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(
2023年1月
)
|
|
外見
|
不明
|
一般特性
|
名?
,
記?
,
番?
|
マイトネリウム, Mt, 109
|
分類
|
遷移金?
|
族
,
周期
,
ブロック
|
9
,
7
,
d
|
原子量
|
[278]
|
電子配置
|
[
Rn
] 7s
2
5f
14
6d
7
[1]
|
電子?
|
2, 8, 18, 32, 32, 15, 2(
?像
)
|
物理特性
|
相
|
固?
(推定
[2]
)
|
密度
(
室?
付近)
|
37.4 g/cm
3
|
原子特性
|
酸化?
|
4, 3
|
共有結合半?
|
129 pm
|
その他
|
CAS登?番?
|
54038-01-6
|
主な同位?
|
詳細は
マイトネリウムの同位?
を?照
|
|
|
マイトネリウム
(Meitnerium)は、
元素記?
Mt、
原子番?
109の
元素
である。
放射性
が非常に高い
人工元素
で、最も安定な
同位?
である
マイトネリウム278
の
半減期
は4.5秒である。ただし、存在が未確定の
マイトネリウム282
は、67秒というより長い半減期を持つ可能性がある。1982年に
ドイツ
?
ダルムシュタット
の
重イオン?究所
(GSI)で初めて合成され、
リ?ゼ?マイトナ?
の名前に因んで命名された。
周期表
上では、
dブロック元素
である。また
第7周期元素
、
第9族元素
であるが、同じく第9族である
イリジウム
の同族元素として振る舞うことを確認する化???は未だ行われていない。計算では、同族でより?い
コバルト
、
ロジウム
、イリジウムと似た性質を持つとされる。
導入
[
編集
]
重い
[注? 1]
原子核
は、2つの異なる原子核
[注? 2]
の
核融合反?
により形成され、おおまかに、2つの原子核の質量の差が大きいほど、反?の可能性は高くなる
[8]
。重い方の原子核を持つ物質を標的とし、?い原子核の粒子線を照射することで、2つの原子核が十分に接近すると、1つの原子核への融合が起こりうる。通常、陽電荷を持つ2つの原子核は、
ク?ロンの法則
により互いに反?する。原子核同士が非常に近づくときのみ、
?い相互作用
がこの反?力に打ち克つ。そのため、粒子線となる原子核の速度を、この反?力が無視できる程度まで、
加速器
で加速する必要がある。
[9]
ただし、2つの原子核が融合するためには、2つの原子核が?に近づくだけでは不十分である。2つの原子核が近づいただけでは、通常、1つの原子核に融合するのではなく、10
-20
秒間だけ一?に留まった後、離れていく(この時、反?前と同じ構成とは限らない)
[9]
[10]
。核融合が起こる場合、
複合核
と呼ばれる一時的な融合?態が
?起?態
となる。?起エネルギ?を失い、より安定な?態に達すると、複合核は核分裂反?を起こすか、1つまたはいくつかの原子核の核破?反?を起こして、エネルギ?を持ち去る
[注? 3]
。この事象は、最初の衝突の約10
-16
秒後に起こる
[11]
[注? 4]
粒子線が標的を通り過ぎると、次のチェンバ?であるセパレ?タ?に移送される。新しい原子核ができていると、この粒子線により運ばれる
[14]
。セパレ?タ?では、生成した原子核は他の原子核(粒子線の原子核やその他の反?生成物)から分離され
[注? 5]
、表面障壁型
半導??出器
に運ばれる。粒子はそこで停止し、?出器上での正確な衝突位置とそのエネルギ?、到達時間が記?される
[14]
。移送には約10
-6
秒を必要とし、?出までに原子核はこの長時間を生き?る必要がある
。崩?が起こると、原子核の位置、エネルギ?、崩?時間が再度記?される
[14]
。
原子核の安定性は、?い相互作用によってもたらされる。しかしそれが及ぶ範?は非常に短く、原子核が大きくなるほど、最外?の核子(
陽子
と
中性子
)が?い相互作用から受ける影響は小さくなっていく。同時に、陽子間の?電反?により原子核は引き裂かれ、これは範?の制約がない
。そのため、重元素の原子核は、このような反?による
アルファ崩?
や
自?核分裂
[注? 6]
のようなモ?ドが主要な崩?過程になると理論的に予測されており
[20]
、これまで?際の?測もそれを裏付けてきた
。このような崩?モ?ドは、超重元素の原子核には支配的なものである。アルファ崩?は、放出されたアルファ粒子により記?され、崩?生成物は?際の崩?前に容易に決定できる。一度の崩?や連?した崩?により?知の原子核が生成されると、計算により反?の出?点となる原子核が決定できる
[注? 7]
。しかし、自?核分裂では生成物として??な原子核が生じ、そのため、娘核からは、出?点となる原子核が決定できない
[注? 8]
。
重い元素を合成しようとする物理?者が得られる情報は、このように?出器により?集される、粒子が?出器に衝突した距離、エネルギ?、時間と、崩?の際の同?の情報となる。物理?者はこのデ?タを分析し、これが新元素によって引き起こされたものであり、他の核種により引き起こされたものではないと結論付けようとする。しばしば、得られたデ?タは、新元素の生成を確定するには不十分なものであったり、解?の誤りの元となりうる
[注? 9]
。
?史
[
編集
]
?見
[
編集
]
1982年8月29日に
ペ?タ??アルムブルスタ?
と
ゴットフリ?ト?ミュンツェンベルク
が率いる重イオン?究所のドイツの?究チ?ムによって初めて合成された
[31]
。チ?ムは、
ビスマス209
の標的に
?58
の加速した
原子核
を照射し、
マイトネリウム266
の1つの原子核を?出した
[32]
。
- 209
83
Bi +
58
26
Fe →
266
109
Mt +
1
0
n
3年後、?時
ソビエト連邦
の
ドゥブナ合同原子核?究所
(JINR)において確認された
[32]
。
命名
[
編集
]
ドミトリ?メンデレ?エフ
による未命名?未?見元素の命名規則により、109番元素は、エカイリジウムとして知られていた。1979年、
?際純正??用化?連合
(IUPAC)は?告を出し、それにより109番元素は?見が確定し正式に命名されるまでの間、ウンニルエンニウム(記?:Une)と呼ばれることになった
[33]
。この名前は、化?の授業からより上級の?科書まで、あらゆるレベルの化?コミュニティで?く使われているが、この分野の多くの科?者からはほぼ無視されており、「元素109」と呼ばれたり、E109、(109)または?に109という記?で表される
[34]
。
原子番?104番から109番の元素は、
w:Transfermium Wars
と呼ばれる命名を巡る議論の中にあったが、マイトネリウムについては、唯一の提案であり、議論にはならなかった
[35]
[30]
。この名前は
オット??ハ?ン
とともに
プロトアクチニウム
を?見し、
核分裂
の?見者の1人でもある
[36]
オ?ストリアの物理?者リ?ゼ?マイトナ?の名前に因んで、1992年9月に重イオン?究所のチ?ムが提案したものである
[37]
[38]
[39]
[40]
[41]
。
?際純正??用化?連合
は、1994年にこの名前を?告し、1997年に正式に認定した。この元素は、?在の女性の名前に因む唯一の元素である(
キュリウム
は、
ピエ?ル?キュリ?
と
マリ??キュリ?
の2人の名前に因んだものである)。
同位?
[
編集
]
マイトネリウムは安定な同位?や天然に生成する同位?を持たない。いくつかの
放射性同位?
が、より?い原子核の融合かより重い原子核の崩?により、?究室?で合成されている。原子量が266、268、270、274-278(268と270は未確定の
準安定?態
)の8個の同位?が報告されている。原子量282の9つ目の同位?は存在が未確定である。これらの崩?の大部分は
アルファ崩?
によるものであるが、
自?核分裂
するものもいくつかある。
安定性と半減期
[
編集
]
全てのマイトネリウム同位?は非常に不安定で放射性が高い。一般的に、より重い同位?であるほどより安定性が高い。最も安定な?知の同位?は、?知の最も重い同位?でもある
278
Mtであり、半減期は4.5秒である。未確定の
282
Dsはより重く、67秒とより長い半減期を持つと推測される。
276
Mtと
274
Mtの半減期は各?0.45秒と0.44秒である。?り5つの同位?の半減期は、1-20ミリ秒の間である
[36]
。
293
Tsの最終崩?生成物として2012年に初めて合成された
277
Mtは、半減期5ミリ秒で自?核分裂するのが?測された。予備的なデ?タ分析により、この核分裂が、
277
Hsに由?する可能性があることが考えられた。この原子核もやはり?ミリ秒の半減期を持ち、崩?系列のどこかの段階で、未?出の
電子捕獲
に?いて生成される可能性があるためである
[42]
[43]
。後に、
281
Dsと
281
Rgの崩?エネルギ?及び
277
Mtの半減期の短さから、この可能性は非常に低いと判?されたが、未だ確?ではない
[43]
。それにも?わらず、
277
Mt及び
277
Hsの半減期が短い核分裂は、N = 168-170 の超重原子核の不安定領域を?く示唆している。この領域の存在は、N = 162 の?形
閉?
とN = 184 の球形閉?の間の
核分裂障壁
(
英語版
)
の高さの減少が特?で、理論モデルと合致している
[42]
。
予測される性質
[
編集
]
核特性を除き、マイトネリウム及びその化合物の性質は測定されていない。これは、合成が非常に限られており、また高?なことと、非常に速く崩?するためである。金?マイトネリウムの性質は、予測値のみが利用可能である。
化?的性質
[
編集
]
マイトネリウムは、6dブロックの7番目の
遷移元素
である
[40]
。
イオン化ポテンシャル
や
原子半?
、
イオン半?
の計算は、より?いホモログであるイリジウムと類似しており、そのため、マイトネリウムの基本的な性質は第9族のコバルト、ロジウム、イリジウムと類似していることが示唆される。
貴金?
であると予測されている
[34]
。
マイトネリウムの化?的性質の予測は、最近あまり?心を持たれていない。
標準電極電位
は、Mt
3+
/ Mt?に?して0.8 Vと予測される。より?い第9族元素の最も安定な
酸化?態
に基づき、マイトネリウムの最も安定な酸化?態は+6、+3と+1であり、水溶液中では+3の?態が最も安定であると予測される。?照的に、ロジウムやイリジウムの最大酸化?態は+6で、最も安定な?態はイリジウムで+4及び+3、ロジウムで+3である
[34]
。[IrO
4
]
+
中にのみ存在するイリジウムの+9の酸化?態は、[IrO
4
]
+
ほど安定ではないものの
[44]
、九フッ化物(MtF
9
)や陽イオン[MtO
4
]
+
の形で、同族元素であるマイトネリウムでも存在しうると考えられる。マイトネリウムの四ハロゲン化物もイリジウムのものと類似した安定性を持つと予測され、そのため、安定な+4の?加?態を持つと考えられる
[44]
。さらに、
ボ?リウム
(原子番?107)から
ダ?ムスタチウム
(原子番?100)までの元素の最大の酸化?態は、水溶液ではなく?相で安定すると予測される
[34]
。
物理?的性質
[
編集
]
標準?態では固?で、イリジウムと同?に面心立方格子に結晶化すると考えられる
[2]
。?測された中で最も密度が高い
オスミウム
の22.61 g/cm
3
に?し、密度が約27-28 g/cm
3
と非常に重い金?である。これは、?知の118個の元素の中で最も大きい値である
[45]
[46]
。また、
常磁性
であると予測されている
[47]
。
共有結合半?
はイリジウムよりも6-10 pm大きいと予測されており
[48]
、原子半?は約128 pmと予測される。
マイトネリウムに?する??
[
編集
]
マイトネリウムは、化?的性質が調査されていない、周期表上で最初の元素である。同位?の半減期が短く
[34]
、小規模での??が可能な揮?性化合物の?が限られているため、化?的性質はまだはっきりとは分かっていない
[49]
[50]
。十分な揮?性を持つ可能性がある?少ないマイトネリウムの化合物には、60℃以上で揮?性を持つ
六フッ化イリジウム
(IrF
6
)のアナログである
六フッ化マイトネリウム
(MtF
6
)がある
[40]
。また、揮?性を持つ八フッ化物(MtF
8
)も存在できる可能性がある
[34]
。
超アクチノイド元素
の化??究のためには、半減期が1秒以上、1週間に1原子以上の合成速度で、少なくとも4原子以上の合成が必要となる
[40]
。最も安定な
278
Mtの半減期は4.5秒であり、化??究を行うのに十分な長さを持つが、統計的に有意な結果が得られるよう、??を?週間から?か月?けるために、合成速度を上げる必要がある。重い元素の?量は?い元素よりも少ないと予測されるため、?相及び溶液?の化???を自動化されたシステムで行うためには、ダ?ムスタチウム同位?の分離と?出を連?して行うことが必要である。このために、
ボ?リウム
や
ハッシウム
の合成で使われた分離技術を再利用することができる。しかし、
コペルニシウム
から
リバモリウム
までのより重い元素と比べて、マイトネリウムの??化?に?する?心は高くない
[34]
[49]
[51]
。
ロ?レンス?バ?クレ??立?究所は、2002-2003年にかけて、
不安定核
領域の
魔法?
である162個の中性子を持ち、化???を行うのに有望な
271
Mtの合成を試みた。その半減期は?秒と予測され、化???を行うのに十分な長さであった
[34]
[52]
[53]
。しかし、
271
Mtは?出されず
[54]
、この同位?は現在でも知られていない
[36]
。
超アクチノイド元素の化?的性質を決定する??では、その元素の化合物を、より?い同族元素と比較する必要がある
[34]
。例えば、
ハッシウム
の化?的性質では、
酸化ハッシウム(VIII)
とこのアナログとなる
オスミウム
化合物の
酸化オスミウム(VIII)
を比較する
[55]
。マイトネリウムの化?的性質決定の前段階として、重イオン?究所は、
ロジウム
化合物である
酸化ロジウム(III)
と
?化ロジウム(III)
の
昇華
を試みた。しかし、酸化物では1000℃まで、?化物では780℃まで、目で見える量の昇華は起こらず、
炭素
エアロゾル
粒子ができるだけだった。超重元素の化?的性質を調べるのに現在用いている方法は500℃を超えると作動しないため
[50]
、この?度は、マイトネリウムに用いるには高すぎる?度だった。
2014年にシ?ボ?ギウムのヘキサカルボニル化に成功すると
[56]
、
第7族元素
から
第9族元素
の安定した遷移金?を用いた?究が行われ、
カルボニル
の形成を用いて、
ラザホ?ジウム
からマイトネリウムまでの6d遷移金?の化?的性質をさらに調べることができることが示唆された
[57]
[58]
。それにも?わらず、各?
294
Tsと
288
Mcの崩?連鎖で生成される可能性のある
278
Mtと
276
Mtは、化??究を行うのに十分な長?命ではあるものの、半減期が短く合成が難しいという課題のため、マイトネリウムの化?的性質を調べるのは難しい。
テネシン
は標的として希少で半減期の短い
バ?クリウム
を必要とすることから、
276
Mtの方がより適していると考えられる
[59]
。
278
Nhの崩?鎖の中でみられる同位?
270
Mtも、十分な長さの半減期を持つと考えられるが、直接合成の方法と崩?特性のより正確な測定が必要である
[53]
。
脚注
[
編集
]
- ^
核物理?では、原子番?の大きい元素は、「重い」元素と呼ばれる。原子番?82の鉛は、重い元素の一例である。「超重元素」という用語は、通常、原子番?103番以降の元素を指す(ただし、原子番?100
[3]
以降とするものや112以降
[4]
とするもの等、いくつかの定義がある。
超アクチノイド元素
と同義の言葉として使われることもある
[5]
)。ある元素における「重い同位?」や「重い核」という言葉は、各?、質量の大きい同位?、質量の大きい核を指す。
- ^
2009年、
ユ?リイ?オガネシアン
率いるドゥブナ合同原子核?究所のチ?ムは、??の
136
Xe +
136
Xe反?におるハッシウム合成の試みの結果について公表した。彼らはこの反?で?原子を?測できず、反??面積の上限を2.5
pb
とした
[6]
。??的に、ハッシウムの?見に?がった反?である
208
Pb +
58
Feの反??面積は、?見者らにより19
+19
-11
pbと推定された
[7]
。
- ^
?起エネルギ?が大きくなるほど、より多くの中性子が放出される。?起エネルギ?が、各?の中性子を?りの核子に結び付けるエネルギ?より低い場合、中性子は放出されない。その代わり、複合核は
ガンマ線
を放出して??起する
[11]
。
- ^
IUPAC/IUPAP共同作業部?
(
英語版
)
による定義では、その核が10
-14
秒にわたり崩?しない場合にのみ、?見として認定される。この値は、原子核が外側の電子を獲得して化?的性質を示すのにかかる時間の推定値として選?された
[12]
。また、一般的に考えられる複合核の?命の上限値を示すものでもある
[13]
。
- ^
この分離は、生成した原子核が未反?の粒子線の原子核よりも、標的の上をよりゆっくり通り過ぎることに基づく。セパレ?タ??には、特定の粒子速度で移動する粒子への影響が相殺される電磁場がある
。このような分離は、
飛行時間型質量分析計
や反跳エネルギ?測定でも用いられ、この2つを組み合わせて、原子核の質量を推定することが可能となる
。
- ^
全ての崩?モ?ドが?電反?を原因とするのではなく、例えば、
ベ?タ崩?
の原因は
弱い相互作用
である
。
- ^
原子核の質量は直接測定されず、ほかの原子核の値から計算され、このような方法を間接的と呼ぶ。直接測定も可能であるが、もっとも重い原子核についてはほとんどの場合可能ではない
[22]
。超重元素の質量の直接測定は、2018年に
ロ?レンス?バ?クレ??立?究所
により初めて報告された
[23]
。
- ^
自?核分裂は、ドゥブナ合同原子核?究所を率いていた
ゲオルギ??フリョロフ
により?見され
[24]
、この?究所の得意分野となった
[25]
。??的に、ロ?レンス?バ?クレ??立?究所の科?者は、自?核分裂から得られる情報は新元素の合成を裏付けるのに不十分であると信じていた。これは、複合核が中性子だけを放出し、陽子やアルファ粒子のような荷電粒子を放出しないことを立?するのは困難なためである
[13]
。そのため彼らは、連?的なアルファ崩?により、新しい同位?を?知の同位?と結び付ける方法を好んだ
[24]
。
- ^
例えば、1957年にスウェ?デンのノ?ベル物理??究所は、102番元素を誤同定した
[26]
。これ以前にこの元素の合成に?する決定的な主張はなく、?見者により、
ノ?ベリウム
と命名されたが、後に、この同定は誤りであったことが分かった
。翌年、ロ?レンス?バ?クレ??立?究所は、ノ?ベル物理??究所による結果は再現性がなく、代わりに彼ら自身がこの元素を合成したと?表したが、この主張も後に誤りであったことが判明した
。ドゥブナ合同原子核?究所は、彼らこそがこの元素を最初に合成したと主張し、ジョリオチウムと命名したが
、この名前も認定されなかった(ドゥブナ合同原子核?究所は、のちに、102番元素の命名は「性急」であったと述べた)
[29]
。「ノ?ベリウム」という名前は、?く使われていたため、?更されなかった
[30]
。
出典
[
編集
]
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外部リンク
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- ウィキメディア?コモンズには、
マイトネリウム
に?するカテゴリがあります。
- Meitnerium
at
The Periodic Table of Videos
(University of Nottingham)