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ボーリウム

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シーボーギウム ← ボーリウム → ハッシウム
Re
↑
Bh
↓
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 ボーリウム, Bh, 107
分類ぶんるい 遷移せんい金属きんぞく
族ぞく, 周期しゅうき, ブロック 7, 7, d
原子げんし量りょう [270] 
電子でんし配置はいち [Rn] 5f14 6d5 7s2（計算けいさん値ち）[1]
電子でんし殻から 2, 8, 18, 32, 32, 13, 2（推定すいてい）（画像がぞう）
物理ぶつり特性とくせい
密度みつど（室温しつおん付近ふきん） 37.1 g/cm3
原子げんし特性とくせい
酸化さんか数すう 7
イオン化いおんかエネルギー 第だい1： 740（概算がいさん値ち）[1] kJ/mol
第だい2： 1690（概算がいさん値ち）[1] kJ/mol
第だい3： 2570（概算がいさん値ち）[1] kJ/mol
原子げんし半径はんけい 127 pm
共有きょうゆう結合けつごう半径はんけい 141 pm
その他た
結晶けっしょう構造こうぞう 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
CAS登録とうろく番号ばんごう 54037-14-8
主おもな同位どうい体たい
詳細しょうさいはボーリ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
267Bh syn 17 s αあるふぁ 8.83 263Db
270Bh syn 61 s αあるふぁ 8.93 266Db
271Bh syn αあるふぁ 267Db
272Bh syn 9.8 s αあるふぁ 9.02 268Db
274Bh syn 44s[2] αあるふぁ 8.8 270Db
半減はんげん期き1 s以上いじょうの同位どうい体たいのみ記載きさい

ボーリウム（英えい: bohrium）は、原子げんし番号ばんごう107の元素げんそ。元素げんそ記号きごうは Bh。天然てんねんには存在そんざいしない人工じんこう放射ほうしゃ性せい元素げんそであり[3]、名称めいしょうはデンマークの物理ぶつり学者がくしゃニールス・ボーアにちなむ[4]。

既知きちの同位どうい体たいはすべて非常ひじょうに放射ほうしゃ性せいが高たかい。知しられている中なかで最もっとも安定あんていした同位どうい体たいは270Bhであり半減はんげん期きは約やく61秒びょうであるが、未み確認かくにんの278Bhの半減はんげん期きは約やく690秒びょうである可能かのう性せいがある。

周期しゅうき表ひょうでは、Dブロック元素げんそで超ちょうアクチノイド元素げんそである。第だい7周期しゅうき元素げんそであり、遷移せんい金属きんぞくで6d系列けいれつの5番目ばんめの元素げんそとして第だい7族ぞく元素げんそに属ぞくする。化学かがく実験じっけんによりボーリウムは第だい7族ぞくのレニウムより重おもい同族どうぞく体たいとして振ふる舞まうことが確認かくにんされている。化学かがく的てき特性とくせいは部分ぶぶん的てきにしか特徴とくちょうづけられていないが、他たの第だい7族ぞく元素げんその特性とくせいとよく比較ひかくされる。

歴史れきし

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元素げんそ107は当初とうしょデンマークの核かく物理ぶつり学者がくしゃニールス・ボーアにちなんでニールスボーリウム(Ns)という名前なまえが提案ていあんされた。この名前なまえはのちにIUPACによりボーリウム(Bh)に変更へんこうされた。

発見はっけん

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2つのグループがこの元素げんその発見はっけんを主張しゅちょうした。ボーリウムの証拠しょうこは最初さいしょ1976年ねんにユーリイ・オガネシアン率ひきいるソ連それんの研究けんきゅうチームにより報告ほうこくされた。そこではビスマス209と鉛なまり208のターゲットにそれぞれクロム54とマンガン55の加速かそくされた原子核げんしかくが撃うち込こまれた[5]。2つの活動かつどうが見みられ、1つは1-2ミリ秒びょうの半減はんげん期きを持もち、もう1つは約やく5秒びょうの半減はんげん期きを持もっていた。これら2つの活動かつどうの強度きょうど比ひは実験じっけんを通つうじて一定いっていであったため、1番目ばんめの活動かつどうは同位どうい体たいボーリウム261によるものであり、2番目ばんめはその娘むすめのドブニウム257によるものであると提案ていあんされた。後のちにドブニウムの同位どうい体たいはドブニウム258に修正しゅうせいされ、これの半減はんげん期きは実際じっさいに5秒びょうである（ドブニウム257の半減はんげん期きは1秒びょうである）。しかし、その親おやで観測かんそくされた半減はんげん期きは1981年ねんにダルムシュタットでボーリウムが決定的けっていてきに発見はっけんされた後のちに観測かんそくされた半減はんげん期きよりもはるかに短みじかい。IUPAC/IUPAP Transfermium Working Group (TWG)はドブニウム258はおそらくこの実験じっけんで見みられたが、その親おやであるボーリウム262を生成せいせいしたという証拠しょうこは十分じゅうぶんな説得せっとく力りょくがないと結論けつろん付つけた[4][6]。

1981年ねん、ダルムシュタットにある重じゅうイオン研究所けんきゅうじょ(GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung)のペーター・アルムブルスターとゴットフリート・ミュンツェンベルクに率ひきいられたドイツの研究けんきゅうチームはビスマス209のターゲットにクロム54の加速かそくした原子核げんしかくを衝突しょうとつさせ、ボーリウム262の同位どうい体たいの5つの原子げんしを生成せいせいした[4][7]。

209
83Bi + 54
24Cr → 262
107Bh + n

この発見はっけんは、生成せいせいしたボーリウム原子げんしから既知きちであったフェルミウムとカリホルニウムの同位どうい体たいへのアルファ崩壊ほうかい連鎖れんさを詳細しょうさいに測定そくていすることでさらに裏付うらづけられた。IUPAC/IUPAP Transfermium Working Group (TWG)は1992年ねんの報告ほうこく書しょでGSIの共同きょうどう研究けんきゅうを公式こうしきの発見はっけんとして認証にんしょうした[6]。

提案ていあんされた名前なまえ

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1992年ねん9月がつ、ドイツのグループはデンマークの物理ぶつり学者がくしゃニールス・ボーアを称となえてニールスボーリウム（記号きごうNs）という名前なまえを提案ていあんした。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のソ連それんの科学かがく者しゃたちはこの名前なまえを元素げんそ105に付つけることを提案ていあんし（最終さいしゅう的てきに元素げんそ105はドブニウムと命名めいめいされた）、ドイツのチームはボーアとドゥブナのチームが初はじめて低温ていおん核かく融合ゆうごう反応はんのうを提案ていあんし元素げんそ105の命名めいめいに関かんする議論ぎろんされている問題もんだいを解決かいけつしたという事実じじつの両方りょうほうを認みとめたいと考かんがえていた。ドゥブナのチームはドイツのグループの元素げんそ107に対たいする命名めいめいの提案ていあんに同意どういした[8]。

104から106の元素げんその命名めいめいについては論争ろんそうがあった。IUPACはこの元素げんその一時いちじ的てきで系統けいとう的てきな名前なまえとしてウンニルセプチウム（英えい: Unnilseptium, Uns）を採とっていた[9]。1994年ねん、IUPACの委員いいん会かいは元素げんその名前なまえに科学かがく者しゃの完全かんぜんな名前なまえを使用しようする前例ぜんれいがなかったため、元素げんそ107をニールスボーリウムではなくボーリウムとすることを勧すすめた[9][10]。名前なまえがホウ素ほうそ（ボロン）と混同こんどうされるかもしれず特とくにそれぞれのオキソアニオンはともにボーレイト(bohrate, borate)となるため、ボーリウムは発見はっけん者しゃらにより反対はんたいされた。この問題もんだいはIUPACのデンマーク支部しぶに引ひき渡わたされたが、これにもかかわらずボーリウムという名前なまえに賛成さんせいしたため1997年ねんに元素げんそ107の名前なまえとしてボーリウムが国際こくさい的てきに認みとめられた[9]。ホウ素ほうそとボーリウムそれぞれのオキソアニオンの名前なまえは英語えいごで同音どうおんであるが、変更へんこうされていない[11]。

2000年ねんにスイスで塩化えんかボーリウム酸さん(BhO3Cl)が合成ごうせいされている。沸点ふってんは151℃[12]。

同位どうい体たい

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詳細しょうさいは「ボーリウムの同位どうい体たい」を参照さんしょう
ボーリウムの同位どうい体たい
同位どうい体たい
 半減はんげん期き
[13][14]		 崩壊ほうかいモード[13][14] 発見はっけん年ねん 反応はんのう
260Bh 35 ms αあるふぁ 2007 209Bi(52Cr,n)[15]
261Bh 11.8 ms αあるふぁ 1986 209Bi(54Cr,2n)[16]
262Bh 84 ms αあるふぁ 1981 209Bi(54Cr,n)[7]
262mBh 9.6 ms αあるふぁ 1981 209Bi(54Cr,n)[7]
264Bh 0.97 s αあるふぁ 1994 272Rg(—,2αあるふぁ)[17]
265Bh 0.9 s αあるふぁ 2004 243Am(26Mg,4n)[18]
266Bh 0.9 s αあるふぁ 2000 249Bk(22Ne,5n)[19]
267Bh 17 s αあるふぁ 2000 249Bk(22Ne,4n)[19]
270Bh 61 s αあるふぁ 2006 282Nh(—,3αあるふぁ)[20]
271Bh 1.2 s αあるふぁ 2003 287Mc(—,4αあるふぁ)[20]
272Bh 9.8 s αあるふぁ 2005 288Mc(—,4αあるふぁ)[20]
274Bh 40 s αあるふぁ 2009 294Ts(—,5αあるふぁ)[2]
278Bh 11.5 min? SF 1998? 290Fl(e−,νにゅーe3αあるふぁ)?

ボーリウムには安定あんてい同位どうい体たいおよび自然しぜんに発生はっせいする同位どうい体たいはない。実験じっけん室しつでは2つの原子げんしを融合ゆうごうさせるかより重おもい元素げんその崩壊ほうかいを観測かんそくすることによりいくつかの放射ほうしゃ性せい同位どうい体たいが合成ごうせいされている。異ことなる12個この同位どうい体たいが原子げんし質量しつりょう260–262, 264–267, 270–272, 274, 278で報告ほうこくされている。そのうち1つのボーリウム262は既知きちの準じゅん安定あんてい状態じょうたいを持もつ。未み確認かくにんの278Bhを除のぞくこれらすべての同位どうい体たいはアルファ崩壊ほうかいによってのみ崩壊ほうかいするが、いくつか未知みちのボーリウム同位どうい体たいは自発じはつ核分裂かくぶんれつを起おこすと予測よそくされている[13]。

軽かるい同位どうい体たいの方ほうが通常つうじょう半減はんげん期きが短みじかく、260Bh, 261Bh, 262Bh, 262mBhの半減はんげん期きは100ms未満みまんで観測かんそくされている。264Bh, 265Bh, 266Bh, 271Bhは約やく1秒びょうでより安定あんていしており、267Bhと272Bhの半減はんげん期きは約やく10秒びょうである。最もっとも重おもい同位どうい体たいが最もっとも安定あんていしており、270Bhと274Bhの半減はんげん期きはそれぞれ61 s と 40 sと測定そくていされており、さらに重おもい未確認みかくにんの同位どうい体たい278Bhは約やく690 sとさらに長ながい半減はんげん期きを持もつと思おもわれる。

質量しつりょう260, 261, 262の最もっとも陽子ようしが多おおい同位どうい体たいは、低温ていおん核かく融合ゆうごうにより直接ちょくせつ生成せいせいされ、質量しつりょうが262と264の同位どうい体たいはマイトネリウムとレントゲニウムの崩壊ほうかい系列けいれつで報告ほうこくされ、質量しつりょうが265, 266, 267の中性子ちゅうせいしが多おおい同位どうい体たいはアクチノイドのターゲットに照射しょうしゃすることで生成せいせいされた。質量しつりょうが270, 271, 272, 274, および278（未み確認かくにん）の最もっとも中性子ちゅうせいしの多おおい5つはそれぞれ282Nh, 287Mc, 288Mc, 294Ts, および290Flの崩壊ほうかい連鎖れんさに現あらわれる。これら11個いっこの同位どうい体たいの半減はんげん期きは262mBhの約やく10ミリ秒びょうから270Bhと274Bhの約やく1分ふんまであり、未み確認かくにんの278Bhでは約やく12分ふんに達たっする。これは半減はんげん期きが最もっとも長ながい既知きちの超ちょう重じゅう核種かくしゅの1つである[21]。

予測よそくされる特性とくせい

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ボーリウムやその化合かごう物ぶつの特性とくせいはほとんど測定そくていされていない。これは生産せいさんが非常ひじょうに限かぎられ高価こうかであるのと[22]ボーリウム（およびその親おや）が非常ひじょうに急速きゅうそくに崩壊ほうかいするという事実じじつによる。いくつかの珍めずらしい化学かがく関連かんれんの特性とくせいが測定そくていされたが、ボーリウム金属きんぞくの特性とくせいは不明ふめいのままであり予測よそくのみできる。

化学かがく的てき特性とくせい

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周期しゅうき表ひょうにおいて遷移せんい金属きんぞくの6d系列けいれつの5番目ばんめの元素げんそであり、第だい7族ぞくで最もっとも重おもい元素げんそでありマンガン、テクネチウム、レニウムの下したに位置いちする。この族ぞくの元素げんそは全すべて酸化さんか状態じょうたい+7を容易よういにとり下くだるにつれて状態じょうたいがより安定あんていする。よって、ボーリウムは安定あんていした+7状態じょうたいを形成けいせいすると予想よそうされる。テクネチウムは安定あんていした+4状態じょうたいも示しめすが、レニウムは+4と+3状態じょうたいを示しめす。したがってボーリウムはこれらの低ひくい状態じょうたいを示しめす可能かのう性せいもある[23]。高たかい+7酸化さんか状態じょうたいはオキシアニオンに存在そんざいする可能かのう性せいが高たかく、例たとえば過かマンガン酸さん塩しお、過かテウネチウム酸さん塩しお、過かレニウム酸さん塩しおと類似るいじの過かボーリウム酸さん塩しお(BhO−
4)である。しかしながら、ボーリウム(VII)は水溶液すいようえき中ちゅうで不安定ふあんていである可能かのう性せいが高たかく、おそらくより安定あんていしたボーリウム(IV)に容易よういに還元かんげんされる[24]。

テクネチウムとレニウムは揮発きはつ性せいの七なな酸化さんか物ぶつM2O7 (M = Tc, Re)を形成けいせいすることが知しられているため、ボーリウムも揮発きはつ性せいの酸化さんか物ぶつBh2O7を形成けいせいするはずである。この酸化さんか物ぶつは水みずに溶解ようかいし過かボーリウム酸さん塩しおHBhO4を形成けいせいするはずである。レニウムとテクネチウムは酸化さんか物ぶつのハロゲン化かにより様々さまざまなオキシハロゲン化物ばけものを形成けいせいする。酸化さんか物ぶつの塩素えんそ化かによりオキシ塩化えんか物ぶつMO3Clを形成けいせいするため、BhO3Clもこの反応はんのうで形成けいせいされるはずである。レニウム化合かごう物ぶつReOF5とReF7に加くわえてフッ素ふっそ化かにより重おもい元素げんそでMO3FとMO2F3が形成けいせいされる。したがって、ボーリウムのオキシフッ化物ばけもの形成けいせいはエカレニウムの特性とくせいを示しめすのに役立やくだつ[25]。オキシ塩化えんか物ぶつは非対称ひたいしょうであり、族ぞくで下したにいくにつれて双極そうきょく子こモーメントは大おおきくなるはずであり、揮発きはつ性せいは小ちいさくなる(TcO3Cl > ReO3Cl > BhO3Cl)。これはこれら3つの化合かごう物ぶつの吸着きゅうちゃくエンタルピーを測定そくていすることにより実験じっけん的てきに確認かくにんされた。TcO3ClとReO3Clの値ねはそれぞれ−51 kJ/molと−61 kJ/molである。BhO3Clの実験じっけん値ちは−77.8 kJ/molであり、理論りろん的てきに予想よそうされる値ねである−78.5 kJ/molに非常ひじょうに近ちかい[24]。

物理ぶつり的てき特性とくせい・原子げんし

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ボーリウムは通常つうじょうの条件下じょうけんかでは固体こたいであると予想よそうされ、より軽かるい同族どうぞく体たいであるレニウムと同様どうように六方ろっぽう最さい密みつ結晶けっしょう構造こうぞう(c/a = 1.62)と予想よそうされている[26]。密度みつどが約やく37.1 g/cm3の非常ひじょうに重おもい金属きんぞくであると考かんがえられ、これは118の既知きちの元素げんその中なかで3番目ばんめに高たかく、上うえにはマイトネリウム (37.4 g/cm3) とハッシウム (41 g/cm3)があり、この2つは周期しゅうき表ひょうでボーリウムの次つぎ2つの元素げんそである。比較ひかくすると、密度みつどが測定そくていされた元素げんその中なかで最もっとも密度みつどの高たかい既知きちの元素げんそであるオスミウムの密度みつどはわずか22.61 g/cm3である。これはボーリウムの高たかい原子げんし量りょう、ランタノイドとアクチノイドの収縮しゅうしゅく、および相対そうたい論ろん効果こうかによるものであるが、この量りょうを測定そくていするのに十分じゅうぶんなボーリウムを生産せいさんすることは現実げんじつ的てきではなく、試料しりょうはすぐに崩壊ほうかいするであろう[24]。

原子げんし半径はんけいは約やく128 pmと予想よそうされている[24]。7s軌道きどうの相対そうたい論ろん的てき安定あんてい化かと6d軌道きどうの不安定ふあんてい化かにより、Bh+イオンは[Rn] 5f14 6d4 7s2の電子でんし配置はいちを持もつと予測よそくされ、7s電子でんしではなく6d電子でんしを放出ほうしゅつする。これはより軽かるい同族どうぞく体たいであるマンガンとテクネチウムの挙動きょどうと反対はんたいである。一方いっぽうでレニウムは同族どうぞく体たいのボーリウムと同おなじく6s電子でんしを放出ほうしゅつする前まえに5d電子でんしを放出ほうしゅつする。これは相対そうたい論ろん効果こうかが第だい6周期しゅうきまでに大おおきくなるためであり、金きむの黄色おうしょくや水銀すいぎんの低ひくい融点ゆうてんの原因げんいんでもある。Bh2+イオンの電子でんし配置はいちは[Rn] 5f14 6d3 7s2であると予想よそうされる。これに対たいしてRe2+イオンは[Xe] 4f14 5d5という電子でんし配置はいちであることが予想よそうされ、この場合ばあいはマンガンやテクネチウムに類似るいじしている[24]。6配はい位いで7価かのボーリウムのイオン半径はんけいは58 pmと予想よそうされる（7価かのマンガン、テクネチウム、レニウムはそれぞれ46, 57, 53 pmである）。5価かのボーリウムは83 pmと大おおきいイオン半径はんけいであると考かんがえられている[24]。

実験じっけん化学かがく

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1995年ねん、元素げんその分離ぶんりの試こころみに関かんする最初さいしょの報告ほうこくは不ふ成功せいこうであり、ボーリウム（比較ひかくのために軽かるい同族どうぞく体たいであるテクネチウムとレニウムを使用しよう）を研究けんきゅうする最善さいぜんの方法ほうほうを研究けんきゅうする新あらたな理論りろん研究けんきゅうを促うながし、3価かアクチノイド、第だい5族ぞく元素げんそ、ポロニウムなどの不要ふような汚染おせん元素げんそを取とり除のぞいた[27]。

2000年ねん、相対そうたい論ろん効果こうかが重要じゅうようであるにもかかわらず、ボーリウムは典型てんけい的てきな第だい7族ぞく元素げんそのように振ふる舞まいことが確認かくにんされた[28]。パウル・シェラー研究所けんきゅうじょ(PSI)のチームは249Bkと22Neイオン反応はんのうで生成せいせいした267Bhの6個この原子げんしを用もちいて化学かがく反応はんのうを行おこなった。得えられた原子げんしは熱ねつ平衡へいこう化かされ、HCl/O2混合こんごう物ぶつと反応はんのうし揮発きはつ性せいのオキシ塩化えんか物ぶつが形成けいせいされた。この反応はんのうにより軽かるい同族どうぞく体たいであるテクネチウム(108Tc)とレニウム(169Re)の同位どうい体たいも生成せいせいした。等温とうおん吸着きゅうちゃく曲線きょくせんを測定そくていすると、オキシ塩化えんかレニウムと同様どうようの性質せいしつを持もつ揮発きはつ性せいオキシ塩化えんか物ぶつが形成けいせいされている強つよい証拠しょうこが確認かくにんされた。これによりボーリウムは第だい7族ぞく元素げんその典型てんけいとなった[29]。この実験じっけんではテクネチウム、レニウム、ボーリウムのオキシ塩化えんか物ぶつの吸着きゅうちゃくエントロピーが測定そくていされ、理論りろん的てき予測よそくとよく一致いっちし、第だい7族ぞくでオキシ塩化えんか物ぶつの揮発きはつ性せいが低下ていかすることを示唆しさしている[24]。

2 Bh + 3 O2 + 2 HCl → 2 BhO3Cl + H2

重おもい元素げんその娘むすめとして生成せいせいされたボーリウムの半減はんげん期きが長ながく重おもい同位どうい体たいは将来しょうらい的てきな放射ほうしゃ化学かがく実験じっけんに有利ゆうりな性質せいしつを持もっている。重おもい同位どうい体たい274Bhは生産せいさんするときに希少きしょうで放射ほうしゃ性せいの高たかいバークリウムのターゲットを必要ひつようとするが、同位どうい体たい272Bh, 271Bh, 270Bhはより容易よういに生成せいせいできるモスコビウムやニホニウムの同位どうい体たいの娘むすめとして容易よういに生成せいせいすることができる[30]。

出典しゅってん

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[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]
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(University of Nottingham)

周期しゅうき表ひょう
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1 H   He
2 Li Be   B C N O F Ne
3 Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4 K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
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