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コペルニシウム - Wikipedia
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コペルニシウム

原子げんし番号ばんごう112の元素げんそ

コペルニシウム（Copernicium 英語えいご: [ˌkoʊpərˈnɪsiəm]）は、元素げんそ記号きごうCn、原子げんし番号ばんごう112の合成ごうせい元素げんそである。既知きちの同位どうい体たいは放射ほうしゃ性せいが非常ひじょうに高たかく、研究けんきゅう室しつ内ないでしか作つくられない。最もっとも安定あんていな同位どうい体たいはコペルニシウム285で、半減はんげん期きは約やく28秒びょうである。1996年ねんにドイツ・ダルムシュタット近郊きんこうの重じゅうイオン研究所けんきゅうじょで初はじめて合成ごうせいされ、天文学てんもんがく者しゃのニコラウス・コペルニクスに因ちなんで命名めいめいされた。

レントゲニウム ← コペルニシウム → ニホニウム
Hg
↑
Cn
↓
不明ふめい
外見がいけん
不明ふめい
一般いっぱん特性とくせい
名称めいしょう, 記号きごう, 番号ばんごう コペルニシウム, Cn, 112
分類ぶんるい ポスト遷移せんい金属きんぞく
族ぞく, 周期しゅうき, ブロック 12, 7, d
原子げんし量りょう [285] 
電子でんし配置はいち [Rn] 5f14 6d10 7s2（推定すいてい）
電子でんし殻から 2, 8, 18, 32, 32, 18, 2（推定すいてい）（画像がぞう）
物理ぶつり特性とくせい
原子げんし特性とくせい
酸化さんか数すう 4, 2（推定すいてい）
共有きょうゆう結合けつごう半径はんけい 122 pm
その他た
CAS登録とうろく番号ばんごう 54084-26-3
主おもな同位どうい体たい
詳細しょうさいはコペルニシウムの同位どうい体たいを参照さんしょう
同位どうい体たい NA 半減はんげん期き DM DE (MeV) DP
277Cn syn 0.7 ms αあるふぁ 11.45, 11.32 273Ds
281Cn syn 97 ms αあるふぁ 10.31 277Ds
282Cn syn 0.8 ms SF
283aCn syn 4 s[1] αあるふぁ (~ 80%) 9.53, 9.32, 8.94 279Ds
SF (~ 20%)
283bCn ? syn ~ 7.0 min SF
284Cn syn 97 ms SF
285aCn syn 29 s αあるふぁ 9.15, 9.03 ? 281aDs
285bCn ? syn 8.9 min αあるふぁ 8.63 281bDs ?

周期しゅうき表ひょう上うえでは、dブロックの遷移せんい元素げんそであり、第だい12族ぞく元素げんそである。金きむとの反応はんのうでは、非常ひじょうに揮発きはつ性せいが高たかい様子ようすが見みられ[2]、そのため、標準ひょうじゅん状態じょうたいでは気体きたいもしくは揮発きはつ性せいの液体えきたいである可能かのう性せいがある。

同おなじ第だい12族ぞく元素げんそでより軽かるい亜鉛あえん、カドミウム、水銀すいぎんと比くらべると、いくつかの性質せいしつがかなり異ことなっていると計算けいさんされている。コペルニシウムは相対そうたい論ろん効果こうかのため7s軌道きどうの電子でんしの代かわりに6d軌道きどうの電子でんしを失うしないやすく、第だい12族ぞく元素げんそよりもラドン等ひとしの希まれガスにより性質せいしつが近ちかいと考かんがえられる。計算けいさんにより+4の酸化さんか状態じょうたいを取とりうることが示しめされているが、これは水銀すいぎんではその存在そんざいが議論ぎろんされている1つの化合かごう物ぶつ（フッ化か水銀すいぎん(IV)（英語えいご版ばん））だけが持もつ値ねであり、亜鉛あえんやカドミウムはこの状態じょうたいを示しめさない。また、他たの第だい12族ぞく元素げんそと比くらべ、中性ちゅうせい状態じょうたいからの酸化さんかがより難むずかしいと計算けいさんされる。コペルニシウムの固体こたいが金属きんぞくか、半導体はんどうたいか、絶縁ぜつえん体たいであるかについては予測よそくが一致いっちしていない。化学かがく的てき性質せいしつが実験じっけん的てきに調しらべられている中なかで、最もっとも重おもい元素げんその一ひとつである。

導入どうにゅう

編集へんしゅう
 
核かく融合ゆうごう反応はんのうの図示ずし。2つの原子核げんしかくが1つに融合ゆうごうし、1つの中性子ちゅうせいしを放出ほうしゅつする。

重おもい[注釈ちゅうしゃく 1]原子核げんしかくは、2つのサイズが異ことなる原子核げんしかく[注釈ちゅうしゃく 2]の核かく融合ゆうごう反応はんのうにより形成けいせいされ、おおまかに、2つの原子核げんしかくの質量しつりょうの差さが大おおきいほど、反応はんのうの可能かのう性せいは高たかくなる[8]。重おもい方ほうの原子核げんしかくを持もつ物質ぶっしつを標的ひょうてきとし、軽かるい原子核げんしかくの粒子りゅうし線せんを照射しょうしゃすることで、2つの原子核げんしかくが十分じゅうぶんに接近せっきんすると、1つの原子核げんしかくへの融合ゆうごうが起おこりうる。通常つうじょう、陽ひ電荷でんかを持もつ2つの原子核げんしかくは、静しずか電でん的てきな斥力せきりょくにより互たがいに反発はんぱつする。原子核げんしかく同士どうしが非常ひじょうに近ちかづくときのみ、強つよい相互そうご作用さようがこの反発はんぱつ力りょくに打うち克かつ。そのため、粒子りゅうし線せんとなる原子核げんしかくの速度そくどを、この反発はんぱつ力りょくが無視むしできる程度ていどまで、加速器かそくきで加速かそくする必要ひつようがある。ただし、2つの原子核げんしかくが融合ゆうごうするためには、2つの原子核げんしかくが単たんに近ちかづくだけでは不十分ふじゅうぶんである。2つの原子核げんしかくが近ちかづいただけでは、通常つうじょう、1つの原子核げんしかくに融合ゆうごうするのではなく、およそ10−20秒びょう間あいだだけ一緒いっしょに留とどまった後のち、離はなれていく（この時とき、反応はんのう前まえと同おなじ構成こうせいとは限かぎらない）[9][10]。核かく融合ゆうごうが起おこる場合ばあい、複ふく合あい核かくと呼よばれる一時いちじ的てきな融合ゆうごう状態じょうたいは励起れいき状態じょうたいにある。複ふく合あい核かくは核分裂かくぶんれつ反応はんのうを起おこすか、1つまたはいくつかの中性子ちゅうせいしを放出ほうしゅつし、それによってエネルギーを放出ほうしゅつすることで励起れいきエネルギーを失うしない、より安定あんていな状態じょうたいに達たっする[注釈ちゅうしゃく 3]。この反応はんのうは、最初さいしょの衝突しょうとつの約やく10－16秒びょう後ごに起おこる[11][注釈ちゅうしゃく 4]。

粒子りゅうし線せんは標的ひょうてきを通とおり過すぎて、次つぎのチェンバーであるセパレーターに入射にゅうしゃする。新あたらしい原子核げんしかくができていると、この粒子りゅうし線せんにより運はこばれる[14]。セパレーターでは、生成せいせいした原子核げんしかくは他たの原子核げんしかく（粒子りゅうし線せんそのものの原子核げんしかくやその他たの反応はんのう生成せいせい物ぶつ）から分離ぶんりされ[注釈ちゅうしゃく 5]、表面ひょうめん障壁しょうへき型がた半導体はんどうたい検出けんしゅつ器きに運はこばれる。粒子りゅうしはそこで停止ていしし、検出けんしゅつ器き上じょうでの正確せいかくな衝突しょうとつ位置いちとそのエネルギー、到達とうたつ時間じかんが記録きろくされる[14]。移送いそうには約やく10−6秒びょうを必要ひつようとし、検出けんしゅつまでに原子核げんしかくはこれだけの時間じかんにわたって生いき残のこる必要ひつようがある[17]。その原子核げんしかくが崩壊ほうかいすると、崩壊ほうかいが起おきた位置いち、エネルギー、時間じかんが再度さいど記録きろくされる[14]。

原子核げんしかくの安定あんてい性せいは、強つよい相互そうご作用さようによってもたらされる。しかしそれが及およぶ範囲はんいは非常ひじょうに短みじかく、原子核げんしかくが大おおきくなるほど、最さい外そと殻からの核かく子こ（陽子ようしと中性子ちゅうせいし）が強つよい相互そうご作用さようから受うける影響えいきょうは小ちいさくなっていく。同時どうじに、陽子ようし間あいだの静せい電でん反発はんぱつにより原子核げんしかくは引ひき裂さかれ、これは範囲はんいの制約せいやくがない[18]。そのため、重じゅう元素げんその原子核げんしかくは、このような反発はんぱつによるアルファ崩壊ほうかいや自発じはつ核分裂かくぶんれつ[注釈ちゅうしゃく 6]のようなモードが主要しゅような崩壊ほうかい過程かていになると理論りろん的てきに予測よそくされており[20]、これまで実際じっさいの観測かんそくもそれを裏付うらづけてきた[21]。このような崩壊ほうかいモードは、超ちょう重じゅう元素げんその原子核げんしかくには支配しはい的てきなものである。アルファ崩壊ほうかいは、放出ほうしゅつされたアルファ粒子りゅうしにより記録きろくされ、崩壊ほうかい生成せいせい物ぶつは実際じっさいの崩壊ほうかい前まえに容易よういに決定けっていできる。一いち度どの崩壊ほうかいや連続れんぞくした崩壊ほうかいにより既知きちの原子核げんしかくが生成せいせいされると、計算けいさんにより反応はんのうの出発しゅっぱつ点てんとなる原子核げんしかくが決定けっていできる[注釈ちゅうしゃく 7]。しかし、自発じはつ核分裂かくぶんれつでは生成せいせい物ぶつとして様々さまざまな原子核げんしかくが生しょうじ、そのため、娘むすめ核かくからは、出発しゅっぱつ点てんとなる原子核げんしかくが決定けっていできない[注釈ちゅうしゃく 8]。

重おもい元素げんそを合成ごうせいしようとする物理ぶつり学者がくしゃが得えられる情報じょうほうは、このように検出けんしゅつ器きにより収集しゅうしゅうされる、粒子りゅうしが検出けんしゅつ器きに衝突しょうとつした位置いち、エネルギー、時間じかんと、その粒子りゅうしが崩壊ほうかいする際さいの同様どうようの情報じょうほうとなる。物理ぶつり学者がくしゃはこのデータを分析ぶんせきし、これが新しん元素げんそによって引ひき起おこされたものであり、他たの核種かくしゅにより引ひき起おこされたものではないと結論けつろん付つけようとする。しばしば、得えられたデータは、新しん元素げんその生成せいせいを確定かくていするには不十分ふじゅうぶんなものであり、誤あやまった解釈かいしゃくがなされることもある[注釈ちゅうしゃく 9]。

歴史れきし

編集へんしゅう

発見はっけん

編集へんしゅう

コペルニシウムは、1996年ねん2月がつ9日にちに、ドイツの重じゅうイオン研究所けんきゅうじょにおいて、シグルド・ホフマン、ヴィクトル・ニノフらによって初はじめて合成ごうせいされた[31]。粒子りゅうし加速器かそくきにより、鉛なまり208原子核げんしかくを標的ひょうてきとして、加速かそくした亜鉛あえん70原子核げんしかくを衝突しょうとつさせることで、質量しつりょう数すう277のコペルニシウム原子げんしが一ひとつだけ合成ごうせいされたものである（当初とうしょ、2つめの発見はっけんも報告ほうこくされたが、後のちにヴィクトル・ニノフにより捏造ねつぞうされたデータに基もとづいていたことが明あきらかとなったため、撤回てっかいされた）[31]。

208
82Pb + 70
30Zn → 278
112Cn* → 277
112Cn + 1
0n

2000年ねん5月がつ、重じゅうイオン研究所けんきゅうじょは、277Cn原子げんしを新あらたに一いち個こ合成ごうせいする追試ついしに成功せいこうした[32]。理化学研究所りかがくけんきゅうしょは2004年ねん及および2013年ねんに気体きたい充填じゅうてん型がた反はん跳とべイオン分離ぶんり器きを備そなえた超ちょう重じゅう元素げんそ分析ぶんせき装置そうちによってこの反応はんのうの追試ついしを行おこない、さらに3つの原子げんしを合成ごうせいして、重じゅうイオン研究所けんきゅうじょのチームにより報告ほうこくされた崩壊ほうかいデータを確認かくにんした[33][34]。またこの反応はんのうは、かつて1971年ねんに（中性子ちゅうせいし2個この放出ほうしゅつによる）276Cnの合成ごうせいを目的もくてきにロシアのドゥブナ合同ごうどう原子核げんしかく研究所けんきゅうじょでも試こころみられたが、成功せいこうしなかった[35]。

IUPAC/IUPAP共同きょうどう作業さぎょう部会ぶかいは2001年ねん[36]と2003年ねん[37]に重じゅうイオン研究所けんきゅうじょのチームによるコペルニシウム発見はっけんについて評価ひょうかを行おこない、どちらにおいても主張しゅちょうを裏付うらづける十分じゅうぶんな証拠しょうこがないと判断はんだんした。これは主おもに、261Rfについての既知きちの崩壊ほうかいデータと矛盾むじゅんするためであった。しかし、2001年ねんから2005年ねんの間あいだに、重じゅうイオン研究所けんきゅうじょのチームは、248Cm(26Mg,5n)269Hsの反応はんのうを研究けんきゅうし、269Hsと261Rfの崩壊ほうかいデータを確定かくていすることができた。261Rfの既存きそんのデータは核かく異性いせい体たいのものであったことが明あきらかとなり[38]、これは現在げんざいでは、261mRfと名付なづけられている。

2009年ねん5月がつ、共同きょうどう作業さぎょう部会ぶかいは、112番ばん元素げんそ発見はっけんの主張しゅちょうについて再ふたたび報告ほうこくを出だし、重じゅうイオン研究所けんきゅうじょのチームを112番ばん元素げんその発見はっけん者しゃとして公式こうしきに認定にんていした[39]。この決定けっていは、娘むすめ核かくの崩壊ほうかいの性質せいしつの確定かくていと、理化学研究所りかがくけんきゅうしょによる確認かくにん実験じっけんに基もとづくものであった[40]。

1998年ねんより、ロシアのドゥブナ合同ごうどう原子核げんしかく研究所けんきゅうじょでも、238U(48Ca,3n)283Cnの熱ねつ核かく融合ゆうごう反応はんのうにより、より重おもい同位どうい体たいである283Cnの合成ごうせいに向むけた研究けんきゅうが行おこなわれた。279Dsへのアルファ崩壊ほうかいも一いち例れい検出けんしゅつされたものの、観測かんそくされた283Cnの大だい部分ぶぶんは自発じはつ核分裂かくぶんれつにより崩壊ほうかいした。実験じっけんの当初とうしょには、生成せいせいされた原子核げんしかく（約やく3分ぶんの長ながい半減はんげん期きを持もつと観測かんそくされていた）を化学かがく的てき性質せいしつに基もとづいて同定どうていしようとしていたが、予想よそうされたような水銀すいぎんに似にたものではないことが分わかった（コペルニシウムは周期しゅうき表ひょう上じょうで水銀すいぎんの下したにある）[40]。実際じっさいは長寿ちょうじゅ命いのちの放射ほうしゃ性せいは283Cnによるものではなく、それが電子でんし捕獲ほかくした娘むすめ核かく283Rgによる可能かのう性せいが明あきらかとなった（もう一ひとつの可能かのう性せいは、準じゅん安定あんていな核かく異性いせい体たい283mCnである）[41]。後のちに、242Pu + 48Caと245Cm + 48Caの交差こうさ衝撃しょうげきで、283Cnとその親おや核かくである287Fl、291Lvの性質せいしつが確定かくていし、これが2011年ねんの共同きょうどう作業さぎょう部会ぶかいによるフレロビウムとリバモリウム（原子げんし番号ばんごう114と116）の発見はっけんの認定にんていに重要じゅうような役割やくわりを果はたした。しかしながらこの研究けんきゅうは、重じゅうイオン研究所けんきゅうじょによる277Cnの研究けんきゅうよりも開始かいしが遅おそかったため、優先ゆうせん権けんは重じゅうイオン研究所けんきゅうじょに与あたえられた[40]。

命名めいめい

編集へんしゅう
 
プトレマイオスによる天動説てんどうせつに代かわり、惑星わくせいが太陽たいようを公転こうてんする地動説ちどうせつを定式ていしき化かしたニコラウス・コペルニクス

ドミトリ・メンデレーエフによる未み命名めいめい・未み発見はっけん元素げんその命名めいめい規則きそくにより、112番ばん元素げんそは、エカ水銀すいぎんとして知しられていた。1979年ねんに国際こくさい純正じゅんせい・応用おうよう化学かがく連合れんごうが出だした勧告かんこくにより、112番ばん元素げんそは発見はっけんが確定かくていし正式せいしきに命名めいめいされるまでの間あいだ、ウンウンビウム（記号きごう：Uub）と呼よばれることが推奨すいしょうされた[42]。この名前なまえは、化学かがくの授業じゅぎょうからより上級じょうきゅうの教科書きょうかしょまで、あらゆるレベルの化学かがくコミュニティで広ひろく使つかわれたが、この分野ぶんやの多おおくの科学かがく者しゃからはほぼ無視むしされ、「元素げんそ112」と呼よばれたり、E112、(112)または単たんに112という記号きごうで表あらわされた[43]。

重じゅうイオン研究所けんきゅうじょのチームによる発見はっけんの認定にんてい後ご、国際こくさい純正じゅんせい・応用おうよう化学かがく連合れんごうは彼かれらに112番ばん元素げんその名前なまえを提案ていあんするよう求もとめた[40][44]。2009年ねん7月がつ14日にち、「私わたしたちの世界せかいの見方みかたを変かえた、顕著けんちょな科学かがく者しゃの業績ぎょうせきを称となえ」て、ニコラウス・コペルニクスの名前なまえに因ちなんだコペルニシウムという名称めいしょうとCpという記号きごうが提案ていあんされた[45]。

標準ひょうじゅん的てきな6か月げつ間あいだの、命名めいめいについての科学かがく者しゃコミュニティにおける議論ぎろんの間あいだ[46][47]、Cpという記号きごうは、現在げんざいルテニウムとして知しられている元素げんそのかつての名前なまえ、カシオピウムの記号きごうに割わり当あてられていたこと、また化合かごう物ぶつのシクロペンタンジエンを表あらわす記号きごうと同おなじであることが指摘してきされた[48][49]。この理由りゆうから、国際こくさい純正じゅんせい・応用おうよう化学かがく連合れんごうは記号きごうとしてCpを用もちいることを認可にんかせず、代かわりにCnを用もちいることを提案ていあんした。コペルニクスの537回かい目めの誕生たんじょう日びに当あたる2010年ねん2月がつ19日にち、国際こくさい純正じゅんせい・応用おうよう化学かがく連合れんごうは、提案ていあんされた名前なまえと記号きごうを公式こうしきに認可にんかした[46][50]。

同位どうい体たい

編集へんしゅう
詳細しょうさいは「コペルニシウムの同位どうい体たい」を参照さんしょう

コペルニシウムは、安定あんてい同位どうい体たいや天然てんねんに生成せいせいする同位どうい体たいを持もたない。いくつかの放射ほうしゃ性せい同位どうい体たいが、2つの原子核げんしかくの融合ゆうごうかより重おもい原子核げんしかくの崩壊ほうかいにより、研究けんきゅう室しつ内ないで合成ごうせいされている。質量しつりょう数すうが277と281から286までの7つの同位どうい体たいが報告ほうこくされており、質量しつりょう数すう285のものの未み確定かくていの核かく異性いせい体たいが報告ほうこくされている[51]。これらの大だい部分ぶぶんは主おもにアルファ崩壊ほうかいするが、いくつかは自発じはつ核分裂かくぶんれつも起おこし、283Cnは電子でんし捕獲ほかくもすると考かんがえられる[52]。

283Cnは、フレロビウム及およびリバモリウムの発見はっけんに役立やくだった[53]。

半減はんげん期き

編集へんしゅう

既知きちの全すべての同位どうい体たいは非常ひじょうに不安定ふあんていで放射ほうしゃ性せいを持もつ。一般いっぱん的てきには重おもい同位どうい体からだほど安定あんていである。既知きちの最もっとも安定あんていな同位どうい体たいは285Cnで、半減はんげん期きは29秒びょうである。283Cnの半減はんげん期きは4秒びょう、未み確定かくていの285mCn、286Cnの半減はんげん期きは、各かく々約やく15秒びょう、8.45秒びょうである。他たの同位どうい体たいの半減はんげん期きは1秒びょうよりも短みじかい。281Cnと284Cnの半減はんげん期きは数すう百ひゃくミリ秒びょうで、その他た2つの同位どうい体たいの半減はんげん期きは1ミリ秒びょうより短みじかい[52]。291Cnと293Cnは、安定あんていの島しまの内側うちがわにあり、半減はんげん期きは数すう十じゅう年ねんより長ながい可能かのう性せいがあると予測よそくされる。それらの同位どうい体たいは鉛なまりの約やく10－12倍ばいしか存在そんざいしないが、r過程かていで生成せいせいし宇宙うちゅう線せんから検出けんしゅつされうると考かんがえられる[54]。

コペルニシウムの軽かるい同位どうい体たいは、崩壊ほうかい生成せいせい物ぶつであることが知しられていない277Cnを除のぞき、2つの原子核げんしかくの融合ゆうごうかより重おもい原子核げんしかくの崩壊ほうかいにより生成せいせいされている。一方いっぽう、重おもい同位どうい体たいは、さらに重おもい原子核げんしかくの崩壊ほうかいによる生成せいせいのみが知しられる。2つの原子核げんしかくの融合ゆうごうにより生成せいせいする最もっとも重おもい同位どうい体たいは、283Cnで、これより重おもい3つの同位どうい体たいは、より重おもい原子核げんしかくの崩壊ほうかい生成せいせい物ぶつとしてのみ知しられる[52]。

1999年ねん、カリフォルニア大学だいがくバークレー校こうの科学かがく者しゃが293Og原子げんし3個この合成ごうせいに成功せいこうしたと発表はっぴょうした[55]。これらの親しん核かくは、3つのアルファ粒子りゅうしを連続れんぞくして放出ほうしゅつしてコペルニシウム281核かくとなり、崩壊ほうかいエネルギー10.68 MeV、半減はんげん期き0.90ミリ秒びょうでアルファ崩壊ほうかいしたものと報告ほうこくされた。しかし、これらはニノフが捏造ねつぞうしたデータに基もとづいたもので[56]、2001年ねんに撤回てっかいされた[57]。 この同位どうい体たいは、2010年ねんに同おなじチームによって、実際じっさいに合成ごうせいされた。新あたらしいデータは、以前いぜんの捏造ねつぞうされたデータとは矛盾むじゅんするものであった[58]。

予測よそくされる性質せいしつ

編集へんしゅう

コペルニシウムまたはその化合かごう物ぶつで実測じっそくされている性質せいしつは非常ひじょうに少すくない。これは、生産せいさんが非常ひじょうに限かぎられておりまた高価こうかであること[59]や、非常ひじょうに早はやく崩壊ほうかいするためである。沸点ふってん等とう、いくつかの化学かがく的てき性質せいしつは実測じっそくされているが、金属きんぞくコペルニシウムの性質せいしつの多おおくは不明ふめいであり、予測よそく値ちのみが利用りよう可能かのうである。

化学かがく的てき性質せいしつ

編集へんしゅう

コペルニシウムは、10番目ばんめで最後さいごの6d元素げんそであり、最もっとも重おもい第だい12族ぞく元素げんそである。周期しゅうき表ひょう上じょうでは、亜鉛あえん、カドミウム、水銀すいぎんの下したに位置いちするが、より軽かるい他ほかの第だい12族ぞく元素げんそとは性質せいしつがかなり異ことなることが予測よそくされている。第だい12族ぞく元素げんそと第だい7周期しゅうき元素げんその最さい外そと殻からのs小しょう軌道きどうは、コペルニシウムにおいて、相対そうたい論ろん的てきに最もっとも強つよく収縮しゅうしゅくすると予測よそくされる。このこととコペルニシウムが閉殻であることにより、コペルニシウムは、貴金属ききんぞくとしての性質せいしつが強つよくなる。Cn2+/Cnに対たいしては、標準ひょうじゅん還元かんげん電位でんいとして+2.1 Vが予測よそくされる。第だい一いちイオン化いおんかエネルギーとして予測よそくされる1155 kJ/molは、希まれガスのキセノンの値ねである1170.4 kJ/molとよく一致いっちしている[43]。コペルニシウムの金属きんぞく結合けつごうは非常ひじょうに弱よわいと考かんがえられ、そのため希まれガスのように揮発きはつ性せいが非常ひじょうに高たかい可能かのう性せいがあり、室温しつおんで気体きたいであるかもしれない[43][60]。しかし、銅どう、パラジウム、白金はっきん、銀ぎん、金きむとの間あいだで金属きんぞく-金属きんぞく結合けつごうを形成けいせいできると予想よそうされ、これらの結合けつごうは、水銀すいぎんにおける同様どうようの結合けつごうよりも弱よわい約やく15-20 kJ/molと予測よそくされる[43]。初期しょきの提案ていあんに反はんして[61]、高こう精度せいどのab initio計算けいさんによると[62]、1価かのコペルニシウムの化学かがく的てき性質せいしつは、希まれガスよりも水銀すいぎんに近ちかいことが予測よそくされた。そのことは、コペルニシウムの空そらの7p1/2状態じょうたいのエネルギーを大幅おおはばに低下ていかさせる、巨大きょだいなスピン軌道きどう相互そうご作用さようによって説明せつめいできる。

コペルニシウムがイオン化いおんかすると、その化学かがく的てき性質せいしつは、亜鉛あえん、カドミウム、水銀すいぎんのものといくらか異ことなるものとなると考かんがえられる。相対そうたい論ろん効果こうかによる7s電子でんし軌道きどうの安定あんてい化かと6d電子でんし軌道きどうの不安定ふあんてい化かのため、Cn2+は[Rn]5f146d87s2の電子でんし配置はいちを取とると考かんがえられ、同族どうぞく元素げんそとは異ことなり7s軌道きどうの前まえに6d軌道きどうから電子でんしを失うしなうことになる。6d電子でんしが化学かがく結合けつごうに関与かんよしやすくなることは、コペルニシウムがイオン化いおんかすると、特とくに+4の酸化さんか状態じょうたいが可能かのうになる等ひとし、より軽かるい同族どうぞく元素げんそと比くらべて遷移せんい金属きんぞくに近ちかい振ふる舞まいをすると考かんがえられる。水溶液すいようえき中ちゅうでは、+2、あるいは+4の酸化さんか状態じょうたいを取とると考かんがえられる[43]。水銀すいぎんが+1の酸化さんか状態じょうたいを取とる2原子げんしイオンHg22+はよく知しられているが、Cn22+イオンは不安定ふあんていであるか、存在そんざいしないことが予測よそくされている[43]。フッ化かコペルニシウム(II)(CnF2)は、同族どうぞく元素げんそ化合かごう物ぶつであるフッ化か水銀すいぎん(II)(HgF2)と比くらべて不安定ふあんていであり、自発じはつ的てきに構成こうせい元素げんそに分解ぶんかいする可能かのう性せいがある。最もっとも電気でんき陰性いんせいな反応はんのう元素げんそであるフッ素ふっそは、コペルニシウムを+4、さらに+6まで酸化さんかできる唯一ゆいいつの元素げんそであると考かんがえられ、各かく々CnF4及およびCnF6を生成せいせいする。後者こうしゃは、議論ぎろんされているフッ化か水銀すいぎん(IV)(HgF4)の検出けんしゅつのように、検出けんしゅつのためにマトリックス分離ぶんり法ほうを必要ひつようとする可能かのう性せいがある。フッ化かコペルニシウム(IV)(CnF4)は、フッ化かコペルニシウム(II)よりも安定あんていである。極性きょくせい溶媒ようばい中なかでは、中性ちゅうせいフッ化物ばけものであるCnF4及およびCnF2よりも、CnF5−やCnF3−を優先ゆうせん的てきに形成けいせいすると予測よそくされる。ただし、同族どうぞく元素げんそ化合かごう物ぶつである臭化物しゅうかぶつイオンやヨウ化物ばけものイオンは水溶液すいようえき中ちゅうでの加水かすい分解ぶんかいに対たいしてより安定あんていであると考かんがえられる。CnCl42−陰かげイオンやCnBr42−陰かげイオンも、水溶液すいようえき中ちゅうで存在そんざいしうるはずである[43]。熱ねつ力学りきがく的てきに安定あんていなCnF2やCnF4の形成けいせいは、キセノンの化学かがく的てき性質せいしつに類似るいじしている[63]。シアン化か水銀すいぎん(II)(Hg(CN)2)のように、安定あんていなシアン化物ばけものであるシアン化かコペルニシウム(II)(Cn(CN)2)を形成けいせいすると考かんがえられる[64]。

物理ぶつり学がく的てき性質せいしつ

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コペルニシウムは密みつな金属きんぞくで、300K、液体えきたい状態じょうたいでの密度みつどは14.0 g/cm3である。これは、水銀すいぎんの密度みつどである13.534 g/cm3と近ちかい（同おなじ温度おんどでの固体こたいコペルニシウムは、より高密度こうみつどの14.7 g/cm3と考かんがえられる）。この結果けっかは、水銀すいぎんと比くらべたコペルニシウムの原子げんし量りょうの高たかさが原子げんし間あいだ距離きょりの長ながさを補おぎなっているためである[63]。いくつかの計算けいさんは、閉殻電子でんし配置はいちのためにコペルニシウムが室温しつおんで気体きたいであると予測よそくし[65]、周期しゅうき表ひょう上じょう、最初さいしょの気体きたい金属きんぞくとしている[43][60]。2019年ねんの計算けいさんでも、相対そうたい論ろん効果こうかについてこれらの予測よそくと一致いっちし、標準ひょうじゅん状態じょうたいにおいて、ロンドン分散ぶんさん力りょくにより結合けつごうする揮発きはつ性せい液体えきたいになるとしている。融点ゆうてんは283±11 K、沸点ふってんは340±10 Kと予測よそくされ、後者こうしゃは実験じっけん的てきに推定すいていされた値ねである357+112
−108 Kと合致がっちしている[63]。原子げんし半径はんけいは約やく147 pmと予測よそくされる。相対そうたい論ろん的てきな7s軌道きどうの安定あんてい性せいと6d軌道きどうの不安定ふあんてい性せいのため、Cn+イオンとCn2+イオンは、7s軌道きどうの代かわりに6d軌道きどうの電子でんしを最初さいしょに失うしなうと予測よそくされ、より軽かるい同族どうぞく元素げんその振ふる舞まいとは逆ぎゃくになっている[43]。

7s軌道きどうの相対そうたい論ろん的てき収縮しゅうしゅくと結合けつごうに加くわえ、6d5/2軌道きどうは、スピン軌道きどう相互そうご作用さようのために不安定ふあんてい化かし、大おおきさ、形かたち、エネルギーの面めんで7s軌道きどうと似にた振ふる舞まいをする。バンド構造こうぞうの予測よそくについては、計算けいさんにより異ことなる。2007年ねんの計算けいさんでは、バンドギャップが約やく0.2 eV[66]の半導体はんどうたいで[67]、六方ろっぽう最さい密みつ充填じゅうてん構造こうぞうに結晶けっしょう化かすると予測よそくされた[66]。しかし、2017年ねん及および2018年ねんの計算けいさんでは、コペルニシウムは標準ひょうじゅん状態じょうたいでバンドギャップを持もたず体からだ心こころ立方りっぽう格子こうしの結晶けっしょう構造こうぞうを取とる貴金属ききんぞくであり、これは水銀すいぎんと同様どうようであるが、フェルミ準じゅん位いの状態じょうたい密度みつどは、コペルニシウムの方ほうが水銀すいぎんよりも低ひくいと予測よそくされた[68][69]。2019年ねんの計算けいさんでは、コペルニシウムは希まれガスのラドン（7.1 eVと予測よそくされる）に匹敵ひってきする6.4 ± 0.2 eVという大おおきなバンドギャップを持もつ絶縁ぜつえん体たいであると予測よそくされた。これらの計算けいさんでは、バルクのコペルニシウムは、希まれガスのように主おもにロンドン分散ぶんさん力りょくにより結合けつごうすると予測よそくされる[63]。水銀すいぎん、ラドン、フレロビウムと同様どうように、またオガネソンとは異ことなり、コペルニシウムは電子でんし親和力しんわりょくは持もたないと計算けいさんされる[70]。

コペルニシウム原子げんし気体きたいに関かんする実験じっけん

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コペルニシウムの化学かがく的てき性質せいしつへの関心かんしんは、118種しゅの全すべての既知きちの元素げんその中なかで、相対そうたい論ろん的てき効果こうかが最大さいだいであるという点てんから引ひき起おこされた[43]。コペルニシウムの基底きてい状態じょうたいでの電子でんし配置はいちは[Rn] 5f14 6d10 7s2であり、構造こうぞう原理げんりによると、周期しゅうき表ひょうの第だい12族ぞく元素げんそに属ぞくする。このように、コペルニシウムは水銀すいぎんより重おもい同族どうぞく元素げんそとして振舞ふるまい、金きむ等ひとしの貴金属ききんぞくと強つよい二元にげん化合かごう物ぶつを形成けいせいする。コペルニシウムの反応はんのう性せいを調査ちょうさする実験じっけんとして、吸着きゅうちゃくエンタルピーを計算けいさんするために、さまざまな温度おんどに保持ほじされた金かねの表面ひょうめんへの吸着きゅうちゃくを調しらべる研究けんきゅうが集中しゅうちゅう的てきに行おこなわれた。7s電子でんしの相対そうたい論ろん的てき安定あんてい化かのため、コペルニシウムはラドンに似にた性質せいしつを示しめした。また、水銀すいぎんとラドンの放射ほうしゃ性せい同位どうい体たいを同時どうじに形成けいせいする実験じっけんにより、吸着きゅうちゃく特性とくせいが比較ひかくされた[71]。

コペルニシウムに関かんする最初さいしょの化学かがく実験じっけんは、238U(48Ca,3n)283Cn反はん応おうを用もちいて行おこなわれ、親おや種しゅとされる同位どうい体たいの半減はんげん期き5分間ふんかんの自発じはつ的てき核分裂かくぶんれつにより検出けんしゅつされた。このデータの分析ぶんせきにより、コペルニシウムは水銀すいぎんよりも揮発きはつ性せいが高たかく、希まれガスに近ちかい性質せいしつを持もつことが示しめされた。しかし、コペルニシウム283の生成せいせいに関かんする複雑ふくざつさからこれらの結果けっかを疑問ぎもん視しする声こえもあった[71]。この不ふ確実かくじつ性せいを解消かいしょうするために、2006年ねん4月がつから5月がつの間あいだにドゥブナ合同ごうどう原子核げんしかく研究所けんきゅうじょにおいて、フリョロフ原子核げんしかく反応はんのう研究所けんきゅうじょとポール・シェラー研究所けんきゅうじょのチームは、242Pu(48Ca,3n)287Flの反応はんのうによる娘むすめ核かくとしてこの同位どうい体たいの合成ごうせいを調査ちょうさする実験じっけんを行おこなった[71]（242Pu + 48Caの核かく融合ゆうごう反応はんのうの反応はんのう断だん面積めんせきは、238U + 48Caの反応はんのうよりも若干じゃっかん大おおきく、そのため化学かがく実験じっけんでコペルニシウムを合成ごうせいする最適さいてきな方法ほうほうは、一旦いったんフレロビウムを合成ごうせいして、その娘むすめ核かくとして合成ごうせいすることである）[72]。この実験じっけんでは、2つのコペルニシウム283原子げんしが合成ごうせいされていることが疑問ぎもんの余地よちなく示しめされ、吸着きゅうちゃく特性とくせいから、金きむとの金属きんぞく間あいだ結合けつごうが弱よわいため水銀すいぎんよりも揮発きはつ性せいの高たかい同族どうぞく元素げんそであることが示しめされた[71]。このことは、コペルニシウムが水銀すいぎんと「多おおかれ少すくなかれ」同族どうぞく元素げんそとしての性質せいしつを持もつという、相対そうたい論ろん的てき計算けいさんの一般いっぱん的てきな結論けつろんと一致いっちしている[73]。しかし、2019年ねん、この結果けっかは、単たんに強つよい分散ぶんさん相互そうご作用さようによるものである可能かのう性せいが指摘してきされた[63]。

2007年ねん4月がつ、この実験じっけんは追試ついしされ、さらに3つのコペルニシウム283原子げんしが明瞭めいりょうに確認かくにんされた。吸着きゅうちゃく特性とくせいが確認かくにんされ、第だい12族ぞく元素げんそで最もっとも重おもい元素げんそであるという事実じじつと一致いっちする値ねが示しめされた[71]。これらの実験じっけんにより、沸点ふってんが84+112
−108 ℃であることも初はじめて推定すいていされ、標準ひょうじゅん状態じょうたいでは気体きたいである可能かのう性せいがあるとされた[67]。

第だい12族ぞくのより軽かるい元素げんそは、しばしば第だい16族ぞく元素げんその鉱石こうせき中なかに産出さんしゅつするため、2015年ねんにセレン表面ひょうめん上じょうにコペルニシウムを堆積たいせきさせ、セレン化かコペルニシウム(CnSe)を形成けいせいする実験じっけんが行おこなわれた。コペルニシウム原子げんしと三さん方ぽう晶あきらセレンがセレン化物ばけものを形成けいせいする反応はんのうが観察かんさつされ、吸着きゅうちゃくエンタルピーは−ΔでるたHadsCn(t-Se) > 48 kJ/molであった。セレン化物ばけもの形成けいせいについて、熱ねつ力学りきがく的てきには水銀すいぎんに比くらべてコペルニシウムが不利ふりだと予想よそうされていたが、反応はんのう速度そくど論ろん的まとには水銀すいぎんよりもコペルニシウムの方ほうが有利ゆうりであることが示しめされた[74]。第だい12族ぞく元素げんそのセレン化物ばけものの安定あんてい性せいは、セレン化か亜鉛あえん(ZnSe)からセレン化か水銀すいぎん(ZnHg)の方ほうに向むかって減少げんしょうする傾向けいこうがあるため、この結果けっかは予想よそう外がいであった[75]。

脚注きゃくちゅう

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[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]

注釈ちゅうしゃく

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  1. ^ 核かく物理ぶつり学がくでは、原子げんし番号ばんごうの大おおきい元素げんそは、「重おもい」元素げんそと呼よばれる。原子げんし番号ばんごう82の鉛なまりは、重おもい元素げんその一いち例れいである。「超ちょう重じゅう元素げんそ」という用語ようごは、通常つうじょう、原子げんし番号ばんごう103以降いこうの元素げんそを指さす（ただし、原子げんし番号ばんごう100[3]以降いこうとするものや112以降いこう[4]とするもの等ひとし、いくつかの定義ていぎがある[5]）。ある元素げんそにおける「重おもい同位どうい体たい」や「重おもい核かく」という言葉ことばは、各々おのおの、質量しつりょうの大おおきい同位どうい体たい、質量しつりょうの大おおきい核かくを指さす。
  2. ^ 2009年ねん、ユーリイ・オガネシアン率ひきいるドゥブナ合同ごうどう原子核げんしかく研究所けんきゅうじょのチームは、対称たいしょうの136Xe + 136Xe反はん応おうにおけるハッシウム合成ごうせいの試こころみの結果けっかについて公表こうひょうした。彼かれらはこの反応はんのうで単たん原子げんしを観測かんそくできず、反応はんのう断だん面積めんせきの上限じょうげんを2.5 pbとした[6]。対照たいしょう的てきに、ハッシウムの発見はっけんに繋つながった反はん応おうである208Pb + 58Feの反応はんのう断だん面積めんせきは、発見はっけん者しゃらにより19+19
    −11    pbと推定すいていされた[7]。
  3. ^ 励起れいきエネルギーが大おおきくなるほど、より多おおくの中性子ちゅうせいしが放出ほうしゅつされる。励起れいきエネルギーが、各々おのおのの中性子ちゅうせいしを残のこりの核かく子こに結むすび付つけるエネルギーより低ひくい場合ばあい、中性子ちゅうせいしは放出ほうしゅつされない。その代かわり、複ふく合あい核かくはガンマ線がんませんを放出ほうしゅつして脱だつ励起れいきする[11]。
  4. ^ IUPAC・IUPAP共同きょうどう作業さぎょう部会ぶかいによる定義ていぎでは、その核かくが10-14秒びょうにわたり崩壊ほうかいしない場合ばあいにのみ、発見はっけんとして認定にんていされる。この値ねは、原子核げんしかくが外側そとがわの電子でんしを獲得かくとくして化学かがく的てき性質せいしつを示しめすのにかかる時間じかんの推定すいてい値ちとして選択せんたくされた[12]。また、一般いっぱん的てきに考かんがえられる複ふく合あい核かくの寿命じゅみょうの上限じょうげん値ちを示しめすものでもある[13]。
  5. ^ この分離ぶんりは、生成せいせいした原子核げんしかくが未み反応はんのうの粒子りゅうし線せんの原子核げんしかくよりも、標的ひょうてきをよりゆっくり通とおり過すぎることに基もとづく。セパレーター内ないには電場でんじょうと磁場じばが印加いんかされているが、特定とくていの粒子りゅうし速度そくどで移動いどうする粒子りゅうしに対たいしてはそれらの影響えいきょうが相殺そうさいされるようになっている[15]。このような分離ぶんりは、飛行ひこう時間じかん型がた質量しつりょう分析計ぶんせきけいや反はん跳とべエネルギー測定そくていによって補完ほかんされることがある。この2つを組くみ合あわせると原子核げんしかくの質量しつりょうを推定すいていすることが可能かのうとなる[16]。
  6. ^ 全すべての崩壊ほうかいモードが静しずか電でん反発はんぱつを原因げんいんとするのではなく、例たとえば、ベータ崩壊ほうかいの原因げんいんは弱よわい相互そうご作用さようである[19]。
  7. ^ 原子核げんしかくの質量しつりょうは直接ちょくせつ測定そくていされず、ほかの原子核げんしかくの値ねから計算けいさんされ、このような方法ほうほうを間接かんせつ的てきと呼よぶ。直接ちょくせつ測定そくていも可能かのうであるが、もっとも重おもい原子核げんしかくについてはほとんどの場合ばあい可能かのうではない[22]。超ちょう重じゅう元素げんその質量しつりょうの直接ちょくせつ測定そくていは、2018年ねんにローレンス・バークレー国立こくりつ研究所けんきゅうじょにより初はじめて報告ほうこくされた[23]。
  8. ^ 自発じはつ核分裂かくぶんれつは、ドゥブナ合同ごうどう原子核げんしかく研究所けんきゅうじょを率ひきいていたゲオルギー・フリョロフにより発見はっけんされ[24]、この研究所けんきゅうじょの得意とくい分野ぶんやとなった[25]。対称たいしょう的てきに、ローレンス・バークレー国立こくりつ研究所けんきゅうじょの科学かがく者しゃは、自発じはつ核分裂かくぶんれつから得えられる情報じょうほうは新しん元素げんその合成ごうせいを裏付うらづけるのに不十分ふじゅうぶんであると信しんじていた。これは、複ふく合あい核かくが中性子ちゅうせいしだけを放出ほうしゅつし、陽子ようしやアルファ粒子りゅうしのような荷電かでん粒子りゅうしを放出ほうしゅつしないことを立証りっしょうするのは困難こんなんなためである[13]。そのため彼かれらは、連続れんぞく的てきなアルファ崩壊ほうかいにより、新あたらしい同位どうい体たいを既知きちの同位どうい体たいと結むすび付つける方法ほうほうを好このんだ[24]。
  9. ^ 例たとえば、1957年ねんにスウェーデンのノーベル物理ぶつり学がく研究所けんきゅうじょは、102番ばん元素げんそを誤あやま同定どうていした[26]。これ以前いぜんにこの元素げんその合成ごうせいに関かんする決定的けっていてきな主張しゅちょうはなく、発見はっけん者しゃにより、ノーベリウムと命名めいめいされたが、後のちに、この同定どうていは誤あやまりであったことが分わかった[27]。翌年よくねん、ローレンス・バークレー国立こくりつ研究所けんきゅうじょは、ノーベル物理ぶつり学がく研究所けんきゅうじょによる結果けっかは再現さいげん性せいがなく、代かわりに彼かれら自身じしんがこの元素げんそを合成ごうせいしたと発表はっぴょうしたが、この主張しゅちょうも後のちに誤あやまりであったことが判明はんめいした[27]。ドゥブナ合同ごうどう原子核げんしかく研究所けんきゅうじょは、彼かれらこそがこの元素げんそを最初さいしょに合成ごうせいしたと主張しゅちょうし、ジョリオチウムと命名めいめいしたが[28]、この名前なまえも認定にんていされなかった（ドゥブナ合同ごうどう原子核げんしかく研究所けんきゅうじょは、のちに、102番ばん元素げんその命名めいめいは「性急せいきゅう」であったと述のべた）[29]。「ノーベリウム」という名前なまえは、広ひろく使つかわれていたため、変更へんこうされなかった[30]。

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  • Copernicium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
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