超ウランについて詳しく解説

導入

超ウラン元素、または超ウラン元素は、原子番号がウランの原子番号より大きい、つまり 92 より大きい化学元素です。元素 117 を除く最初の 25 個は、原子番号が 93 から 118 の間であり、安定同位体を持たない合成元素です。これらはすべて人工的に作られた放射性元素で、軽いものは原子炉内で、最も重いものは特定の専門研究所の粒子加速器によって作られます。原子番号117 または 118 を超える超ウラン元素の同位体はこれまでに観察されていません。

2008 年、これらの合成元素の 1グラムの原価は、軍用プルトニウム²³⁹ Pu の場合は約 2,500 ユーロ (4,000 ドル)、カリフォルニウム₉₈ Cf の場合は 3,750 万ユーロ (6,000 万ドル) でした。これが理由です。なぜ周期表でカリフォルニウムの先に位置する超ウラン元素は、もっぱら科学的目的のために、これまでごく少量、せいぜい数百原子しか生成されなかったのか。

原子番号が増加すると、超ウラン元素は急速に非常に不安定になります。その中で最も軽いネプツニウム₉₃ Np とプルトニウム₉₄ Pu には、依然として放射性半減期が数百万年と測定される同位体が含まれていますが、以下のアクチニドの中で、キュリウム₉₆ Cm だけが²⁴⁷ Cm で依然として 15、600 万年に達します。観察されたトランスアクチノイドの中で、ドブニウム₁₀₅ Db だけが²⁶⁸ Db 同位体で 16 時間に達します。 「安定の島」はスーパーアクチニドの第⁸周期にあると推測されていましたが、もし本当に存在するのであれば、むしろ^{第 7}周期のトランスアクチニドの中に見つかると思われます。

プロパティ

最初の 11 個の超ウラン元素は、トリウムやウランなどのアクチニドです。最も軽い 4 種類のネプツニウム、プルトニウム、アメリシウム、キュリウムは原子炉内で大量に生成されますが、次の 7 種類は実験室でのみ合成されます。

観察された次の 14 個の超ウラン元素は、 元素周期表のアクチニド化学系列を超えて位置するため、トランスアクチニドと呼ばれます。

アクチニドの化学的性質は、周期表の最初の 6 周期にわたって観察された周期性と一致しており、ランタニドを彷彿とさせる挙動を示しますが、アクチニドのより帯電した電子行列により高い酸化状態 (+5 および +6) の安定性が向上しています。 、さらに原子核を周囲の電子から遮蔽します。一方、トランスアクチニドの化学的性質は、より軽い元素の周期性から逸脱します。Z >> 100 の場合、非常に帯電した原子核と相互作用する電子に対して相対論的効果が顕著になり、量子電気力学によって引き起こされる特定の補正はもはや無視できなくなります。軌道を決定するために電子を個別に考慮した近似は有効ではなくなり、スピン軌道結合効果によってエネルギー準位が再分布され、したがって電子サブシェルが再分布されます。その結果、原子核の周りの電子の分布は、十分に検証された規則にますます従わなくなることになります。最初の 6 つの期間については規則が適用され、表のこの領域の要素のプロパティはそのグループに従って予測できなくなることがわかります。

したがって、元素₁₁₈ Uuo は、 ^{18 番目}の列の底に位置するため、希ガスであるはずですが、実際には、半金属に似た特性を持つ固体半導体になります。一方、元素₁₁₄ Uuq は、半金属であるはずです。 ^{14 番目の}柱の底にある貧弱な金属は、代わりに希ガスの性質を持ちます。

遷移金属の中に位置するコペルニシウム₁₁₂ Cn も、希ガスに近い特定の特性を持ち、ガス状でもあります。