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ニホニウム元素の性質と用途
ニホニウムの説明
ニホニウム（Nh）は、原子番号113の非常に放射性人工元素である。非常に不安定で、半減期が数ミリ秒から約20秒の同位体を持つ。崩壊が速いため、化学的・物理的性質のほとんどは理論的に予測されたものであり、実際には確立されていない。周期的傾向によると、ニホニウムはタリウムのような軽い同族元素と似た性質を持つ第13族の遷移後の金属である。
ニホニウムの発見
ニホニウムは2003年、理化学研究所の日本の研究者によって初めて合成された。科学者たちはビスマス-209の標的に亜鉛-70イオンを照射し、核融合の過程でニホニウム-278原子を生成した。形成された原子はほぼ即座に崩壊し、特徴的なアルファ粒子を放出したため、アルファ粒子分光法を用いて同定した。
ニホニウムの元素としての正式な命名は2015年にIUPACによって承認され、2016年に正式に命名された。"ニホニウム "という名前は、発見された場所に敬意を表して、日本語の "日本 "から取られた。
同位体と安定性
これまでのところ、ニホニウムの一連の同位体が作られており、質量は278から286の範囲である。
|
同位体 |
製造方法 |
半減期 |
崩壊様式 |
|
ニホニウム278 |
Zn + ²⁰⁹Bi |
~0.7 ms |
アルファ崩壊 |
|
ニホニウム-284 |
⁴⁸Ca + ²⁴³Am |
~0.5 s |
アルファ崩壊 |
|
ニホニウム-286 |
二次崩壊連鎖 |
~20 s |
アルファ崩壊、自発核分裂 |
ニホニウム286は現在知られている同位体の中で最も長寿命であり、化学的予測や理論的モデリングに十分な長寿命である。科学者たちは、ニホニウムに近い元素が「安定の島」（超重核が半減期を大幅に延長する領域）に近づくかもしれないと考えている。
化学的性質の説明
ニホニウムの半減期が短いために実験データが限られていても、理論的予測は明確な像を描いている：
|
性質 |
予測値 / 備考 |
|
原子番号 |
113 |
|
最も安定な同位体 |
ニホニウム286 |
|
半減期 |
20秒（ニホニウム286）、軽い同位体では1秒未満 |
|
電子配置 |
[Rn] 5f¹⁴6d¹⁰7s²7p¹. |
|
密度 |
~16～17 g/cm³（予測値） |
|
融点 |
不明；推定 >700°C |
|
沸点 |
不明；予想 >1400°C |
|
酸化状態 |
+タリウムに類似した+3 |
|
化学反応性 |
ハロゲン化物と酸化物を形成すると予測。相対論的効果により金属的性質が低下する可能性がある。 |
詳細はスタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）を参照。.
注目すべき性質：
- 原子番号が高いため、電子軌道において相対論的効果が非常に重要であり、タリウムよりも反応性が低下する可能性が高い。
- TlClのようなニホニウム(I)やTlCl₃のようなニホニウム(III)が期待される。
合成方法
ニホニウムは高エネルギー粒子加速器で重イオン核融合によって合成される。そのプロセスは以下の通りである：
1.亜鉛-70イオンを高速で加速する。
2.ビスマス-209ターゲットを砲撃して核融合を誘発し、個々のニホニウム原子核を生成する。
3.アルファ分光法または自動核検出アレイで崩壊をモニターする。
ニホニウムの調製は、超高真空条件下で行われ、精密なビームアライメントと、元素の急速な崩壊の結果として非常に感度の高い検出器が使用される。
ニホニウムの応用
ニホニウムは半減期が短いため、技術への応用は極めて限られている。しかし、ニホニウムの生産は次のような成果をもたらしている：
-科学研究：科学的研究：ニホニウムは、原子核構造、超重元素の安定性、化学における相対論的効果に関する詳細を提供する。
-技術的進歩：技術的進歩：ニホニウムの生成のために開発された技術や方法論は、粒子加速器技術、核検出技術、物質分析機器などの分野を発展させた。
-同位体製造法：同位体製造法：ニホニウムの研究によって改良された技術は、工業用および医療用の人工同位体の製造につながる。
元素そのものの工業的応用はないが、発見は基礎的な材料や原子力科学の研究に役立っている。
よくある質問
ニホニウムとは何ですか？
非常に短寿命の同位体を持つ、人工的に製造された短寿命の非常に放射性の高い元素（原子番号113）です。
ニホニウムはどのようにして作られるのですか？
粒子加速器内の核融合によって、典型的にはビスマスのターゲットに亜鉛イオンを照射することによって生成されます。
ニホニウムの化学的性質は？
酸化状態が+1と+3の遷移後の金属で、ハロゲン化物と酸化物を持ち、相対論的効果によって反応性が抑制されると予想されている。
なぜニホニウムはあまり有用ではないのですか？
その急速な崩壊と極端な不安定性により、実用的な用途がない。
ニホニウムの産業利用はありますか？
ニホニウムそのものは工業的には利用されませんが、合成や検出の技術は、原子力科学、同位体製造、先端計測技術に役立っています。
Chin Trento
