在していた。^{[11] [15]} 核実験により、プルトニウムより重いアクチニドが少なくとも6つ環境中に放出されている。 1952年の水素爆弾爆発の残骸を分析したところ、アメリシウム、キュリウム、バークリウム、カリホルニウム、アインシュタイン、フェルミウムの存在が示された。^[16]

すべてのアクチニドは放射性であり、放射性崩壊時にエネルギーを放出します。天然に存在するウランとトリウム、および合成されたプルトニウムは、地球上で最も豊富なアクチニドです。これらは原子炉や核兵器に使用されます。ウランとトリウムは現在または歴史的に多様な用途があり、アメリシウムはほとんどの現代の煙探知機の電離箱で使用されています。

周期表の表示では、ランタノイドとアクチノイドは、通常、表本体の下に2行追加して表示され、^[11]プレースホルダーを使用するか、各系列の選択された1つの元素（それぞれランタンまたはルテチウム、およびアクチニウムまたはローレンシウム）が、それぞれバリウムとハフニウム、ラジウムとラザホージウムの間に、メイン表の1つのセルに表示されます。この慣例は、完全に美観とフォーマットの実用性の問題です。めったに使用されないワイドフォーマットの周期表（32列）では、ランタノイド系列とアクチノイド系列が、表の6行目と7行目（周期）の一部として、適切な列に表示されます。

超アクチノイド元素（超アクチノイド、超重元素とも呼ばれる）は、アクチノイドよりも原子番号が大きい化学元素であり、最も重いのはローレンシウム（103）である。^{[17] [18]第7周期の超アクチノイドは、}オガネソン（元素番号118）まで全て発見されている。

超アクチノイド元素は超ウラン元素でもあり、アクチノイドであるウラン(92) よりも原子番号が大きい元素です。アクチノイドよりも原子番号が大きいというさらなる特徴は、いくつかの点で重要です。

• 超アクチノイド元素はすべて、基底状態では 6dサブシェルに電子を持ちます(したがって、d ブロックに配置されます)。
• 多くの超アクチノイド元素の中で最も長寿命の同位体でさえ、半減期は極めて短く、数秒またはそれより短い単位で測定されます。
• 元素の命名論争は、最初の 5 個または 6 個の超アクチノイド元素に関係していました。そのため、これらの元素は、発見が確認されてから何年もの間、3 文字の体系名を使用していました。(通常、発見が確認されてから比較的すぐに、3 文字の記号は 2 文字の記号に置き換えられます。)

超アクチノイド元素は放射性であり、研究室で合成された場合にのみ得られます。これらの元素はいずれも、肉眼で見えるサンプルとして収集されたことはありません。超アクチノイド元素はすべて、原子物理学者や化学者、または元素の合成に関係した重要な場所にちなんで命名されています。

アクチノイド系列の受容につながったアクチノイド概念を初めて提唱したノーベル化学賞受賞者のグレン・T・シーボーグは、元素番号104から121までの超アクチノイド系列と、元素番号122から153におよぶスーパーアクチノイド系列の存在も提唱しました。超アクチノイドのシーボーギウムは彼にちなんで命名されています。

IUPACは、原子核が電子雲を形成するのに必要な時間である10−14秒よりも長い寿命を持つ元素が存在すると定義しています。^[ 19 ^]