元素周期表は、最も小さなウイルスから最も遠い銀河系までという宇宙の中心を結合するすべての構成要素を包括しており、人類にとって最も素晴らしい自然の発見の1つであると言えます。 前回は、118番元素に至る険しい道のりを紹介しました。 今回は、118番元素の最初の合成とその性質、そして新元素の命名方法について紹介します。 118番元素の最初の合成
2002年、ロシアのドゥブナにある合同原子核研究所と、アメリカのカリフォルニア州バークレーにあるローレンス・リバモア国立研究所の研究者グループが、カリフォルニウム249にカルシウム48イオンを衝突させて118番元素を合成する最初の試みを開始した。 カルシウム48は天然には0.19％しか存在せず、非常に希少であり、それに応じてコストも高い（20万ドル/g）。 軽元素（Z = 20）としては非常に中性子が多く、中性子数は28であり、そのため安定した重い原子核の合成に特に適している。
249Cf10mg（0.23mg/cm2）の標的に、毎秒約17倍の正電荷イオン2-1012個を100日間照射し、3ヶ月間で合計2-1019個のカルシウムイオンを照射しました。 この間、118番元素に起因する崩壊シーケンスは1つしか得られなかった！
4820Ca +24998Cf → 297
2006年に作業を再開し、必要に応じてさらに2つの関連崩壊シーケンス（図3参照）を明らかにした。 この発見が国際純正・応用化学連合（IUPAC）と国際純正・応用物理学連合（IUPAP）によって詳細に発表されるためには、多くの前提条件を満たさなければならなかった。 確かに118番元素と一致する十分な崩壊系列は確立されたが、その同位体はいずれもそれまで知られていなかった。 Z = 118 の同位体について分析された3つの崩壊系列は相互によく一致しているが、既知の原子核への固定がないため、承認のための必要条件を満たしていない」
図3.
しかしながら、横からの侵入を含む独立した研究によって、118番元素の崩壊系列を確認することは可能であった。 そこで116番元素と114番元素をそれぞれ独立した経路でキュリウムとプルトニウムにカルシウム-48イオンを照射して調製し、その崩壊系列を決定した（図3参照）。 これらの崩壊系列は、118番元素の崩壊系列の対応する部分と一致することがわかった。 その結果、IUPAC/IUPAPは、
「Oganessianらの2006年のDubna-Livermore共同研究は、294118から始まる3つの一致した崩壊系列を生成しました。 この結果は2012年に確認された。 他の3つの独立した重元素核融合研究は、294118の子孫290Lvと286Flの存在と崩壊特性を特定し確認し、交差爆撃によって原子番号を結びつける役割を果たしました。 7317>
こうして、ユーリ・オガネシアンの指揮するロシアとアメリカの研究グループが、実際に118番元素を発見したことが公式に認められました。 そして、IUPAC無機部会長は、この新元素の名前と記号について、適切な提案を求めた。 IUPACの本会議では、追加規定に従って、発見を認め、118番元素の命名が投票によって決定された。 元素の命名 113-118
元素の発見者はその名前を提案する権利を持っているが、完全に自由な選択ができるわけではない。 IUPACとIUPAPは一定の適用規則を策定しており 、新元素の名称はそこから導かれることになる。
- a)天体を含む神話の概念またはキャラクター
- b)a mineral or similar material
- c)a place or geographical region
- d)a characteristic of the element
- e)a scientist name
標準化に向けて、特定の元素の提案元素名は常に次のいずれかの末尾を持っていなくてはいけないことになっています。
- グループ1～16、f-ブロックの要素を含む。 “-ium”
- 第17族（ハロゲン）。 “-ine”
- 第18族（希ガス）。 「2140>
元素名の決定は、発見者だけでなく、IUPAC/IUPAPの関係者すべてにとって難しいものである。 発見者は自分たちのエゴで、特定の複雑な政治環境の中で必然的に生きており、IUPAC/IUPAPとその国際専門家もまた、真空中には存在しないのである。 冷戦時代には、このことが、時に非常にグロテスクな論争を引き起こすこともあった。 そのため、30年以上にわたって、104番元素は、アメリカではラザホージウム、ロシアではクルチャトビウムと学校図書に記載されていた。 幸いなことに（うまくいけば）、この時期は終わった。 今日、重い超アクチノイドの合成は、異なる国の研究グループが共通のプロジェクトに専門知識を適用することがいかに有利であるかを示している
6.1. 113番元素 日本（Nh）
113番元素は、理化学研究所の森田浩介氏率いる日本のグループが、長年の努力の末に初めて準備した。 その名称とシンボルは、日本人の祖国にちなんだものであった。 「
Morita とそのチームは、2003年にビスマス標的に亜鉛イオンを照射し始め、2005年4月までに113番元素の2つの一貫した崩壊系列を検出しました。 しかし、これは認識するのに十分ではないと考えられた。 さらに7年間の照射を経て、2012年8月、念願の3回目の崩壊系列が観測された。 研究グループの果てしない忍耐と粘り強さは、2年間で1つの崩壊系列という、今日の技術的可能性の限界を示したのだ！
2017年に認められた他の3つの元素、115番、117番、118番の準備は、ロシア（ドブナ）とアメリカ（バークレー）の科学者の密接な協力の結果であった。 これには、関係者が予備段階で命名の問題に関して友好的な妥協に合意することができたというさらなる利点もあった。 元素115-モスコビウム（Mc）
モスクワから100kmしか離れていないドゥブナの研究施設に、すでに元素105（ドブニウム）があったように、ロシアの首都にモスコビウム（Mc）という名称が与えられた。 第117番元素-テネシン（Ts）
末尾の「イネ」から、この元素が周期表の17番目のグループであるハロゲン（フッ素、塩素、臭素など）に関連していることがわかる。 117番元素の発見は、ドゥブナ／バークレーのユーリ・オガネシアンのチームによるものだったので、この提案された名前は多くの人にとって意外であった。
4820Ca +24997Bk → 293 + 4n
ベルケリウム-249にカルシウム-48イオンをぶつけることは、オガネシアンのチームによって長い間計画されていたことである。 問題は、数ミリグラムの必要なベルケリウムを準備できる場所が、地球上にただ一つ、米国テネシー州にあるオークリッジ国立研究所（ORNL）の高フラックス反応炉しかないことでした。 そこでは、24997Bkを実際に購入することができる。ただし、1マイクログラムあたり185米ドル（包装費別）である。 今回の実験では、20mgが必要だった。 高価なだけでなく、24997Bkの半減期が330日と短いことも考慮しなければならない。 2008年春、40gのキュリウム244がORNLの高フラックス炉に導入され、23日間、非常に高い中性子照射を受けた。 燃料を使い切った後、燃料を交換し、キュリウム試料をさらに23日間照射した。 このような作業を11回、250日間続けた結果、22 mgの24997Bkができ、その後半年かけてキュリウム試料から分離・精製した（図4参照）。 テネシン合成の出発物質：ベルケリウム249.
得られた塩化ベルケリウムの溶液は5つの鉛製容器に入れられ、民間機でモスクワに輸送された。 研究者間の共同作業は問題なく進んだが、その後の試料輸送はそうはいかなかった。 ロシアとの国境で、書類の不備や不足を指摘されて、ベルケリウムの容器が拒否され、ニューヨークへ送り返されることが2回あった。 そして、3回目にようやくディミトロブグラードのロシア原子炉研究所に到着し、そこでターゲットディスクが作られた。 そして、2009年7月27日、ついにドゥブナで実験が始まった。 2009年8月20日に117番元素の最初の崩壊系列が発見され、その後6ヶ月の間にさらに5つの崩壊系列が記録された
6.4. 元素118 – Oganesson (Og)
末尾の”-on “は、この元素が「希ガス」（18族）の1つとして認識されていることを意味する。 この元素に付けられた名前は、ユーリ・オガネシアン（図5参照）に敬意を表したもので、彼は、グレン・T・シーボーグがシーボージウムで元素名を付けたのに続き、存命中の科学者で2人目となった。 という質問に対して、オガネシアンは次のように答えている：
「私にとって、これは名誉なことです。 118番元素の発見は、ロシアの合同原子核研究所とアメリカのローレンス・リバモア国立研究所の科学者たちによって達成され、オガネスンという名前を提案したのは私の同僚たちだったのである。 私の子供や孫はもう何十年もアメリカに住んでいますが、娘はこの話を聞いたとき、その晩は泣きすぎて眠れなかったと書いてきました。 それに対して孫は、他の若者と同じようにほとんど反応しなかった」
図5.
化学者にとっては、オガネスは形式的に希ガスであるだけでなく、物理的、化学的に希ガスのように振る舞うのかという疑問が生じます。 特に超アクチノイドは内電子の速度が速いため（コペルニシウムの場合、光速の70 %、Z = 112）、相対論的な効果を考慮することが難しく、多くの化学者は量子化学計算に対して懐疑的なままである。 しかし、19世紀当時、ドミトリー・メンデレーエフが鉛筆と紙だけを使って、ある精密で正しい予測をすることができたとすれば、我々はもっと理論家を信頼してもよいのではないだろうか。 いずれにせよ、彼らの計算に基づけば、冒頭の「118番元素は希ガスか」という質問には、「オガネソンは希ガスではなく、沸点が50～110℃の「希液体」であることが保証される」
さらに、オガネソンはフッ素と反応し、安定化合物である OgF2 と OgF4 を与えるはずだが、OgF4は4フッ化キセノンみたいに平面的ではなく四面体になると思われる。 しかし、4個の合成オルガネソン原子は1ミリ秒後に消失してしまうので、このことはまだ実験的に確認することができない。 したがって、より安定なオルガネソン同位体に注目し、その化学的性質に驚かされることになろう。
119番元素の合成については、原子力の研究者はまだスタート地点にいる。 日本の研究機関である理化学研究所の円城秀人氏は、キュリウムにバナジウムイオンをぶつける
96Cm + 23V →
そしてオガネス派のグループは、ベルケリウムにチタンイオンをぶつける
97Bk + 22Ti →
これらの実験によって現在の技術に限界が訪れることはほぼ確実であった。 さらに重い元素の合成には、さらに大きな技術開発が必要であることは確かです。 そのために必要な進歩がどのような期間で達成されるかを見なければならない。 したがって、私たちは、原子力の科学者たちが新元素の探索をさらに進める上で、良いアイデアと幸運を祈るばかりである。 しかし、もし彼らが安定同位体に突然出くわしても、誰もそれに気づかないだろうから、あまり幸運は期待しない方がよい。 ですから、もし安定した原子核が出現したならば、原子力科学者は同時に、対応する元素を計量可能な量で調製する技術的可能性を持っていてほしいと思います。 そうすれば、その元素の電子殻の化学反応を研究することができるかもしれません。 例えば、123番元素は、理論計算上、3つの殻（8s2 8p 7d 6f）に3つの部分充填軌道を持っているはずですから、それは楽しみです。 特に125番元素は、初めてg軌道を占有することになるため（8s2 8p 6f3 5g）、その研究が待たれるところです。 様々な5g軌道の形を見ただけで、その化学的性質を調べたくなる（図6参照）。 期待して待とう！
Figure 6. 5g軌道; 左から右、上から下へ :
z4, z3y, (x2-y2)(6z2-x2-y2), yz(3×2-y2), x4+y4, xy(x2-y2), xz(x2-3y2), xy(6z2-x2-y2), z3x.
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この論文はドイツ語で:
- Ist das Element 118 ein Edelgas?として出版されています。
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https://doi.org/10.1002/ciuz.201700838
そしてW・E・ラッシーが翻訳した.
New Kids on the Table: 118番元素は希ガスか？ – Part 1
重元素の合成
New Kids on the Table: 第118番元素は希ガスか？ – Part 2
118番元素への困難な道のり
New Kids on the Table: 第118番元素は希ガスか？ – Part 3
118番元素の最初の合成、その性質、そして新元素の命名
ChemViews誌に掲載されたKlaus Rothの類似記事
を参照してください。
