NOBELIUM と呼ばれることもあるハッカー グループについては、「Cozy Bear」を参照してください。
ノーベリウム、  102号
ノーベリウム
発音
質量数[259]
周期表におけるノーベリウム
水素ヘリウム
リチウムベリリウムボロン炭素窒素酸素フッ素ネオン
ナトリウムマグネシウムアルミニウムシリコンリン硫黄塩素アルゴン
カリウムカルシウムスカンジウムチタンバナジウムクロムマンガン鉄コバルトニッケル銅亜鉛ガリウムゲルマニウム砒素セレン臭素クリプトン
ルビジウムストロンチウムイットリウムジルコニウムニオブモリブデンテクネチウムルテニウムロジウムパラジウム銀カドミウムインジウム錫アンチモンテルルヨウ素キセノン
セシウムバリウムランタンセリウムプラセオジムネオジムプロメチウムサマリウムユーロピウムガドリニウムテルビウムジスプロシウムホルミウムエルビウムツリウムイッテルビウムルテチウムハフニウムタンタルタングステンレニウムオスミウムイリジウム白金金水銀（元素）タリウム鉛ビスマスポロニウムアスタチンラドン
フランシウムラジウムアクチニウムトリウムプロトアクチニウムウランネプツニウムプルトニウム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ニウムフェルミウムメンデレビウムノーベリウムローレンシウムラザホージウムドブニウムシーボーギウムボーリウムハッシウムマイトネリウムダルムシュタットレントゲンコペルニシウムニホニウム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
Yb
↑
いいえ
↓
—
メンデレビウム←ノーベリウム→ローレンシウム
原子番号 （Z）102
グループfブロックグループ（番号なし）
期間期間7
ブロック  fブロック
電子配置[ Rn ] 5f 14 7s 2
殻あたりの電子数2、8、18、32、32、8、2
物理的特性
STPでの 位相固体（予測）[ 1 ]
融点1100  K (800 °C, 1500 °F) (予測) [ 1 ]
密度（ rt付近 ）9.9(4) g/cm 3 （予測値）[ 2 ] [ a ]
原子の性質
酸化状態コモン: +3
+2 [ 3 ]
電気陰性度ポーリングスケール：1.3 （予測）[ 4 ]
イオン化エネルギー
  • 1位: 639 [ 5 ]  kJ/mol
  • 2位: 1254.3 kJ/mol
  • 3位: 2605.1 kJ/mol
  • （最初の推定値を除くすべて）
その他の特性
自然発生合成
結晶構造面心立方格子（fcc）
ノーベリウムの面心立方結晶構造

（予測）[ 2 ]
CAS番号10028-14-5
歴史
ネーミングアルフレッド・ノーベルにちなんで
発見合同原子核研究所（1965年）
ノーベリウムの同位体
主な同位体[ 6 ]減衰
アイソトープ豊富半減期 （t 1/2）モード製品
253いいえシンセ1.6分α55%249 FM
β +45%253メリーランド州
254いいえシンセ51秒α90%250 Fm
β +10%254メリーランド州
255いいえシンセ3.5分α61%251 Fm
β +39%255メリーランド州
257いいえシンセ25秒α99%253 FM
β +1%257メリーランド州
259いいえシンセ58分α75%255 FM
ε25%259メリーランド州
SF10%未満–
 カテゴリー: ノーベリウム
|参考文献

ノーベリウムは合成化学元素で、記号 No、原子番号は102です。ダイナマイトの発明者で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、10番目の超ウラン元素、2番目のトランスフェミウムであり、アクチノイド系列の14番目のメンバーです。原子番号が100を超えるすべての元素と同様に、ノーベリウムは粒子加速器でより軽い元素に荷電粒子を衝突させることによってのみ生成できます。合計12のノーベリウム同位体の存在が知られています。最も安定しているのは半減期が58分の259 Noですが、より寿命の短い255 No (半減期3.1分) の方が大規模に生成できるため、化学では最も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舞うことが確認されています。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、主に水溶液中でのみ知られています。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状態に加えて、安定した+2酸化状態を示すと予測されていました。これらの予測は後に、水溶液中で+2状態は+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ことから、裏付けられました。

1950年代から1960年代にかけて、スウェーデン、ソ連、そしてアメリカ合衆国の研究所から、ノーベリウムの発見を主張する声が数多く上がりました。スウェーデンの科学者たちはすぐに主張を撤回しましたが、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きました。国際純正応用化学連合（IUPAC）がソ連チームの発見を認めたのは1992年になってからでした。しかし、スウェーデンが提案した「ノーベリウム」という元素名は、文献で長年使用されてきたことから、そのまま採用されました。

導入

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このセクションは「超重元素 § はじめに」からの抜粋です。[編集]

超重原子核の合成

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核融合反応の図解
核融合反応の図解。2つの原子核が融合して1つの原子核となり、中性子を放出します。これまでに新しい元素を生み出した反応はどれも似たようなもので、唯一の違いは、複数の中性子が放出される場合と、全く放出されない場合の2つです。

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。おおよそ、2 つの原子核の質量が不等であればあるほど、2 つの原子核が反応する可能性が高くなります。[ 12 ]重い原子核でできた物質を標的にして、軽い原子核のビームを照射します。2 つの原子核は、十分接近した場合にのみ 1 つに融合できます。通常、原子核 (すべて正に帯電) は静電反発力により反発します。強い相互作用はこの反発力を克服できますが、原子核から非常に短い距離内に限られます。そのため、ビーム原子核は大幅に加速され、ビーム原子核の速度に比べて反発力が重要ではなくなるようにします。[ 13 ]ビーム核を加速するために加えられるエネルギーは、光速の10分の1という高速に達することができる。しかし、加えられるエネルギーが大きすぎると、ビーム核は崩壊してしまう可能性がある。[ 13 ]

2 つの原子核が融合するには、十分近づくだけでは不十分です。2 つの原子核が互いに近づくと、通常 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 (反応前と同じ構成とは限らない)。[ 13 ] [ 14 ]これは、単一の原子核の形成を試みている間に、静電反発力により形成中の原子核が引き裂かれるために起こります。[ 13 ]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、原子核が静電反発力をトンネル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過ぎても近いままでいられる場合は、多重の原子核相互作用によってエネルギーが再分配され、エネルギー平衡が実現します。[ 13 ]

外部ビデオ
ビデオアイコン 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[ 16 ]

結果として生じる合体は励起状態[ 17 ] （複合核と呼ばれる）であり、非常に不安定である。[ 13 ]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の形成なしに核分裂する場合がある。 [ 18 ]あるいは、複合核は少数の中性子を放出する可能性があり、これにより励起エネルギーが持ち去られる。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をもたらす。 [ 18 ] 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とみな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までにかかる時間の推定値として選ばれた。[ 19 ] [ e ]

崩壊と検出

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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。[ 21 ]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その他の反応生成物）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。[ 21 ]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。[ 24 ]原子核の崩壊が記録されると、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。[ 21 ]

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。[ 25 ]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、静電反発はより速く増加し、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。[ 26 ] [ 27 ]そのため、超重原子核は理論的に予測されており[ 28 ]、これまでに観測されている[ 29 ]。主にこ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によって崩壊する。[ g ]ほとんどすべてのアルファ放出核種は210個以上の核子を持ち、[ 31 ]主に自発核分裂を起こす最も軽い核種は238個の核子を持っています。[ 32 ]両方の崩壊モードでは、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ますが、トンネルを通り抜けることができます。[ 26 ] [ 27 ]

超重元素生成装置
インド原子力研究所（JINR）のフレロフ原子核反応研究所に設置されたドゥブナガス充填反動分離装置に基づく、超重元素生成装置の概略図。検出器とビーム集束装置内の軌道は、前者の双極子磁石と後者の四極子磁石によって変化する。 [ 33 ]

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だけのエネルギーがいくらか残るため、放射性崩壊でよく生成される。[ 34 ]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さまざまな事例でさまざまな原子核を生成する。[ 27 ]原子番号が大きくなるにつれて、自発核分裂の重要性は急速に高まる。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、[ 35 ]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 桁減少する。[ 36 ]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ました。[ 27 ] [ 37 ]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高くなり、主に半減期の長いアルファ崩壊を起こすと示唆されていました。[ 27 ] [ 37 ]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ました。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、殻効果から追加の安定性を獲得することも示されました。[ 38 ]より軽い超重核[ 39 ]や、予想される島核[ 35 ]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。つまり、そのような崩壊または一連の連続した崩壊で既知の原子核が生成される場合、反応の元の生成物も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、それらの崩壊は同じ場所でなければなりません。）[ 21 ]既知の原子核は、崩壊エネルギー（より具体的には、放出された粒子の運動エネルギー）など、そ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原子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、検出器で収集される情報、すなわち、粒子の位置、エネルギー、検出器への到達時間、そして崩壊時間である。物理学者はこれらのデータを分析し、それが確かに新元素によって生成されたものであり、主張されている核種とは異なる核種によって生成されたはずがないという結論を導き出そうとする。多くの場合、提供されたデータは、新元素が確実に生成されたという結論を導き出すには不十分であり、観測された効果について他に説明できない、つまりデータの解釈に誤りがあった場合が多い。[ l ]

発見

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この元素はアルフレッド・ノーベルにちなんで命名された。

102番元素の発見は複雑な過程を経たものであり、スウェーデン、アメリカ合衆国、ソビエト連邦のグループが発見を主張した。その完全かつ確固たる最初の検出報告は、1966年にドゥブナ（当時ソビエト連邦）の合同原子核研究所から出された。 [ 50 ]

元素番号102の発見は、1957年に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初めて発表された。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25時間照射したと報告した。照射の間に、標的上で イオン交換化学反応が行われた。50回の照射のうち12回に、(8.5 ± 0.1) MeVの アルファ粒子を放出するサンプルが含まれていた。これらの粒子は、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滴状であった 。報告された半減期は10分で、251 102または253 102に割り当てられていたが、観測されたアルファ粒子が元素番号102の電子捕獲によって生成された、おそらく短寿命のメンデレビウム( Z  = 101)同位体由来である可能性も排除されなかった。[ 50 ]研究チームは新元素にノーベリウム（No）という名前を提案し、 [ 51 ] [ 52 ]これはIUPACによって直ちに承認されたが、[ 53 ]ドゥブナグループは1968年にこの決定は性急なものだったと評した。[ 54 ]

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繰り返した。バークレーのチームは、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、トールビョルン・シッケランドらで構成され、新型重イオン 線形加速器（HILAC）を用いてキュリウム標的（95% 244 Cm、5% 246 Cm）に13 Cイオンと12 Cイオンを照射した。スウェーデン人が主張した8.5 MeVの放射能は確認できなかったが、代わりにフェルミウム250の崩壊を検出することができた。フェルミウム250はキュリウム246から生成された254 102の娘核種と考えられており、見かけの半減期は約3秒だった。しかし、1963年のドゥブナでの研究で254 Noの半減期はそれよりかなり長い（約50秒）ことが示されたため、この帰属もおそらく誤りであったと考えられる。観測されたアルファ崩壊は元素番号102からではなく、250m Fmから来たものである可能性が高い。[ 50 ]

1959年、スウェーデンチームはバークレーチームが1958年に102番元素を検出できなかった理由を説明しようと試み、自分たちがそれを発見したと主張した。しかし、その後の研究で、259 Noより軽いノーベリウム同位体（スウェーデンの実験ではこれより重い同位体が生成できなかった）で半減期が3分を超えるものは存在しないこと、そしてスウェーデンチームの結果は、半減期が8分で、崩壊エネルギーが8.53612 MeVのポロニウム213に速やかに三重アルファ崩壊するトリウム225によるものである可能性が高いことが示された。この仮説は、トリウム225が使用された反応で容易に生成され、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。その後のノーベリウムに関する研究では、二価の状態は三価の状態よりも安定しており、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示されました。なぜなら、二価のノーベリウムは他の三価アクチニドと一緒に溶出することはなかったからです。[ 50 ]そのため、スウェーデンの研究チームは後に主張を撤回し、この放射を背景効果に関連付けました。[ 53 ]

1959年、研究チームは研究を続け、主に8.3MeVのアルファ粒子を放出して崩壊し、半減期は3秒、自発核分裂分岐は30%である同位体を生成できたと主張した。この放射能は当初254 102とされたが、後に252 102に変更された。しかし、困難な条件のため、102番元素が生成されたかどうかは確実ではないとも指摘した。[ 50 ]バークレーチームは、スウェーデンチームが提案した「ノーベリウム」という名称をこの元素に採用することを決定した。[ 53 ]

244
96センチメートル+12
6C →256
102いいえ*
→252
102いいえ+ 41
0n

一方、ドゥブナでは1958年と1960年に、元素番号102の合成も目的とした実験が行われた。1958年の最初の実験では、プルトニウム239と241に酸素16イオンを衝突させた。8.5MeV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、251、252、253、102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しない）からの同位体生成も排除できないと記している。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できることが指摘されたが、科学者たちは、半減期が30秒以下で崩壊エネルギーが（8.8±0.5）MeVであることを挙げ、この反応で元素番号102が生成できるという結論を依然として堅持した。その後の1960年の実験では、これらは背景効果であることが証明されました。1967年の実験では崩壊エネルギーも（8.6±0.4）MeVまで下がりましたが、どちらの値も253号や254号の値と一致するには高すぎます。 [ 50 ]ドゥブナチームはその後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ました。[ 50 ]

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との反応で元素番号103を発見したと主張した。彼らは同位体257 103の生成を主張し、さらに半減期15秒、アルファ崩壊エネルギー8.2 MeVの元素番号102のアルファ崩壊同位体を合成したと主張した。彼らはこの同位体を255 102と割り当てたが、その理由は明らかにしなかった。この値は、現在知られている255 No.の値とは一致しないものの、現在知られている257 No.の値とは一致している。この同位体がこの実験に関与していた可能性は高いものの、その発見は決定的なものではない。[ 50 ]

ドゥブナでは元素102の研究も続けられ、1964年にはウラン238標的とネオンイオンの反応から元素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。生成物は銀のキャッチャーフォイルに乗せられ、化学的に精製された後、同位体250 Fmと252 Fmが検出された。252 Fmの生成量は、その親核種である256 102も合成された証拠と解釈された。この反応では、過剰中性子と同時にアルファ粒子が放出され、 252 Fmも直接生成される可能性があることが指摘されたため、252 Fmが直接キャッチャーフォイルに到達しないよう対策が講じられた。256 102について検出された半減期は8 秒で、これはより新しい 1967 年の値の (3.2 ± 0.2) 秒よりもはるかに長い。[ 50 ] 1966 年には254 102 について、 243 Am ( 15 N ,4n) 254 102 と238 U( 22 Ne,6n) 254 102の反応を用いた更なる実験が行われ、半減期は (50 ± 10) 秒であることが判明した。当時、この値と以前のバークレーの値との食い違いは理解されていなかったが、後の研究で、異性体250m Fm の形成はバークレーの実験よりもドゥブナの実験の方が可能性が低いことが証明された。後から考えてみると、ドゥブナの254 102に関する結果はおそらく正しく、現在では元素102の決定的な検出とみなすことができます。[ 50 ]

ドゥブナで行われたもう一つの非常に説得力のある実験が1966年に発表された（提出は1965年だが）。これも同じ2つの反応を用いており、254 102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いう結論に達した。[ 50 ]その後、1967年にバークレーで、1971年にオークリッジ国立研究所で行われた研究により、102番元素の発見が完全に確認され、以前の観察結果が明確になった。[ 53 ] 1966年12月、バークレーのグループはドゥブナの実験を繰り返して完全に確認し、このデータを使用して、以前に合成したものの当時は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。[ 53 ]

238
92上+22
10ね→260
102いいえ*
→254
102いいえ+ 61
0n
フレデリック・ジョリオとイレーヌ・ジョリオ＝キュリー

1969年、ドゥブナチームは元素番号102の化学実験を行い、イッテルビウムのより重い同族元素として振る舞うという結論に至った。ロシアの科学者たちは、当時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）という名称を提案した。この元素命名論争は数十年にわたって解決されず、各グループがそれぞれ独自の名称を提案した。[ 53 ] [ 55 ]

1992年、IUPAC - IUPAPトランスファーミウム作業部会（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、割り当てたと結論付けました。したがって、ドゥブナのチームがノーベリウムの発見者として公式に認められていますが、1959年にバークレーで検出された可能性もあります。[ 50 ]この決定は翌年、バークレーから批判され、101番から103番元素のケースの再検討は「無駄な時間の浪費」だと非難されましたが、ドゥブナはIUPACの決定に同意しました。[ 54 ]

1994年、元素命名論争の解決を図る一環として、IUPACは元素番号101から109までの名称を承認した。元素番号102については、30年の間に文献に定着しており、アルフレッド・ノーベルもこの名称で記念される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。 [ 56 ] 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、激しい抗議が起こったため、意見公募が行われた。1995年、IUPACは新たな提案の一環として、ゲオルギー・フリョロフもしくは彼の名を冠したフレロフ原子核反応研究所にちなんで、元素番号102をフレロビウム（Fl）と命名した。[ 57 ]この提案も受け入れられず、1997年にノーベリウムの名称が復活した。[ 56 ]現在、同じ記号を持つフレロビウムという名称は、元素番号114を指します。[ 58 ]

特徴

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物理的な

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fブロックランタノイドおよびアクチノイドにおいて、f電子をdサブシェルへ昇格させるために必要なエネルギー。約210 kJ/molを超えると、このエネルギーは三価状態のより大きな結晶エネルギーでは賄えないほど高くなり、そのためアインスタイニウム、フェルミウム、メンデレビウムは、ユーロピウムやイッテルビウムなどのランタノイドと同様に二価金属を形成する。ノーベリウムも二価金属を形成すると予想されているが、これはまだ確認されていない。[ 59 ]

周期表において、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、現在では大量製造は不可能です。[ 60 ]しかしながら、その特性については多くの予測と予備的な実験結果が得られています。[ 60 ]

ランタノイドとアクチノイドは、金属状態では、二価金属（ユーロピウムやイッテルビウムなど）または三価金属（他のほとんどのランタノイド）として存在することができます。前者はf n s 2配置を持ち、後者はf n −1 d 1 s 2配置を持ちます。1975年、ヨハンソンとローゼングレンは、二価金属と三価金属の両方における金属ランタノイドとアクチノイ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検証しました。[ 61 ] [ 62 ]結論としては、ノーベリウムの場合、[Rn]5f 14 7s 2 配置よりも [Rn]5f 13 6d 1 7s 2 配置の方が結合エネルギーは増加したが、 1つの5f電子を6dに昇格させるのに必要なエネルギーを補うのに十分ではなかったというもので、これは非常に後期アクチノイドにも当てはまる。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、ノーベリウムは二価金属であると予想されたが、ノーベリウムの場合、この予測はまだ確認されていない。[ 61 ]アクチノイド系列が終了するかなり前に二価状態が優勢になっているのは、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。この結果、ノーベリウムは他のすべてのランタノイドやアクチノイドとは異なり、三価ではなく二価が優勢である。[ 63 ] 1986年に、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い値であり、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。 [ 60 ]他の二価後期アクチノイド元素（やはり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。[ 60 ]ノーベリウムの融点は800 °Cと予測されており、これは近隣の元素メンデレビウムの推定値と同じである。[ 64 ]密度は約9.9 ± 0.4 g/cm 3と予測されている。[2 ]

化学薬品

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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の酸化状態をとるが、後者の方がより安定である。[ 51 ]ノーベリウムの発見以前は、溶液中では他のアクチノイドと同様に振舞い、三価の状態が優勢であ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+イオンが[Rn]5f 14の基底状態電子配置を持ち、安定な満たされた5f 14殻を含むことから、+2の状態もノーベリウムにとって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19年を要した。[ 65 ]

1967年、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、フェルミウムと比較する実験が行われた。4つの元素すべてが塩素と反応し、得られた塩化物がガスによって運ばれた管に沿って堆積した。生成された塩化ノーベリウムは固体表面に強く吸着されることがわかり、調査した他の3つの元素の塩化物のように揮発性が高くないことが判明した。しかし、NoCl 2と NoCl 3はどちらも不揮発性挙動を示すと予想されたため、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決定的な結論は出なかった。[ 65 ]ノーベリウムが+2状態を好むことの決定は翌年まで待たなければならなかった。その年、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、ノーベリウムは他のアクチニドとは異なり、2価のアルカリ土類金属に似た挙動を示すことが判明した。この結果から、水溶液中では、強力な酸化剤が存在しない場合には、ノーベリウムは二価の状態で最も安定であることが証明された。[ 65 ] 1974年のその後の実験では、ノーベリウムはアルカリ土類金属、すなわちCa 2+とSr 2+の間で溶出することが示された。[ 65 ]ノーベリウムは、水溶液中で+2価の状態が最も一般的かつ安定である唯一のfブロック元素として知られている。これは、アクチノイド系列の末端にある5f軌道と6d軌道の間に大きなエネルギーギャップがあるためである。[ 66 ]

7sサブシェルの相対論的安定化は、ノーベリウム二水素化物NoH 2を大きく不安定化させると予想され、7p 1/2スピノルの6d 3/2スピノルに対する相対論的安定化は、ノーベリウム原子の励起状態が、予想される6d寄与ではなく、7sと7p寄与を持つことを意味する。NoH 2分子中の長いNo–H距離と顕著な電荷移動は、この分子の双極子モーメントが5.94  Dである極端なイオン性につながる。この分子では、ノーベリウムは主族のような挙動を示し、具体的にはn s 2価電子殻構成とコアのような5f軌道を持つアルカリ土類金属のように振舞うと予想される。[ 67 ]

ノーベリウムの塩化物イオンとの錯形成能はバリウムと最も似ており、バリウムは比較的弱い錯形成能を示す。[ 65 ] 0.5 M硝酸アンモニウム水溶液中の クエン酸、シュウ酸、酢酸との錯形成能はカルシウムとストロンチウムの中間であるが、ストロンチウムにやや近い。[ 65 ]

E °(No 3+ →No 2+ )カップルの標準還元電位は1967年に+1.4～+1.5 Vと推定されたが [ 65 ]、2009年にはわずか+0.75 V程度であることが判明した[ 68 ]。この正の値は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る。E °(No 2+ →No 0 )とE °(No 3+ →No 0 )の値は情報源によって異なるが、受け入れられている標準的な推定値は-2.61と-1.26 Vである。[ 65 ] E °(No 4+ →No 3+ )カップルの値は+6.5 Vになると予測されている。 [ 65 ] No 3+とNo 2+の生成ギブスエネルギーはそれぞれ-342と-480 kJ/molと推定されている 。[ 65 ]

アトミック

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ノーベリウム原子は102個の電子を持つ。これらの電子は[Rn]5f 14 7s 2（基底状態の項記号 1 S 0）の配置をとると予想されるが、この電子配置の実験的検証は2006年時点ではまだ行われていない。5fおよび7sサブシェルの16個の電子は価電子である。[ 60 ]化合物を形成する際に、3個の価電子が失われ、[Rn]5f 13コアが残ることがある。これは、三価正電荷状態の[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一致する。しかしながら、価電子は2個のみが失われ、5f 14殻が満たされた安定した[Rn]5f 14コアが残る可能性が高い。ノーベリウムの最初のイオン化ポテンシャルは、 7s電子が5f電子よりも先にイオン化するという仮定に基づいて、1974年に最大(6.65 ± 0.07)  eVと測定されました。 [ 69 ]この値は、ノーベリウムの希少性と高い放射能のため、現在でもさらに精緻化されていません。[ 70 ] 6配位および8配位のNo.3 +のイオン半径は、1978年にそれぞれ約90 pmと102 pmと予備的に推定されていました。[ 65 ] No.2 +のイオン半径は実験的に2桁の有効数字で100 pmであることがわかっています。[ 60 ] No.2 +の水和エンタルピーは1486 kJ/molと計算されています。[ 65 ]

同位体

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主要記事:ノーベリウムの同位体

ノーベリウムには質量数248〜260および262の14種の同位体が知られており、すべて放射性である。 [ 6 ]さらに、質量数250、251、253、254の核異性体が知られている。 [ 71 ] [ 72 ]これらのうち、半減期が最も長い同位体は半減期が58分の259 Noであり、半減期が1.7秒の251m Noである。 [ 71 ] [ 72 ]しかし、まだ発見されていない同位体261 Noはさらに長い半減期3時間と予測されている。[ 6 ]さらに、半減期が短い255 No (半減期 3.1 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、化学実験ではより頻繁に使用されます。 [ 73 ] 259 No と255 No の次に安定したノーベリウム同位体は、253 No (半減期 1.62 分)、254 No (51 秒)、257 No (25 秒)、256 No (2.91 秒)、および252 No (2.57 秒) です。[ 73 ] [ 71 ] [ 72 ]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、最も短寿命であることが知られているノーベリウム同位体 ( 248 No) の半減期は 2マイクロ秒未満です 。[ 6 ]同位体254 Noは、 231 Paから279 Rgまでの一連の長核の中央に位置し、その核異性体（2つが知られている）の形成は球状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ため、理論的に特に興味深い。208 Pbと48 Caの反応で合成することができる。[ 74 ]

ノーベリウム同位体の半減期は、250番から253番まで滑らかに増加する。しかし、 254番で低下が現れ、これを超えると、自発核分裂が支配的な崩壊モードになるため、偶数-奇数ノーベリウム同位体の半減期は急激に低下する。例えば、 256番の半減期はほぼ3秒であるが、258番の半減期はわずか1.2ミリ秒である。[ 73 ] [ 71 ] [ 72 ]これは、ノーベリウムでは、陽子の相互反発により、アクチノイド系列の長寿命核の領域に制限が生じることを示している。[ 75 ]ノーベリウムの偶数-奇数同位体は、質量数が増加するにつれて、ほとんどの場合、半減期が長くなり続け、257番でその傾向に低下が見られる。 [ 73 ] [ 71 ] [ 72 ]

準備と精製

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ノーベリウムの同位体は、ローレンシウム262の娘核種として生成されるノーベリウム262を除き、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、またはアインシュタイニウム）への照射によって生成される。 [ 73 ]最も一般的に使用される同位体である255 Noは、キュリウム248またはカリホルニウム249に炭素12を照射することで生成できる。後者の方法の方が一般的である。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原子を生成できる。 [ 73 ]

ノーベリウム255が生成されると、隣接するアクチニドメンデレビウムの精製と同様に分離できる。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、それらを生成元のターゲットから物理的に遠くへ運び、真空中でターゲットのすぐ後ろにある金属（通常はベリリウム、アルミニウム、白金、または金）の薄い箔上に運ぶ。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とともに運ぶことで組み合わせられる。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と、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る。[ 76 ]箔上に集まったノーベリウムの薄い層は、箔を完全に溶かすことなく希酸で除去することができる。[ 76 ]ノーベリウムは、他の三価アクチノイドとは異なり、二価状態を形成する性質を利用して単離することができる。一般的に用いられる溶出条件（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するが、他の三価アクチノイドはカラム上に残る。[ 76 ]しかし、直接「キャッチャー」金箔を使用する場合、HDEHPを用い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単離する前に、陰イオン交換 クロマトグラフィーを用いて金を分離する必要があるため、プロセスは複雑になる。[ 76 ]

注記

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  1. ^ 密度は予測される金属半径（Silva 2008、p. 1639）と予測される最密充填結晶構造（Fournier 1976）から計算されます。
  2. ^ 原子核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より大きい元素を指します（ただし、原子番号が100より大きい[ 7 ]や112より大きい[8]など、他の定義もあります。また、この用語は、仮想的な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）。 [ 9 ] 「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）高質量同位体および高質量原子核を意味します。
  3. ^ 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。彼らはこの反応で1つの原子も観測できず、核反応の確率の尺度である断面積の上限は2.5  pbとしました。 [ 10 ]一方、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     発見者による推定では1000万年前のものと推定される。[ 11 ]
  4. ^ 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    Si     +1
    0    ん    →28
    13    アル    +1
    1    p    反応では、断面積は12.3 MeVでの370 mbから18.3 MeVでの160 mbまで滑らかに変化し、13.5 MeVで広いピークを示し、最大値は380 mbである。[ 15 ]
  5. ^ 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。 [ 20 ]
  6. ^ 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標的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に対して打ち消されます。 [ 22 ]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補助され、これら2つを組み合わせることで核の質量を推定できる可能性があります。 [ 23 ]
  7. ^ 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。 [ 30 ]
  8. ^ 1960年代には、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することは既に知られていました。しかし、超重原子核は変形が大き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考えられていました。 [ 35 ]
  9. ^ 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、超重原子核ではほとんど利用できません。 [ 40 ]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。 [ 41 ]質量は、原子核の移動後の位置から決定されました（移動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）。 [ 42 ]
  10. ^ 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。したがって、2つの速度の比、ひいては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。 [ 31 ]これらの計算は実験にも当てはまるが、違いは、崩壊後も核は検出器に結び付けられているため動かないという点である。
  11. ^ 自発核分裂は、ソ連の物理学者ゲオルギー・フレロフ[ 43 ]によって発見されました。彼はJINRの指導的科学者であり、そのため同施設の「趣味」でした。 [ 44 ]一方、LBLの科学者たちは、核分裂の情報だけでは元素の合成を主張するには不十分だと考えていました。彼らは、複合原子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のみ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考えていました。 [ 20 ]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結び付けることを好みました。 [ 43 ]
  12. ^ 例えば、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にあるノーベル物理学研究所で、。 [ 45 ]それまでこの元素が作られたという決定的な主張はなく、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命名されました。後にこの特定は誤りであることが判明しました。 [ 46 ]翌年、RLはスウェーデンの結果を再現することができず、代わりにこの元素を合成したと発表しましたが、この主張も後に反証されました。 [ 46 ] 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ました。 [ 47 ]ソ連の名前も受け入れられませんでした（JINRは後に元素番号102の命名を「性急だった」と述べました）。 [ 48 ]この名称は、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IUPACの裁定に対する書面による回答の中で提案された。 [ 48 ]「ノーベリウム」という名称は広く使用されているため変更されなかった。 [ 49 ]

参考文献

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参考文献

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