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拡張周期表は、現在知られている、あるいは証明されている元素以外の化学元素について理論化したものです。既知の元素の中で最も原子番号が大きいのはオガネソン（Z = 118）で、これは周期表 の第7周期（行）を構成します。したがって、第8周期以降のすべての元素は、純粋に仮説上の存在にとどまります。
118を超える元素は、発見され次第、追加の周期に配置され、（既存の周期と同様に）元素の性質の周期的に繰り返される傾向を示すように配置される。追加の周期には、第7周期よりも多くの元素が含まれると予想されている。これは、各周期に部分的に満たされたg軌道を持つ少なくとも18個の元素を含む、いわゆるgブロックが追加されると計算されているためである。このブロックを含む8周期の周期表は、 1969年にグレン・T・シーボーグによって提案された。[ 1 ] [ 2 ] gブロックの最初の元素は原子番号121を持つ可能性があり、その場合、系統名はウンビウニウムとなる。多くの探索にもかかわらず、この領域の元素は合成も自然界での発見もされていない。[ 3 ]
原子構造の量子力学的記述における軌道近似によれば、gブロックは部分的に満たされたg軌道を持つ元素に対応するが、スピン軌道結合効果により、高原子番号の元素では軌道近似の妥当性が大幅に低下する。シーボーグの拡張周期表では、相対論的効果を考慮していなかったため、より重い元素がより軽い元素によって設定されたパターンに従っていた。相対論的効果を考慮したモデルでは、このパターンが破れると予測されている。ペッカ・ピッコとブルクハルト・フリッケは、コンピューターモデリングを使用してZ = 172までの元素の位置を計算し、いくつかの元素がマデルング規則からずれていることを発見した。[ 4 ] 120を超える元素の化学的および物理的性質の予測の不確実性と変動性の結果、現在、拡張周期表におけるそれらの配置について合意はない。
この領域の元素は放射性崩壊に対して非常に不安定で、極めて短い半減期でアルファ崩壊または自発核分裂を起こす可能性が高いが、元素126は核分裂には耐性があるがアルファ崩壊には耐性がない安定の島内にあると仮説が立てられている。既知の元素以外にも安定の島が存在する可能性があり、元素164の周囲に理論化されたものも含まれるが、閉殻核による安定化効果の程度は不明である。予想される安定の島を超えて物理的に可能な元素がいくつあるのか、周期8が完了しているのか、周期9が存在するのかは明らかではない。国際純正・応用化学連合（IUPAC）は、原子核が電子雲を形成するのにかかる時間である10⁻¹⁴秒（0.01ピコ秒、または10フェムト秒）よりも寿命が長い場合に元素が存在すると定義している。[ 5 ]
1940 年という早い時期に、相対論的ディラック方程式の単純な解釈では、Z > 1/α ≈ 137.036 (微細構造定数 の逆数)で電子軌道に問題が生じることが指摘され、中性原子は 137 を超えると存在できず、電子軌道に基づく元素の周期表はこの時点で破綻することが示唆された。[ 6 ]一方、より厳密な解析では、同様の限界はZ ≈ 168–172 であり、1s 副殻がディラックの海に突入し、この点を超えると存在できないのは中性原子ではなく裸の原子核であるため、周期系のさらなる拡張に障害はないことが計算される。この臨界原子番号を超える原子は超臨界原子と呼ばれる。
アクチノイドを超える元素の存在が最初に提唱されたのは、1895年という早い時期で、デンマークの化学者ハンス・ペーター・ヨーゲン・ユリウス・トムセンが、トリウムとウランが32元素の周期の一部を形成し、その周期は原子量292の化学的に不活性な元素で終わると予測した時であった（オガネソンの唯一知られている同位体の原子量294からそれほど遠くない）。1913年には、スウェーデンの物理学者ヨハネス・リュードベリも同様に、ラドンの次の希ガスは原子番号118になると予測し、純粋に形式的に、ラドンのさらに重い同族元素がZ = 168、218、290、362、460にあることを導き出した。これは、アウフバウの原理が予測するまさにその位置である。 1922年、ニールス・ボーアは、 Z = 118 の次の希ガスの電子構造を予測し、ウランより上の元素が自然界で見られないのは、それらが不安定すぎるためだと示唆した。ドイツの物理学者でエンジニアのリヒャルト・スウィンネは、1926年に超ウラン元素（彼がこの用語を造語した可能性がある）に関する予測を含むレビュー論文を発表し、安定性の島に関する現代の予測を先取りした。彼は1914年に、半減期は厳密には原子番号とともに減少するべきではないと初めて仮説を立て、代わりにZ = 98～102とZ = 108～110に寿命の長い元素が存在する可能性があると示唆し、そのような元素は地球の核、鉄隕石、または宇宙起源から閉じ込められたグリーンランドの氷冠に存在する可能性があると推測した。 [ 7 ] 1955年までに、これらの元素は超重元素と呼ばれるようになった。 [ 8 ]
未発見の超重元素の特性に関する最初の予測は、原子核殻の概念が初めて検討され、元素 126の周囲に安定の島が存在すると理論づけられた1957年に行われた。 [ 9 ] 1967年には、より厳密な計算が行われ、安定の島は当時未発見だったフレロビウム（元素114）を中心としていると理論づけられた。この研究とその後の研究は、多くの研究者が自然界で超重元素を探したり、加速器で合成しようと試みたりする動機となった。[ 8 ] 1970年代には多くの超重元素探索が行われたが、いずれも成果はなかった。2022年4月現在 ウンビセプチウム（ Z = 127）までのすべての元素について合成が試みられてきたが、ウンビトリウム（ Z = 123）だけは例外である。 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]最も重い合成に成功した元素は2002年のオガネソンであり、最も最近の発見は2010年のテネシンである。 [ 10 ]
超重元素の中には、7周期の周期表の外側に位置すると予測されるものがあったため、これらの元素を含む第8周期が1969年にグレン・T・シーボーグによって初めて提案されました。このモデルは、既存の元素のパターンを継続し、 121番目の元素から始まる新しいgブロックと超アクチニド系列を導入し、既知の周期と比較して第8周期の元素数を増やしました。[ 1 ] [ 2 ] [ 8 ]しかし、これらの初期の計算では、周期的な傾向を崩し、単純な外挿を不可能にする相対論的効果を考慮していませんでした。1971年、フリッケは周期表をZ = 172まで計算し、いくつかの元素が確立されたパターンを崩す異なる性質を持っていることを発見しました[ 4 ]。また、2010年のペッカ・ピッコによる計算でも、いくつかの元素が予想とは異なる振る舞いをする可能性があることが指摘されました。[ 13 ]周期表が既知の 118 元素を超えてどこまで拡張できるかは不明である。より重い元素はますます不安定になると予測されている。グレン T. シーボーグは、実際には、核の不安定性により周期表の終わりはZ = 120 付近で早く訪れる可能性があると示唆した。 [ 14 ]
原子番号120を超える元素を周期表のどの位置に配置すべきかについては、現在、合意が得られていない。
すべての仮説上の元素には、国際純正・応用化学連合（IUPAC）の系統的な元素名が付けられ、その元素が発見され、確認され、正式な名称が承認されるまで使用されます。これらの名称は通常、文献では使用されず、元素は代わりに原子番号で参照されます。したがって、元素164は通常、「unhexquadium」または「Uhq」（系統的な名称と記号）とは呼ばれず、記号「164」、「(164)」、「E164」が付いた「元素164」と呼ばれます。[ 15 ]
元素118では、軌道1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、4f、5d、6p、7s、5f、6d、7pが満たされ、残りの軌道は満たされていないと想定されます。アウフバウ原理からの単純な外挿では、8周期目の軌道は8s、5g、6f、7d、8pの順に満たされると予測されますが、元素120以降では、電子殻が近接しているため、単純な表に配置することが困難になります。
すべてのモデルが、より重い元素が軽い元素によって確立されたパターンに従うことを示しているわけではありません。1971年に発表された論文で元素184までの計算を行ったBurkhard Frickeらは、軌道の重なりによって一部の元素がマデルングのエネルギー順序規則からずれていることも発見しました。これは、重い元素における相対論的効果の役割が増大することによって引き起こされます（彼らは元素184までの化学的性質を記述していますが、元素172までの表しか描いていません）。[ 4 ] [ 16 ]
Fricke らの形式は、起こりうる化学的挙動よりも形式的な電子配置に重点を置いている。彼らは、形式的には電子配置が 7d 2から 7d 10であるはずの元素 156 ～ 164 を第 4 ～ 第 12 族に分類している。しかし、これらの元素は、8s 殻が化学結合に利用できないという点で、これまでの d 元素と異なり、代わりに 9s 殻が利用できる。そのため、7d 10 9s 0を持つ元素 164 は、4d 10 5s 0を持つパラジウムに類似していると Fricke らは指摘しており、元素 157 ～ 172 は第 3 ～ 第 18 族と化学的類似性があるとみなしている (ただし、元素 165 と 166 がそれぞれ第 1 族および第 2 族の元素により近いのか、それとも第 11 族および第 12 族の元素により近いのかについては、彼らは曖昧な態度をとっている)。したがって、元素157～164は、著者らが化学的に最も類似していると考えていないグループに表に配置されている。[ 17 ]
ヴァディム・ネフェドフ、マルヴィナ・トルジャスコフスカヤ、ヴィクトル・ヤルジェムスキーは164までの計算を行った（結果は2006年に発表された）。彼らは、元素 158 ～ 164 を、第 6 ～ 12 族ではなく、第 4 ～ 10 族の同族元素とみなし、第 5 周期遷移金属との電子配置の類似性に注目した (例: 元素 159 7d 4 9s 1対Nb 4d 4 5s 1、元素 160 7d 5 9s 1対 Mo 4d 5 5s 1 、元素162 7d 7 9s 1 対 Ru 4d 7 5s 1 、元素163 7d 8 9s 1対Rh 4d 8 5s 1、元素 164 7d 10 9s 0対 Pd 4d 10 5s 0 )。したがって、化学的に最も類似したグループについては Fricke らと一致するが、Nefedov らは、実際には、元素は化学的に最も類似したグループに配置されます。RgとCnには、AuとHgとは異なる配置を反映するためにアスタリスクが付けられています（元の出版物では、これらは3次元方向にずれているように描かれています）。実際には、CnはおそらくHgと類似した配置を持ち、PtとDsの配置の違いはマークされていません。[ 18 ]
Pekka Pyykköは、2011年に発表した論文で、 Z = 172までの元素の位置 とそれらの可能な化学的性質を計算するためにコンピューターモデリングを使用しました。彼はFrickeらの軌道順序を再現し、イオン配置に基づいて元素121～164に正式にスロットを割り当てることで、彼らの表の改良を提案しました。[ 13 ]
電子を記録するために、Pyykkö はいくつかの元素を順不同に配置しています。例えば、139 と 140 は 8p 1/2殻が満たされる必要があることを反映してグループ 13 と 14 に配置され、5g、8p 1/2、および 6f 系列を別々に区別しています。[ 13 ] Fricke らと Nefedov らはこれらの系列を分割しようとはしていません。[ 17 ] [ 18 ]
計算化学者のアンドレイ・クルシャは、ピッコの計算を参照しながら、ネフェドフらの164までのバージョンを基に改良した、172までの拡張周期表の2つの形式を提案した。[ 19 ]元素157～172は、その可能性のある化学的性質に基づいて、どちらの形式でも第5周期のイットリウムからキセノンまでの第8周期の同族元素として配置されている。[ 19 ]これは、ネフェドフらによる157～164をイットリウムからパラジウムの下に配置したものを拡張したものであり、[ 18 ]フリッケらが示した化学的類似性と一致する。[ 17 ]
クルシャは、以前の元素の中に正確な類似物がない元素 121〜156 を扱う 2 つの方法を提案した。彼の最初の形式 (2011 年、ピッコの論文が発表された後) では、[ 19 ]元素 121〜138 と 139〜156 は 2 つの別々の列 (まとめて「超遷移元素」と呼ばれる) に配置され、コアに5g 18サブシェルを追加することによって関連付けられている。これは、ピッコの酸化状態の計算によると、それぞれランタニドとアクチニドを模倣するはずである。[ 19 ] [ 20 ]彼の 2 番目の提案 (2016 年) では、元素 121〜142はg ブロック (5g 活性を持つため) を形成し、元素 143〜156はアクチニウムからノーベリウムの下に配置された f ブロックを形成する。[ 21 ]
したがって、周期8には54の元素が現れ、118の次の貴元素は172である。[ 22 ]
2023年、Smits、Düllmann、Indelicato、Nazarewicz、およびSchwerdtfegerは、電子配置に基づいて周期表の119から170までの元素を配置する別の試みを行った。いくつかの元素（121～124および168）の配置では、明確に配置することができなかった。元素145は2回出現し、いくつかの場所には2つの電子が占有され、他の場所は空いている。[ 23 ]
ウンビセプチウムを除く第8周期元素の合成が試みられてきたが、いずれも成功していない。第8周期元素の最初の2つであるウンウネニウムとウンビニリウムの合成は、2026年現在も継続中である。。
元素119（ウンウンエンニウム）の合成は、 1985年にカリフォルニア州バークレーのスーパーHILAC加速器で、サブマイクログラムのアインスタイニウム254標的にカルシウム48イオンを照射することによって初めて試みられた。
原子は特定されず、断面積の限界値は 300 nbとなった。[ 24 ]後の計算では、3n 反応の断面積 (生成物として299 119 と 3 個の中性子が生じる) は、実際にはこの上限値の 60 万分の 0.5 pb であると示唆されている。[ 25 ]
2012 年 4 月から 9 月にかけて、ドイツのダルムシュタットにあるGSI ヘルムホルツ重イオン研究センターで、バークリウム-249の標的にチタン-50 を照射することにより、同位体295 119 と296 119 を合成する試みが行われた。 [ 26 ] [ 27 ]理論的に予測された断面積に基づくと、実験開始から 5 か月以内にウンウンエニウム原子が合成されると予想された。[ 28 ]さらに、バークリウム -249 は327 日という短い半減期でカリホルニウム-249 (次の元素)に崩壊するため、元素 119 と 120 を同時に探索することができた。[ 29 ]
当初、この実験は2012年11月まで継続する予定であったが[ 30 ] 、テネシンの合成を確認するために249Bkターゲットを使用するために早期に中止された（そのため、発射体は48Caに変更された）。[ 31 ]この249Bk + 50Tiの反応は、かなり非対称であるため[ 27 ] 、またやや低温であるため、元素119の生成に最も好ましい実用的な反応であると予測された[ 28 ] 。（ 254Es + 48Caの方が優れているが、ターゲット用にミリグラム量の254Esを用意するのは難しい。） [ 28 ]それにもかかわらず、「銀の弾丸」 48Caから50Tiへの必要な変更により、収率は融合反応の非対称性に強く依存するため、元素119の予想収率は約20分の1に減少する。[ 28 ]
予測される半減期が短いため、GSIチームはマイクロ秒単位で崩壊イベントを記録できる新しい「高速」電子機器を使用した。[ 27 ]元素119の原子は検出されず、これは70 fbの限界断面積を示唆している。[ 31 ]予測される実際の断面積は約40 fbであり、これは現在の技術の限界である。[ 28 ]
日本の和光にある理化学研究所のチームは、元素119を探すため、 2018年1月にバナジウム-51ビームでキュリウム-248ターゲットへの照射を開始しました[ 32 ]。より重いバークリウムやカリホルニウムではなくキュリウムがターゲットとして選ばれたのは、これらのより重いターゲットの準備が難しいためです[ 33 ]。248 Cmターゲットはオークリッジ国立研究所から提供されました。理化学研究所は高強度のバナジウムビームを開発しました[ 34 ] 。理化学研究所が線形加速器をアップグレードしている間、実験はサイクロトロンで開始されました。アップグレードは2020年に完了しました[ 35 ]。最初のイベントが観測されるまで、両方の装置で照射が続けられる可能性があります。この実験は現在、年間少なくとも100日間断続的に実行されています[ 36 ] [ 33 ] 。理化学研究所チームの取り組みは、日本の天皇によって資金提供されています。[ 37 ]
JINRのチームは現在、元素119の合成も試みている。[ 38 ] 2023年後半、JINRは48Caより重い入射粒子を用いた超重元素の初の合成成功を報告した。238Uに54Crを照射して、リバモリウム（元素116）の新しい同位体である288Lvを生成した。この実験で超重核種の合成に成功したことは予想外に良い結果だった。目的は、54Cr入射粒子との反応の断面積を実験的に決定し、元素120の合成の準備をすることである。[ 39 ] 2026年2月、 JINRのユーリ・オガネシアンは、元素119を合成する実験が同年5月に開始されると述べた。[ 40 ] [ 41 ]この実験では249 Bk ターゲットと50 Ti ビームを使用しています。初期結果は 2026 年 9 月から 10 月に発表される予定です。 [ 38 ] [ 42 ] [ 43 ] 2026 年 6 月現在、実験で得られた感度は 480 fb です。ウラジーミル・ウチョンコフによると、1 つのイベントを観測するには 180～200 fb の感度が必要になります。[ 38 ]
2006年に249Cfと48Caの反応でオガネソンを得ることに成功した後、ドゥブナの合同原子核研究所（JINR）のチームは、58Feと244Puの原子核から元素120（ウンビニリウム）を生成することを期待して、2007年3月から4月にかけて同様の実験を開始した。[ 44 ] [ 45 ]ウンビニリウムの同位体は、マイクロ秒オーダーのアルファ崩壊半減期を持つと予測されている。[ 46 ] [ 47 ]初期分析では、元素120の原子は生成されず、研究されたエネルギーでの断面積の制限は400 fbであることが明らかになった。[ 48 ]
ロシアチームは、反応を再度試みる前に施設をアップグレードする計画を立てた。[ 48 ]
2007年4月、ドイツのダルムシュタットにあるGSIヘルムホルツ重イオン研究センターのチームは、ウラン238とニッケル64を使用して元素120を生成しようと試みた。 [ 49 ]
原子は検出されず、提供されたエネルギーでの断面積の制限値は 1.6 pbとなった。GSI は、2007 年 4 月〜5 月、2008 年 1 月〜3 月、2008 年 9 月〜10 月に、より高い感度で実験を繰り返したが、いずれも陰性で、断面積の制限値は 90 fb に達した。[ 49 ]
2010年6月～7月、そして2011年にも、GSIの科学者たちは、より放射性ターゲットの使用を可能にするために装置をアップグレードした後、より非対称な核融合反応を試みた。[ 50 ]
反応の変化により元素 120 の合成確率が 5 倍になると予想されたが、[ 51 ]このような反応の収率はその非対称性に強く依存する。[ 28 ] 299 120 とその娘295 Ogの予測アルファ崩壊エネルギー、およびその孫娘291 Lvの実験的に知られている崩壊エネルギーと一致する 3 つの相関信号が観測された。しかし、これらの可能性のある崩壊の寿命は予想よりもはるかに長く、結果は確認できなかった。[ 52 ] [ 53 ] [ 50 ]
2011年8月～10月、TASCA施設を使用するGSIの別のチームが、さらに非対称な新しい反応を試みた。[ 54 ] [ 31 ]
翌年、249 Bk が 249 Cf に崩壊する 249 Bk + 50 Ti 反応で元素 119 を作ろうとした前述の試みでも、これは失敗に終わった。その非対称性のため、[ 55 ] 249 Cfと50 Tiの間の反応は、ウンビニリウムを合成するための最も好ましい実用的な反応であると予測されたが、やや低温でもある。ウンビニリウム原子は確認されず、限界断面積は 200 fb であることが示唆された。[ 31 ] Jens Volker Kratz は、これらの反応のいずれかによって元素 120 を生成する実際の最大断面積は約 0.1 fbであると予測した。 [ 56 ]それに対し、成功した反応の最小断面積の世界記録は、反応209 Bi( 70 Zn,n) 278 Nhの 30 fb であり、[ 28 ] Kratz は、隣接する元素 119 を生成するための最大断面積を 20 fb と予測した。 [ 56 ]これらの予測が正確であれば、元素 119 の合成は現在の技術の限界に達し、元素 120 の合成には新しい方法が必要になるだろう。[ 56 ]
2021 年 5 月、JINR は新施設で249 Cf + 50 Ti 反応を調査する計画を発表した。しかし、 249 Cf ターゲットは米国のオークリッジ国立研究所で製造される必要があったが、 [ 57 ] 2022 年 2 月にロシアによるウクライナ侵攻が始まると、制裁により JINR と他の研究所との協力は完全に停止した。[ 58 ]その結果、JINR は代わりに248 Cm + 54 Cr 反応を試みる計画になった。54 Cr入射体の使用に関する準備実験が2023 年後半に実施され、238 U + 54 Cr 反応で288 Lv の合成に成功した。 [ 39 ]元素 120 の合成実験が 2025 年までに開始されることが期待されている。[ 59 ]
2022年から、米国カリフォルニア州バークレーのローレンス・バークレー国立研究所（LBNL）の88インチサイクロトロンを使用して、50Ti入射粒子で新元素を作る試みも計画されている。 [ 34 ] [60 ] [ 61 ]まず、244Pu + 50Ti反応がテストされ、 2024年に290Lv原子2個の生成に成功した。これが成功したため、2025年に249Cf + 50Ti反応で元素120を作る試みが始まった。[ 62 ] [ 63 ] [ 64 ] [ 65 ]以前はJINRと協力関係にあったローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）は、このプロジェクトでLBNLと協力関係にある。[ 66 ]
元素 121 (ウンビウニウム)の合成は、 1977 年にドイツのダルムシュタットにあるシュヴェリオネンフォルシュング研究所でウラン 238のターゲットに銅65 イオンを衝突させることによって初めて試みられました。
原子は特定されなかった。[ 11 ]
元素122 （ウンビビウム）の合成の最初の試みは、 1972年にフレロフらが合同原子核研究所（JINR）で重イオン誘起ホット核融合反応を用いて行った。 [ 10 ]
これらの実験は、 N = 184 かつZ > 120に安定な島が存在するという初期の予測に基づいて行われた。 原子は検出されず、収量限界は 5 nb (5,000 pb ) と測定された。現在の結果 (フレロビウムを参照) では、これらの実験の感度が少なくとも 3 桁低すぎたことが示されている。[ 12 ]
2000 年に、Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) ヘルムホルツ重イオン研究センターは、非常に高い感度で非常によく似た実験を実施しました。[ 10 ]
これらの結果は、このような重元素の合成が依然として大きな課題であり、ビーム強度と実験効率のさらなる向上が必要であることを示している。より質の高い結果を得るためには、将来的に感度を1 fbまで高める必要がある。
元素122を合成するもう1つの試みは、1978年にGSIヘルムホルツセンターで行われ、天然エルビウムターゲットにキセノン136イオンを照射したが、これも失敗に終わった。 [ 10 ]
特に、 170 Er と136 Xeの反応では、半減期がマイクロ秒のアルファ線放出体が生成され、フレロビウムの同位体に崩壊し、フレロビウムは安定の島の中心付近に位置すると予測されているため、半減期は数時間まで増加する可能性があると予想されていた。12 時間の照射後、この反応では何も見つからなかった。238 U と65 Cu から元素 121 を合成する同様の試みが失敗に終わった後、超重原子核の半減期は 1 マイクロ秒未満であるか、断面積が非常に小さいと結論付けられた。[ 67 ]超重元素の合成に関する最近の研究では、両方の結論が正しいことが示唆されている。[ 28 ] [ 68 ] 1970 年代の元素 122 の合成の 2 つの試みは、超重元素が自然界に存在する可能性があるかどうかを調査する研究によって推進された。[ 10 ]
2000年から2004年にかけて、フレロフ核反応研究所で、 306 122*などのさまざまな超重複合核の核分裂特性を研究するいくつかの実験が行われた。248 Cm + 58 Feと242 Pu + 64 Niの2つの核反応が使用された。 [ 10 ]結果は、超重核が主に132 Sn ( Z = 50、N = 82)のような閉殻核を放出することによって核分裂する様子を示している。また、 48 Caと58 Feの入射粒子間で融合-核分裂経路の収量が類似していることも判明し、 58 Fe入射粒子が将来、超重元素の生成に利用できる可能性が示唆された。[ 69 ]
GANIL （Grand Accélérateur National d'Ions Lourds）の科学者たちは、Z = 114、120、124の元素の複合核の直接核分裂と遅延核分裂を測定し、この領域における殻効果を調べ、次の球状陽子殻を特定しようと試みた。これは、完全な核殻（あるいは同等に、魔法数の陽子または中性子）を持つことで、このような超重元素の原子核の安定性が高まり、安定の島に近づくことになるからである。2006年、研究チームは天然ゲルマニウム標的にウランイオンを照射する反応の結果を発表し、2008年に全結果が公表された。
チームは、半減期が 10 −18秒を超える複合核の核分裂を識別できたと報告した。この結果は、Z = 124 で強い安定化効果を示唆しており、次の陽子殻は、これまで考えられていた Z = 114 ではなく、Z > 120 にあることを示している。複合核は、まだ核殻に整列していない核子の緩やかな組み合わせである。内部構造はなく、標的核と入射核の間の衝突力によってのみ結合している。核子が核殻に整列するには約 10 −14秒かかると推定されており、この時点で複合核は核種となり、この数値は、IUPACによって、発見されたと認められる可能性のある同位体が持つべき最小半減期として使用されている。したがって、GANIL 実験は元素 124の発見とはみなされない。[ 10 ]
複合核312 124の核分裂も、2006年にイタリアのレニャーロ国立研究所のタンデムALPI重イオン加速器で研究されました。 [ 70 ]
JINR（合同原子核研究所）で行われた以前の実験と同様に、核分裂断片は132Sn（Z =50、N =82）などの二重魔法核の周りに集まり、超重原子核が核分裂時にこのような二重魔法核を放出する傾向があることが明らかになった。[ 69 ] 312124複合原子核からの核分裂あたりの平均中性子数（より軽い系と比較して）も増加することがわかり、より重い原子核が核分裂時により多くの中性子を放出するという傾向が超重質量領域まで続いていることが確認された。[ 70 ]
元素125（ウンビペンチウム）の合成を試みたのはこれが最初で最後であり、1970年から1971年にかけてドゥブナで亜鉛イオンとアメリシウム243ターゲットを用いて行われた。[ 12 ]
原子は検出されず、断面積の限界は 5 nb と決定された。この実験は、Z ~ 126 およびN ~ 184 付近の原子核の安定性が高い可能性に動機づけられたが、[ 12 ]より最近の研究では、安定性の島は代わりに低い原子番号 (例えばコペルニシウム、Z = 112)にある可能性があり、元素 125 のようなより重い元素の合成にはより高感度の実験が必要になることが示唆されている。[ 28 ]
元素126 （ウンビヘキシウム）の合成を試みた最初で唯一の試みは、1971年にCERN（欧州原子核研究機構）でルネ・ビンボットとジョン・M・アレクサンダーによって高温核融合反応を用いて行われたが、成功しなかった。 [ 10 ]
高エネルギー（13～15 MeV）のアルファ粒子が観測され、元素126の合成の可能性のある証拠とみなされた。その後、より高い感度で行われた実験が失敗に終わったことから、この実験の10 mbの感度は低すぎたことが示唆され、したがって、この反応で元素126の原子核が形成された可能性は非常に低い。[ 8 ]
元素127（ウンビセプチウム）の合成を試みたのはこれが最初で唯一の試みであり、1978年にGSIヘルムホルツセンターのUNILAC加速器で行われ、天然タンタルターゲットにキセノン-136イオンを照射したが、これは成功しなかった。 [ 10 ]
1976年に複数の大学のアメリカ人研究者グループが行った研究では、原始的な超重元素、主にリバモリウム、元素124、126、127が、鉱物中の説明のつかない放射線損傷（特に放射性ハロー）の原因である可能性があると提唱した。[ 8 ]このことがきっかけとなり、多くの研究者が1976年から1983年にかけて自然界でこれらの元素を探索した。カリフォルニア大学デービス校のトム・ケイヒル教授率いるグループは、1976年に、観察された損傷を引き起こすのに適切なエネルギーを持つアルファ粒子とX線を検出したと主張し、これらの元素の存在を裏付けた。特に、元素124と126の長寿命（ 10⁹年程度）の原子核と、それらの崩壊生成物が、同族元素であるウランとプルトニウムに比べて10⁻¹¹倍の存在量で存在すると推測された。[ 71 ]他の研究者たちは、そのような超重核は検出されていないと主張し、原始超重核の提案された特性に疑問を呈した。[ 8 ]特に、そのような超重核はN = 184またはN = 228で閉じた中性子殻を持たなければならず、この安定性を高めるための必要条件は、ほとんどの天然同位体とは異なり、リバモリウムの中性子不足同位体またはベータ安定ではない他の元素の中性子過剰同位体にのみ存在すると指摘した。[ 8 ] [ 72 ]この活動は天然セリウムの核変換によって引き起こされるとも提案されており、超重元素のこの主張された観測についてさらに曖昧さを生じさせている。[ 8 ]
2008年4月24日、エルサレム・ヘブライ大学のアムノン・マリノフ率いる研究グループは、天然のトリウム鉱床中にトリウムに対する存在比が10⁻¹¹から10⁻¹²の292 122原子が1個だけ存在することを発見したと主張した。[ 73 ]マリノフらの主張は、科学界の一部から批判された。マリノフは、論文をNatureとNature Physicsに投稿したが、査読に回さずに両方とも却下されたと主張した。[ 74 ] 292 122原子は、少なくとも半減期が1億年の超変形または過変形異性体であると主張された。 [ 10 ]
質量分析法によってより軽いトリウム同位体を識別するために以前使用されたとされるこの技術に対する批判[ 75 ]が、2008年にPhysical Review Cに掲載された[ 76 ] 。マリノフグループによる反論は、このコメントが掲載された後、Physical Review Cに掲載された[ 77 ] 。
加速器質量分析法（AMS）という優れた方法を用いてトリウム実験を繰り返したところ、感度が100倍向上したにもかかわらず、結果は確認されなかった。[ 78 ]この結果は、マリノフ共同研究グループが主張するトリウム[ 75 ] 、レントゲニウム[ 79 ]、および元素122 [ 73 ]の長寿命同位体に関する結果にかなりの疑念を投げかけるものである。ウンビビウムの痕跡が一部のトリウム試料にのみ存在する可能性は依然としてあるが、これは考えにくい。[ 10 ]
地球上に現在存在する原始超重元素の可能性のある範囲は不確かである。たとえそれらがはるか昔に放射線による損傷を引き起こしたことが確認されたとしても、現在ではごくわずかな痕跡にまで崩壊しているか、あるいは完全に消滅している可能性もある。[ 80 ]また、自発核分裂によって質量数270から290の間の重元素形成に関与するr過程が終了し、120を超える元素が形成されるずっと前に、そのような超重原子核が自然に生成されるかどうかも不確かである。[ 81 ]
2017年の仮説では、プシビルスキ星のスペクトルを自然発生的なフレロビウムと元素120で説明しようとしています。 [ 82 ] [ 83 ] [ 84 ]
元素118、オガネソンは、合成された中で最も重い元素です。次の2つの元素、元素119と120は、8s系列を形成し、それぞれアルカリ金属とアルカリ土類金属になるはずです。元素120を超えると、 8s電子と8p 1/ 2、7d 3 /2、6f、5g副殻の充填がこれらの元素の化学を決定するときに、超アクチニド系列が始まると予想されます。状況が極めて複雑であるため、122を超える元素については完全かつ正確なCCSD計算は利用できません。5g、6f、7d軌道はほぼ同じエネルギーレベルを持つはずであり、元素160の領域では、9s、8p 3/2、9p 1/2軌道もエネルギーがほぼ同じになるはずです。これにより電子殻が混ざり合い、ブロックの概念がもはやうまく適用されなくなり、また、これらの元素の一部を周期表に配置することを非常に困難にする新しい化学的性質も生じる。[ 15 ]
第8周期の最初の2つの元素は 、ウンウネニウムとウンビニリウム（元素番号119と120）です。これらの元素の電子配置では、8s軌道が満たされているはずです。この軌道は相対論的に安定化され、収縮しているため、元素番号 119と120は、すぐ上の隣の元素であるフランシウムとラジウムよりも、ルビジウムとストロンチウムに似ているはずです。8s軌道の相対論的収縮のもう1つの効果は、これら2つの元素の原子半径がフランシウムとラジウムの原子半径とほぼ同じであるということです。これらは通常のアルカリ金属やアルカリ土類金属のように振る舞うはずである（ただし、直近の垂直隣接元素よりも反応性は低い）。通常はそれぞれ+1と+2の酸化状態を形成するが、7p 3/2副殻の相対論的不安定化と7p 3/2電子の比較的低いイオン化エネルギーにより、+3や+4（それぞれ）のようなより高い酸化状態も可能になるはずである。[ 4 ] [ 15 ]
超アクチニドは、第8周期の5gおよび6f元素と最初の7d元素に分類される121番から157番までの元素に及ぶ可能性がある。[ 18 ]超アクチニド系列では、7d 3/ 2、8p 1 /2、6f 5/2、および5g 7/2の殻はすべて同時に満たされるはずである。[ 16 ]これにより非常に複雑な状況が生じるため、完全かつ正確な CCSD 計算は元素 121 と 122 についてのみ行われています。[ 15 ]最初のスーパーアクチニドであるウンビウニウムまたはエカアクチニウム (元素 121) は、ランタンとアクチニウムに似ているはずです。[ 85 ]その主な酸化状態は +3 であるはずですが、価電子副殻のエネルギー準位が近いため、元素 119 と 120 と同様に、より高い酸化状態が許容される可能性があります。[ 15 ] 8p 副殻の相対論的安定化により、元素 121 の基底状態の価電子配置は 8s 2 8p 1となり、ランタンとアクチニウムのds 2配置とは対照的になります。 [ 15 ]それにもかかわらず、この異常な配置は、計算された化学に影響を与えないようで、アクチニウムの化学と似ています。[ 86 ]その第一イオン化エネルギー は 429.4 kJ/molと予測されており、アルカリ金属カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムを除く既知のすべての元素よりも低い値です。この値は、周期 8 のアルカリ金属ウンウネンニウム (463.1 kJ/mol) よりもさらに低い値です。同様に、次の超アクチニドであるウンビビウムまたはエカトリウム (元素 122) は、セリウムやトリウムに似ており、主な酸化状態は +4 ですが、基底状態の価電子配置は7d 1 8s 2 8p 1または 8s 2 8p 2となり、トリウムの 6d 2 7s 2配置とは異なります。 [ 87 ]したがって、ウンビウムの8p 1/2軌道はイオン化されやすいため、ウンビウムの第一イオン化エネルギーはトリウム（Th：6.3 eV、元素122：5.6 eV）よりも小さくなる。 トリウムの 6d 電子よりも電子数が多い。[ 15 ] 5g 軌道自体の崩壊は、元素 125 (ウンビペンチウムまたはエカネプツニウム) 付近まで遅れる。119 個の電子からなる等電子系列の電子配置は、元素 119 から 122 では [Og]8s 1、元素 123 および 124 では [Og]6f 1、元素 125 以降では [Og]5g 1になると予想される。[ 88 ]
最初のいくつかの超アクチニドでは、追加された電子の結合エネルギーが十分に小さいため、すべての価電子を失うことができると予測されています。たとえば、ウンビヘキシウム（元素126）は容易に+8の酸化状態を形成することができ、次のいくつかの元素ではさらに高い酸化状態が可能になるかもしれません。元素126は、他のさまざまな酸化状態を示すことも予測されています。最近の計算では、元素126の5g軌道とフッ素の2p軌道の間の結合相互作用の結果として、安定なモノフッ化物126Fが可能になることが示唆されています。[ 89 ]他の予測される酸化状態には、+2、+4、および+6が含まれます。+4は、ウンビヘキシウムの最も一般的な酸化状態であると予想されます。[ 16 ]ウンビペンチウム (元素 125) からウンビエンニウム (元素 129) までの超アクチニドは +6 の酸化状態を示し、六フッ化物を形成すると予測されているが、125F 6と 126F 6は比較的弱い結合であると予測されている。[ 88 ]結合解離エネルギーは元素 127 で大幅に増加し、元素 129 ではさらに増加すると予想される。これは、元素 125 のフッ化物における強いイオン性から、元素 129 のフッ化物における 8p 軌道が関与するより共有結合的な性質への変化を示唆している。これらの超アクチニド六フッ化物における結合は、ウランが六フッ化ウランで結合に 5f および 6d 軌道を使用する方法とは異なり、主に超アクチニドの最高位 8p 副殻とフッ素の 2p 副殻の間で行われている。[ 88 ]
初期の超アクチニドは高い酸化状態に達する能力があるにもかかわらず、5g 電子は最もイオン化されにくいと計算されています。125 6+イオンと 126 7+イオンは、 Np 6+イオンの5f 1配置と同様に 5g 1配置を持つと予想されています。[ 13 ] [ 88 ]ランタニドの 4f 電子の低い化学活性でも同様の挙動が観察されています。これは、5g 軌道が小さく、電子雲の奥深くに埋もれているためです。[ 13 ]現在知られているどの元素の基底状態の電子配置にも存在しない g 軌道に電子が存在することで、現在知られていない混成軌道が形成され、新しい方法で超アクチニドの化学に影響を与えるはずですが、既知の元素にg電子がないため、超アクチニドの化学を予測することがより困難になっています。[ 4 ]
後期の超アクチニドでは、酸化状態は低くなるはずです。元素132では、最も安定な酸化状態は+6のみになります。これは元素144でさらに+3と+4に低下し、超アクチニド系列の最後では、その時点で満たされている6f殻が電子雲の奥深くにあり、8sと8p 1/2電子が化学的に活性にならないほど強く束縛されているため、+2（場合によっては0）になります。元素144で5g殻が満たされ、元素154付近で6f殻が満たされるはずです。超アクチニドのこの領域では、8p 1/2電子が非常に強く束縛されているため、もはや化学的に活性ではなくなり、ごく少数の電子だけが化学反応に参加できます。Frickeらの計算。元素154では、6f殻が満たされており、化学的に不活性な8sおよび8p 1/2殻の外側にd軌道またはその他の電子波動関数は存在しないと予測されています。これにより、元素154は希ガスのような性質を持ち、反応性が低い可能性があります。 [ 4 ] [ 15 ] Pyykköの計算では、元素155では6f殻がまだ化学的にイオン化可能であると予想されています。155 3+は6f殻が満たされており、第4イオン化ポテンシャルはテルビウムとジスプロシウムの中間であるはずです。どちらも+4の状態であることが知られています。[ 13 ]
ランタニドおよびアクチニド収縮と同様に、超アクチニド系列では超アクチニド収縮があり、超アクチニドのイオン半径は予想よりも小さい。ランタニドでは、収縮は 元素あたり約 4.4 pm であり、アクチニドでは、元素あたり約 3 pm である。収縮は、5f 波動関数と比較して 4f 波動関数の局在性が大きいため、アクチニドよりもランタニドの方が大きい。ランタニド、アクチニド、および超アクチニドの外殻電子の波動関数との比較により、超アクチニドでは元素あたり 約 2 pm の収縮が予測される。 これはランタニドやアクチニドの収縮よりは小さいものの、ランタニドやアクチニドではそれぞれ4f殻と5f殻に14個の電子が満たされるのに対し、深く埋もれた5g殻と6f殻には32個の電子が満たされるため、全体的な効果は大きくなります。[ 4 ]
ペッカ・ピッコはこれらの超アクチニドを3つの系列、すなわち5g系列（元素121～138）、8p 1/2系列（元素139～140）、および6f系列（元素141～155）に分類し、エネルギー準位間に大きな重なりがあり、初期の超アクチニド原子またはイオンでは6f、7d、または8p 1/2軌道も占有される可能性があることを指摘している。また、5g電子はほとんど化学的に不活性であり、各ランタニドの4f電子のうち1つまたは2つだけが化合物中でイオン化されるのと同様に、「超ランタニド」のように振る舞うと予想している。さらに、6f系列では超アクチニドの可能な酸化状態が非常に高くなり、元素148では+12などの値に達する可能性があると予測している。[ 13 ]
アンドレイ・クルシャは、元素121～156を「超遷移」元素と呼び、それぞれ18個の元素からなる2つの系列に分割することを提案した。1つは元素121～138、もう1つは元素139～156である。最初の系列はランタノイドに類似しており、5g殻の充填が支配的で、隣接する元素が互いに非常に似ているため、酸化状態は主に+4～+6の範囲であり、ウラン、ネプツニウム、プルトニウムに類似している。2番目の系列はアクチノイドに類似しており、最初は（140番台の元素付近で）6f殻が7d殻よりも高くなるため非常に高い酸化状態が予想されるが、その後、典型的な酸化状態は低下し、150番台以降の元素では8p 1/2電子は化学的に活性ではなくなる。 2 つの列は完全な 5g 18サブシェルの追加によって分離されているため、それらは互いに類似していると考えることもできます。[ 19 ] [ 20 ]
後期超アクチニドの例として、元素156は、安定な[Og]5g 18 6f 14 8s 2 8p 2 1/2コア上に容易に除去できる7d 2電子を持つ電子配置のため、主に+2の酸化状態を示すと予想されます。したがって、同様に安定な[Rn]5f 14コア上に容易に除去できる7s 2電子のペアを持ち、通常は+2の状態にあるノーベリウムのより重い同族元素とみなすことができます（ノーベリウムを+3の状態にするには強力な酸化剤が必要です）。[ 19 ]その第一イオン化エネルギーは約400 kJ/mol、金属半径は約170ピコメートルであるはずです。相対原子質量は約445 Daであるため、[ 4 ]密度が約26 g/cm 3の非常に重い金属であるはずです。
第 8 周期の 7d 遷移金属は、元素 157 から 166 であると予想されています。これらの元素では 8s および 8p 1/2電子が非常に強く結合しているため、化学反応に関与できないはずですが、9s および 9p 1/2レベルは混成に容易に利用できると予想されます。[ 4 ] [ 15 ]これらの 7d 元素は、イットリウムからカドミウムまでの4d 元素と類似しているはずです。[ 19 ]特に、7d 10 9s 0電子配置を持つ元素 164 は、 4d 10 5s 0電子配置を持つパラジウムと明確な類似性を示しています。[ 16 ]
この遷移金属系列の貴金属は、遮蔽のための外側のs殻がないこと、および相対論的効果により7d殻が2つの副殻に大きく分裂することから、より軽い同族元素ほど貴ではないと予想されます。このため、7d遷移金属の第一イオン化エネルギーは、より軽い同族元素の第一イオン化エネルギーよりも小さくなります。[ 4 ] [ 15 ] [ 16 ]
ウンヘックスクアジウムの化学に対する理論的関心は、ウンヘックスクアジウム、特に同位体472 164と482 164（陽子164個と中性子308個または318個）が、仮説上の第2の安定の島の中心にあるという理論的予測に大きく動機づけられている（第1の安定の島はコペルニシウム、特に半減期が数世紀または数千年と予想される同位体291 Cn、293 Cn、および296 Cnを中心としている）。[ 91 ] [ 56 ] [ 92 ] [ 93 ]
計算によると、元素164（ウンヘックスクアジウム）の7d電子は化学反応に非常に容易に関与するため、強い配位子を持つ水溶液中では通常の+2状態に加えて安定な+6および+4の酸化状態を示すことができるはずです。したがって、元素164は、164( CO ) 4、164( PF 3 ) 4（いずれも対応するパラジウム化合物と同様に四面体構造）、および164( CN ) 2− 2（直線構造）のような化合物を形成できるはずです。これは、相対論的効果がなければ元素164が鉛のより重い同族体となるはずの鉛の挙動とは大きく異なります。それにもかかわらず、水溶液中では二価状態が主な状態となり（より強い配位子があれば+4および+6状態も可能）、ウンヘックスクアジウム(II)はウンヘックスクアジウム(IV)およびウンヘックスクアジウム(VI)よりも鉛に似た挙動を示すはずです。[ 15 ] [ 16 ]
元素164は軟らかいルイス酸であり、アーランド軟らかさパラメータは4 eVに近いと予想されている。反応性はせいぜい中程度で、第一イオン化エネルギーは約685 kJ/molであり、モリブデンのそれに匹敵する。[ 4 ] [ 16 ]ランタニド、アクチニド、およびスーパーアクチニド収縮により、元素164の金属半径はわずか158 pmであり、はるかに軽いマグネシウムの半径に非常に近い。これは、予想される原子量が約164であるにもかかわらずである。 474 Da であり、マグネシウムの原子量の約 19.5 倍である。 [ 4 ] この小さな半径と大きな質量により、非常に高い密度 46 g·cm −3を持つことが予想され、現在知られている最も密度の高い元素であるオスミウム の 22.61 g·cm −3の2 倍以上である。元素 164 は、周期表の最初の 172 元素の中で 2 番目に密度の高い元素であり、隣接するウンヘクストリウム (元素 163) だけがより密度が高い (47 g·cm −3 )。[ 4 ]金属元素 164 は、共有結合により非常に大きな凝集エネルギー (結晶化エンタルピー) を持つはずであり、その結果、高い融点になる可能性が高い。金属状態では、元素 164 は非常に貴で、パラジウムやプラチナに類似しているはずである。Fricke ら両元素とも閉殻構造と類似したイオン化エネルギーを持つため、オガネソンとの形式的な類似点が示唆されているが、オガネソンは非常に悪い希ガスであるのに対し、元素164は良い貴金属であると指摘している。 [ 16 ]
最後の 2 つの 7d 金属である元素 165 (ウンヘキシペンチウム) と 166 (ウンヘキシヘキシウム) は、それぞれ +1 と +2 の酸化状態にあるとき、アルカリ金属とアルカリ土類金属と同様の挙動を示すはずです。9s 電子のイオン化エネルギーは、相対論的効果により、非相対論的計算で予測されるよりもはるかに強く結合するため、ナトリウムとマグネシウムの 3s 電子のイオン化エネルギーに匹敵するはずです。元素 165 と 166 は通常、それぞれ +1 と +2 の酸化状態を示すはずですが、7d 電子のイオン化エネルギーは、元素 165 の +3 のようなより高い酸化状態を許容するほど十分に低いです。元素 166 の +4 の酸化状態は起こりにくく、第 11 族および第 12 族のより軽い元素 (特に金と水銀) と同様の状況になります。[ 4 ] [ 15 ]水銀の場合とは異なり、元素 166 の 166 2+へのイオン化は、s 電子の喪失に対応する 7d 10配置をもたらすと予想され、d 電子の喪失には対応しないため、より軽い「相対論的ではない」第 12 族元素である亜鉛、カドミウム、水銀により類似したものとなる。[ 13 ]
周期表の次の 6 つの元素は、その周期の最後の主族元素であると予想され、[ 13 ] 、インジウムからキセノンまでの5p 元素に似ている可能性が高い。[ 19 ] 167 番目から 172 番目の元素では、9p 1/2殻と 8p 3/2殻が満たされます。これらのエネルギー固有値は非常に近いため、非相対論的 2p および 3p 副殻と同様に、1 つの結合した p 副殻として振る舞います。したがって、不活性電子対効果は発生せず、167 番目から 170 番目の元素の最も一般的な酸化状態は、それぞれ +3、+4、+5、および +6 であると予想されます。171 番目の元素 (ウンセプツニウム) は、ハロゲンといくつかの類似点を示し、−1 から +7 までのさまざまな酸化状態を示すと予想されますが、その物理的性質は金属に近いと予想されます。172元素 (ウンセプビウム)は、イオン化エネルギーが非常に似ている ( Xe、1170.4 kJ / mol、元素 172、1090 kJ /mol ) ため、キセノンと同様の化学的挙動を示す希ガスであると予想されます。両者の主な違いは、キセノンとは異なり、原子量がはるかに大きいため、標準温度と圧力では液体または固体であると予想されることです。 [ 4 ]ウンセプビウムは、軽い同族元素であるキセノンと同様に、フッ化物と酸化物を形成する強いルイス酸であると予想されます。 [ 16 ]
元素165～172が周期2と3に類似しているという理由から、Frickeらはこれらを周期表の第9周期とみなし、第8周期は貴金属元素164で終わるとした。この第9周期は、遷移金属がないという点で第2周期と第3周期に似ている。[ 16 ]とはいえ、元素165と166については類似性が不完全である。これらは新しいs殻（9s）を開始するが、これはd殻の上にあるため、化学的には第11族と第12族により近い。[ 17 ]
元素172以降では、6g、7f、8d、10s、10p 1/2、そしておそらく6h 11/2の殻を埋める可能性がある。これらの電子は非常に緩く結合しているため、極めて高い酸化状態に到達できる可能性があるが、イオン電荷が増加するにつれて電子はより強く結合するようになる。したがって、超アクチニドのような非常に長い遷移系列がもう1つ存在する可能性が高い。[ 16 ]
元素173（ウンセプトリウム）では、最外殻電子は6g 7/ 2、9p 3/2、または10s副殻に入る可能性があります。スピン軌道相互作用により、これらと8p 3/2副殻の間に非常に大きなエネルギーギャップが生じるため、この最外殻電子は非常に緩く結合し、非常に容易に失われて173+陽イオンを形成すると予想されます。その結果、元素173は化学的にアルカリ金属のように振る舞い、セシウムよりもはるかに反応性が高い可能性があると予想されます（フランシウムと元素119は相対論的効果によりセシウムよりも反応性が低い）：[ 94 ] [ 19 ]元素173の計算されたイオン化エネルギーは3.070 eVであり、[ 95 ]セシウムの実験的に知られている3.894 eVと比較されます。元素174（ウンセプタジウム）は8d電子を追加して閉殻174 2+陽イオンを形成する可能性があり、その計算上のイオン化エネルギーは3.614 eVである。[ 95 ]
元素184（ウンオクトクアジウム）は、当初184が陽子魔法数であると推測されていたため、初期の予測で特に注目されました。電子配置は[172] 6g 5 7f 4 8d 3と予測され、少なくとも7fと8dの電子が化学的に活性です。+6状態（6g電子の除去に対応）を超えるイオン化は不利益である可能性が高いため、その化学的挙動はウランやネプツニウムに似ていると予想されます。+4状態は水溶液中で最も一般的であり、+5と+6は固体化合物で到達可能です。[ 4 ] [ 16 ] [ 96 ]
物理的に存在可能な元素の数は不明である。周期表は安定の島[ 14 ]の直後に終わる可能性があるという控えめな推定がある。安定の島はZ = 126を中心とすると予想されている。これは、周期表と核種 表の拡張が陽子と中性子のドリップラインとアルファ崩壊と自発核分裂に対する安定性によって制限されるためである。[ 97 ] Y. Gambhirらによる、さまざまな崩壊チャネルにおける核結合エネルギーと安定性を分析する計算では、 Z = 146で束縛核の存在が制限されることが示唆されている。[ 98 ]周期表の終わりに関する他の予測には、Z = 128 ( John Emsley ) とZ = 155 (Albert Khazan) がある。[ 10 ]
物理学者の間では、リチャード・ファインマンが、原子番号がZ = 137より大きい中性原子は存在できないと示唆したという「民間伝承」がある。 その根拠は、相対論的ディラック方程式によれば、そのような原子の最内殻電子の基底状態エネルギーは虚数になるというものである。ここで、137 という数は微細構造定数の逆数として現れる。この議論によれば、中性原子は原子番号 137 を超えて存在できず、したがって電子軌道に基づく元素の周期表はこの時点で破綻する。しかし、この議論は原子核が点状であると仮定している。より正確な計算では、原子核の小さいがゼロではないサイズを考慮に入れる必要があり、これにより限界がさらにZ ≈ 173まで押し上げられると予測されている。 [ 99 ]
ボーアモデルは、原子番号が137より大きい原子では困難を示す。1s電子軌道内の電子の速度vは次のように与えられる。
ここで、Zは原子番号、αは微細構造定数であり、電磁相互作用の強さを表す尺度である。[ 100 ]この近似では、原子番号が 137 より大きい元素は、1s 電子が光速cよりも速く移動する必要がある。したがって、このような元素に非相対論的ボーアモデルを適用すると不正確になる。
相対論的ディラック方程式は、基底状態のエネルギーを次のように与える。
ここで、mは電子の静止質量です。[ 101 ] Z > 137の場合 、ディラック基底状態の波動関数は束縛ではなく振動しており、クラインのパラドックスのように正と負のエネルギー スペクトルの間にギャップはありません。[ 102 ]原子核の有限サイズの影響を考慮したより正確な計算によると、結合エネルギーは、おそらく 168 ～ 172 の間で、Z > Z crの場合に初めて 2 mc 2を超えます。 [ 103 ] Z > Z crの場合、最内軌道 (1s) が満たされていない場合、原子核の電場が真空から電子を引きずり出し、陽電子の自発放出を引き起こします。[ 104 ] [ 105 ] 1s 副殻が負の連続体に突入することは、周期表の「終わり」を構成すると解釈されることが多いが、[ 13 ] [ 99 ] [ 106 ]実際にはそのような限界を課すものではなく、そのような共鳴はガモフ状態として解釈できる。それにもかかわらず、計算と周期表をZ cr ≈ 172を超えて拡張するために必要な、多電子系におけるそのような状態の正確な記述は、依然として未解決の問題である。[ 103 ]
原子番号がZ cr ≈ 172 を超える原子は、超臨界 原子と呼ばれています。超臨界原子は、1s 副殻が自発的な対生成によって満たされるため、完全にイオン化することはできません。自発的な対生成では、負の連続状態から電子と陽電子のペアが生成され、電子は束縛され、陽電子は脱出します。しかし、原子核の周りの強い電場は空間のごく小さな領域に限定されているため、負の連続状態に突入した副殻が満たされると、パウリの排他原理によってそれ以上の自発的な対生成は禁止されます。元素 173〜184 は、1s 殻のみが負の連続状態に突入しているため、弱超臨界原子と呼ばれています。 2p 1/2殻は元素 185 付近で、2s 殻は元素 245 付近で結合すると予想されている。これまでのところ、実験では、重原子核の衝突による超臨界電荷の集合から自発的な対生成を検出することに成功していない (例えば、鉛とウランを衝突させて一時的に有効Zを 174 にする。ウラン同士の衝突では有効Z = 184 になり、ウランとカリホルニウムの衝突では有効Z = 190 になる)。[ 107 ]
Zcrを超えると元素が存在しなくなるわけではないが、原子核付近の1s電子密度が増加すると、 Zcrに近づくにつれてこれらの電子がK電子捕獲に対してより脆弱になる可能性が高い。このような重い元素の場合、これらの1s電子は原子核に非常に近い場所に長時間滞在し、実際に原子核内部に入り込むことになるだろう。これは周期表のもう一つの限界となる可能性がある。[ 108 ]
mの係数のため、ミューオン原子は、電子の約 207 倍の重さであるミューオンの原子番号が約 2200 と非常に大きい値で超臨界状態になります。[ 103 ]
また、 A > 300 を超える領域には、陽子や中性子に結合したクォークではなく、自由に上下に流れるクォークからなる、安定なクォーク物質の仮想的な相で構成される「安定性の大陸 」全体が存在する可能性があると提唱されている。このような物質の形態は、核物質よりもバリオンあたりの結合エネルギーが大きいバリオン物質の基底状態であると理論づけられており、この質量閾値を超えると核物質がクォーク物質に崩壊するのを促進する。この物質の状態が存在する場合、通常の超重原子核につながるのと同じ核融合反応で合成される可能性があり、クーロン反発を克服するのに十分な強い結合の結果として核分裂に対して安定化される可能性がある。[ 109 ]
2020年に発表された計算[ 110 ]は、アップダウンクォーク物質（udQM）ナゲットがA ～ 266を超える従来の原子核に対して安定であることを示唆しており、udQMナゲットは従来の原子核（Zcr～177、A～480）よりも早く超臨界状態（Zcr～163 、 A ～609）になることも示している。
原子番号がキュリウム（元素番号96）以降増加すると原子核の安定性は大幅に低下し、原子番号101を超えるすべての同位体は半減期が1日未満で放射性崩壊します。原子番号が82（鉛以降）を超える元素には安定同位体はありません。[ 111 ]それにもかかわらず、まだ十分に解明されていない理由により、原子番号110～114付近ではわずかに核の安定性が高まり、原子核物理学で「安定性の島」として知られる現象が生じます。カリフォルニア大学のグレン・シーボーグ教授が提唱したこの概念は、超重元素が予測よりも長く存在する理由を説明しています。[ 112 ]
非相対論的スカイム相互作用を用いたハートリー・フォック・ボゴリューボフ法による計算では、Z = 126 が閉殻陽子殻であると提案されている。周期表のこの領域では、N = 184、N = 196、N = 228 が閉殻中性子殻であると提案されている。したがって、最も興味深い同位体は310 126、322 126、および354 126 であり、これらは他の同位体よりもかなり長寿命である可能性がある。陽子の魔法数を持つ元素 126 は、この領域の他の元素よりも安定であると予測されており、非常に長い半減期を持つ核異性体を持つ可能性がある。[ 80 ]また、安定性の島は代わりに306 122を中心としている可能性があり、これは球形で二重に魔法数である可能性がある。[ 56 ]おそらく、安定の島はZ = 114〜126 およびN = 184 付近に存在し、寿命は数時間から数日程度である。N = 184の殻閉殻を超えると、自発核分裂の寿命は 10 −15秒以下に急激に低下するはずであり、原子核が電子雲を獲得して化学反応に参加するには短すぎる。とはいえ、このような寿命はモデルに大きく依存し、予測値は桁違いに及ぶ。[ 103 ]
核変形と相対論的効果を考慮すると、単粒子レベルの解析により、Z = 126、138、154、164 およびN = 228、308、318 の超重核に新しい魔法数が予測されます。 [ 9 ] [ 91 ]したがって、 291 Cn、293 Cn、[ 28 ]および298 Flを中心とする安定の島に加えて、二重魔法数354 126 および472 164 または482 164の周りにもさらに安定の島が存在する可能性があります。 [ 92 ] [ 93 ]これらの原子核はベータ安定であり、比較的長い半減期でアルファ放出または自発的核分裂によって崩壊すると予測され、隣接するN = 228同位体および元素 152–168 に追加の安定性を与えます。それぞれ。[ 113 ]一方、同じ分析では、354 126 のような場合、陽子殻閉殻は比較的弱か、存在しない可能性さえあることが示唆されており、そのような原子核は二重魔法核ではない可能性があり、安定性は主に強い中性子殻閉殻によって決定されることになる。[ 91 ]さらに、第 2 の島 ( Z = 164) で強い力によって克服しなければならない電磁反発力が非常に大きいため、[ 114 ]この領域の周りの原子核は共鳴としてのみ存在し、意味のある時間一緒にいることはできない可能性がある。また、これらの系列の間にある超アクチニドの中には、両方の島から遠すぎるために実際には存在しないものもある可能性があり、[ 114 ]その場合、周期表はZ = 130付近で終わるかもしれない。 [ 16 ]周期性が中断されている元素 121～156 の領域は、2 つの島の間のギャップと非常によく似ている。[ 19 ]
元素 164 を超えると、自発的核分裂に対する安定性の限界を定義する核分裂線は中性子滴下線と収束し、より重い元素の存在に限界をもたらす可能性があります。[ 113 ]それにもかかわらず、 Z = 210、274、354、N = 308、406、524、644、772でさらなる魔法数が予測されており、 [ 115 ] 616 210 と798 274で 2 つのベータ安定二重魔法核が見つかっています。同じ計算方法で298 Fl と472 164の予測が再現されました。( Z = 354 で予測される二重魔法核はベータ不安定で、998 354 は中性子不足、1126 354 は中性子過剰です。) 616 210 と798 274 についてはアルファ崩壊と核分裂に対する安定性がさらに予測され、 616 210の半減期は数百マイクロ秒に達しますが、 [ 115 ] Z = 114 と 164で予測されるほど重要な安定性の島は存在しません。 超重元素の存在は閉殻による安定化効果に非常に強く依存しているため、これらの安定性の島を超えた周期表の終わりは、核不安定性と核分裂によって決定される可能性が高いです。[ 16 ] [ 98 ] [ 113 ]
国際純正・応用化学連合（IUPAC）は、原子核が電子雲を形成するのにかかる時間である10⁻¹⁴秒よりも寿命が長い場合に元素が存在すると定義している。しかし、一般的には、原子核構造が形成されるのにかかる時間である約10⁻²²秒よりも寿命が長い場合に核種が存在すると考えられている。したがって、一部のZ値は核種でのみ実現可能であり、対応する元素は存在しない可能性がある。 [ 108 ]
また、原子核殻構造がぼやけ（電子殻構造はすでにオガネソン付近にあると予想されるため）、低エネルギー崩壊モードが容易に利用可能になるため、126を超える島は実際には存在しない可能性もある。[ 116 ]
核種表のいくつかの領域では、球形核とは異なる魔法数を持つ非球形核による追加の安定領域が存在すると予想されています。卵形の270 Hs ( Z = 108、N = 162 )は、そのような変形した二重魔法核の 1 つです。[ 117 ]超重核領域では、陽子の強いクーロン反発により、オガネソン同位体を含む一部の核が、ほとんどの小さな核の内部でほぼ均一に分布しているのとは異なり、基底状態で陽子の中心密度が低下した泡状の形状をとる可能性があります。[ 118 ] [ 119 ]ただし、そのような形状では核分裂障壁が非常に低くなります。[ 120 ] 342 136 や466 156のような一部の領域のさらに重い原子核は、代わりにトーラス状または赤血球のような形になり、独自の魔法数と安定の島を持つが、それらは簡単に断片化する。[ 121 ] [ 122 ]
安定領域の主な島は291 Cn と293 Cn付近にあると考えられているため、オガネソンより先に発見された未発見の元素は非常に不安定で、マイクロ秒以下でアルファ崩壊または自発核分裂を起こす可能性がある。半減期が 1 マイクロ秒を超える正確な領域は不明だが、利用可能な標的と入射粒子を用いた核融合反応で生成される可能性のあるウンビニリウムより重い元素の同位体は半減期が 1 マイクロ秒未満であるため検出されない可能性があると、さまざまなモデルが示唆している。[ 68 ] N = 184 とN = 228、そしておそらくZ ~ 124 とN ~ 198 にも安定領域が存在すると一貫して予測されている。これらの原子核は半減期が数秒で、主にアルファ崩壊と自発核分裂を起こす可能性があるが、マイナーなベータプラス崩壊(または電子捕獲) 分岐も存在する可能性がある。[ 123 ]これらの安定性が強化された領域外では、安定化効果が失われるため、核分裂障壁が大幅に低下し、特に核子ペアリングにより障害がさらに低い偶偶核では、核分裂半減期が10 −18秒未満になると予想されます。[ 113 ]一般に、アルファ崩壊半減期は中性子数とともに増加し、最も中性子が不足している同位体ではナノ秒から、ベータ安定線に近いほど秒になると予想されます。[ 47 ]魔法数より中性子が数個多いだけの原子核では、結合エネルギーが大幅に低下し、傾向が崩れて半減期が短くなります。[ 47 ]これらの元素の最も中性子が不足している同位体は、結合していない状態で陽子放出を起こすこともあります。クラスター崩壊（重粒子放出）も一部の同位体の代替崩壊モードとして提案されており、[ 124 ]これらの元素の識別にまた別の障害となっている。
以下は、元素 119～174 および 184 の予想される電子配置です。記号 [Og] は、現在最後に知られている元素であるオガネソン (Z = 118) の可能性のある電子配置を示します。この表の元素の配置は [Og] から始まっています。これは、オガネソンが閉殻 (希ガス) 配置を持つ最後の先行元素であると予想されるためです。1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 5f 14 6d 10 7p 6。同様に、要素173、174、および184の構成における[172]は、要素172の閉殻構成の可能性を示しています。
元素123以降では、完全な計算は行われていないため、この表のデータは暫定的なものとみなさなければならない。[ 16 ] [ 94 ] [ 125 ]元素123の場合、そしておそらくより重い元素の場合も、いくつかの可能な電子配置が非常に似たエネルギー準位を持つと予測されているため、基底状態を予測することは非常に困難である。提案されたすべての配置（マデルング則がここで機能しなくなることが理解されているため）が含まれている。[ 87 ] [ 125 ] [ 126 ]
172 までのブロックの予測割り当ては、予想される利用可能な価電子軌道に従って Kulsha の[ 21 ]によるものです。しかし、138 番目の元素以降でブロックがどのように機能するかについては、文献で合意が得られていません。
Kulsha nennt die 36 Elemente zwischen 121 und 156 "Ultransition Elements" und schlägt vor, sie in zwei Serien aufzureilen, in eine von 121 bis 138 und eine zweite von 139 bis 156. Die erste ähnelte eher denランタノイデン (ゼルテンナーデン)、アクチノイデンは次のとおりです。
研究は確かに進行中だが、次の行を埋めるにはさらに54個の元素を作る必要があるため、表が再びこれほど整然とした状態になる可能性は低い。
2020年初頭にリニアアクセラレータとBigRIPSのアップグレードが完了したことを受け、仁科センターは119番元素以降の新元素の合成を目指します。
「私たちは昨年6月に元素119の探索を開始しました」と理化学研究所の研究者、円与英人氏は語る。「発見には確かに長い年月、何年もかかるでしょうから、私たちか他の誰かが発見するまで、同じ実験を年間100日以上断続的に続けます。
元素113の探索は資源不足のためほぼ断念されたが、今回は日本の天皇が理化学研究所の周期表を8周期目まで拡張する取り組みに資金を提供している。
{{cite news}}: CS1 maint: url-status (リンク)Научную программу первого дня сессии заверладоклад научного руководителя Лаборатории ядерных реакций имени Г. Н. Флерова Юрия Оганесяна «На пути к синтезу 119-го элемента». В своем выступлении он представил анализ текущего состояния работ по синтезу сверхтяжелых элементов и Мерспектив раслирения периодической таблицы Менделеева. Академик Оганесян рассказал о подготовке к новому эксперименту и о вызовах, стоящих перед учеными. «Этот эксперимент принципиален: он даст ответ, есть ли путь к еще более тяжелым элементам, или же мы уже достигли предела. Теории пока не дают однозначного ответа, поэтому резающее слово остается за экспериментом, который должен начаться уже в этом году», — подчеркнул Юрий Цолакович.
{{cite news}}: CS1 maint: url-status (リンク)今日、科学者たちは引き続き探索を続けており、彼らの注目は第8周期の元素に集中している。2026年5月、ユーリ・オガネシアンが率いる元素119の合成に関する歴史的な実験が、JINRの原子核反応研究所で開始される。バークリウムがターゲットとして使用され、チタン50イオンの強力なビームで照射される。この複雑な実験の準備は過去4年間行われており、最初の予備結果が今年得られると予想されている。
以前は主にカルシウムを扱っていました。これは周期表の 20 番目の元素です。これはターゲットに照射するために使用されました。ターゲットを作るために使用できる最も重い元素は、98 のカリホルニウムです。したがって、98 + 20 は 118 です。つまり、120 番目の元素を得るには、次の粒子に進む必要があります。これはおそらくチタンです。22 + 98 = 120。
システムの調整にはまだ多くの作業があります。先走ってはいたくありませんが、すべてのモデル実験を成功裏に実施できれば、120 番目の元素の合成に関する最初の実験はおそらく今年開始されるでしょう。
8月15日取得。
120 時間以内に到着します。必要な情報を入力してくださいинтенсивности ускоренного хрома и титана. Научились детектировать сверхтяжелые одиночные атомы в реакциях с минимальным сечением. Теперь ждем, когда закончится наработка материала для мизени на реакторах и сепараторах у назих «Росатоме» と США: кюрий、берклий、калифорний。 Надеюсь、2025 年。 120 月 120 日。