「ノーベリウム」の版間の差分
削除された内容 追加された内容
North land (会話 | 投稿記録) m Category:エポニムを追加 (HotCat使用) |
編集の要約なし |
||
| (2人の利用者による、間の3版が非表示) | |||
18行目:
|electrons per shell=2, 8, 18, 32, 32, 8, 2
|phase=固体
|oxidation states=
|electronegativity=
|number of ionization energies=3
66行目:
| dm2=[[自発核分裂|SF]] (0.5 %) | de2= | pn2= | ps2=}}
{{Elementbox_isotopes_decay | mn=[[ノーベリウム257|257]] | sym=No
| na=[[人工放射性同位体|syn]] | hl=[[1
| dm=[[アルファ崩壊|α]] | de=8.32, 8.22 | pn=[[フェルミウム253|253]] | ps=[[フェルミウム|Fm]]}}
{{Elementbox_isotopes_decay | mn=[[ノーベリウム258|258]] | sym=No
83行目:
|isotopes comment=
}}
'''ノーベリウム''' ({{lang-en-short|nobelium}} {{IPA-en|noʊˈbɛliəm|}}) は[[原子番号]]102の[[人工放射性元素]]。[[元素記号]]は '''No'''。その名称は[[
化学[[実験]]ではノーベリウムは周期表の[[イッテルビウム]]より重い[[同族体]]として振る舞うことが確認されている。ノーベリウムの化学的性質は完全には分かっておらず、ほとんどが[[水溶液]]中でしか知られていない。ノーベリウムが発見される前は他のアクチノイドに特徴的な+3の[[酸化数]]と同様に安定な+2状態を示すと予想されていたが、後に水溶液中では+2の方が+3よりもはるかに安定でありノーベリウムを+3状態に保つことが難しいことが分かり、この予想は確認された。
1950年代と1960年代に[[スウェーデン]]、[[ソ連]]、[[アメリカ合衆国]]の研究所からノーベリウムの発見について多くの主張がなされた。スウェーデンの科学者はすぐにその主張を撤回したが、発見の優先度と元素の命名がソ連とアメリカの科学者の間で論争となった。[[IUPAC]]がソ連のチームの発見を認めたのは1997年になってからであったが、スウェーデンにより提案されたノーベリウムという名前が文献で長年使われていたことからこの名前は維持された。
==発見==
[[File:AlfredNobel2.jpg|thumb|right|この元素の名前は[[アルフレッド・ノーベル]]にちなむ。]]
元素102の発見には複雑な過程があり、スウェーデン、ソ連、アメリカ合衆国のグループにより発見が主張された。[[化学元素発見の年表|検出]]に関して最初の完全で議論の余地がない報告は、1996年に当時ソ連の[[ドゥブナ合同原子核研究所]]からされたものである<ref name="93TWG">{{Cite journal |doi=10.1351/pac199365081757 |title=Discovery of the transfermium elements. Part II: Introduction to discovery profiles. Part III: Discovery profiles of the transfermium elements |year=1993 |last=Barber |first=Robert C. |journal=Pure and Applied Chemistry |volume=65 |pages=1757 |last2=Greenwood |first2=Norman N. |last3=Hrynkiewicz |first3=Andrzej Z. |last4=Jeannin |first4=Yves P. |last5=Lefort |first5=Marc |last6=Sakai |first6=Mitsuo |last7=Úlehla |first7=Ivan M. |last8=Wapstra |first8=Aaldert Hendrik |last9=Wilkinson |first9=Denys H. |issue=8}} (Note: for Part I see Pure and Applied Chemistry, vol. 63, no. 6, pp. 879–886, 1991)</ref>。
元素102の発見についての最初の発表は、1957年にスウェーデンの[[ノーベル研究所]]の物理学者たちによるものであった。研究チームは[[キュリウム]]の標的粒子に[[炭素13|<sup>13</sup>C]]イオンを30分間隔で25時間照射したことを報告した。照射の間、ターゲットの[[イオン交換]]化学が行われた。50回の照射のうち12回は(8.5 ± 0.1) [[MeV]]の[[アルファ粒子]]を放出する試料を含んでいたが、これは[[フェルミウム]]（原子番号Z=100）および[[カリホルニウム]](Z=98)よりも早く溶出する滴の形の試料であった。報告された半減期は10分で、<sup>251</sup>102もしくは<sup>253</sup>102が割り当てられたが、観測されたアルファ粒子が元素102の[[電子捕獲]]により生じた短命の[[メンデレビウム]](Z=101)の同位体に由来する可能性を排除することができなかった<ref name="93TWG" />。チームはこの新元素にノーベリウム(''nobelium'', No)という名前を提案し<ref name="Silva16367" /><ref>{{cite journal |last=Fields |first=Peter R. |last2=Friedman |first2=Arnold M. |last3=Milsted |first3=John |last4=Atterling |first4=Hugo |last5=Forsling |first5=Wilhelm |last6=Holm |first6=Lennart W. |last7=Åström |first7=Björn |date=1 September 1957 |title=Production of the New Element 102 |journal=Physical Review |volume=107 |issue=5 |pages=1460–1462 |doi=10.1103/PhysRev.107.1460 |bibcode=1957PhRv..107.1460F }}</ref>、IUPACによってすぐに承認された<ref name="Emsley2011" />が、この決定をドゥブナのグループは1968年の時点では早急であったとしている<ref name="TWGresponse">{{cite journal |doi=10.1351/pac199365081815 |title=Responses on 'Discovery of the transfermium elements' by Lawrence Berkeley Laboratory, California; Joint Institute for Nuclear Research, Dubna; and Gesellschaft fur Schwerionenforschung, Darmstadt followed by reply to responses by the Transfermium Working Group |year=1993 |last1=Ghiorso |first1=Albert |last2=Seaborg |first2=Glenn T. |last3=Oganessian |first3=Yuri Ts. |last4=Zvara |first4=Ivo |last5=Armbruster |first5=Peter |last6=Hessberger |first6=F. P. |last7=Hofmann |first7=Sigurd |last8=Leino |first8=Matti E. |last9=Münzenberg |first9=Gottfried |last10=Reisdorf |first10=Willibrord |last11=Schmidt |first11=Karl-Heinz |journal=Pure and Applied Chemistry |volume=65 |issue=8 |pages=1815–1824 |doi-access=free }}</ref>。翌年、アメリカの[[ローレンス・バークレー国立研究所]]の科学者たちは実験を繰り返したが、背景効果のない8.5 MeVの現象を見つけることはできなかった<ref name="93TWG" />。
== 特徴 ==▼
1959年、スウェーデンのチームは1958年にバークレーのチームが元素102を検出できなかったことの説明を試み、自身が発見したことを支持した。しかし、その後の研究により半減期が3分を超える<sup>259</sup>Noより軽いノーベリウムの同位体は存在せず（スウェーデンの実験ではそれより重い同位体は生成できなかった）、スウェーデンのチームの結果は半減期が8分であり、すぐにトリプル[[アルファ崩壊]]を経て8.53612 MeVの崩壊エネルギーを持つ<sup>213</sup>[[ポロニウム|Po]]に変化する<sup>225</sup>[[トリウム|Th]]によるものである可能性が高いことが示された。この仮説は<sup>225</sup>Thが使用された反応で容易に生成され、使用された化学的手法では分離されないという事実により重みづけられている。その後のノーベリウムに関する研究では、2価の状態は3価の状態よりも安定であり、したがってアルファ粒子を放出する試料にはノーベリウムが含まれていないことが示された（2価のノーベリウムは他の3価のアクチノイドでは溶出しなかったであろう）<ref name="93TWG" />。このようにスウェーデンのチームは後に主張を撤回し、その活動を背景効果に関連付けた<ref name="Emsley2011">{{cite book |first=John |last=Emsley |title=Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements |url=https://books.google.com/books?id=4BAg769RfKoC&pg=PA368 |date=2011 |publisher=Oxford University Press |isbn=978-0-19-960563-7 |pages=368–9 }}</ref>。
== 同位体 ==▼
[[アルバート・ギオルソ]]、[[グレン・シーボーグ]]、[[John R. Walton]]、[[:en:Torbjørn Sikkeland|Torbjørn Sikkeland]]からなるバークレーのチームは、1958年に元素102の合成を主張した。このチームは新たな[[重イオン]][[線形加速器]](HILAC)を用いて[[キュリウム]](95%の <sup>244</sup>Cmと5%の <sup>246</sup>Cm)に<sup>13</sup>[[炭素|C]]と[[炭素12|<sup>12</sup>C]]イオンを衝突させた。彼らはスウェーデンのチームにより主張された8.5 MeVの活動を確認することはできなかったが、フェルミウム250からの崩壊を検出することができた。これは見かけの半減期が約3秒である<sup>254</sup>102（ <sup>246</sup>Cmから生成された）の娘粒子である。後の1963年のドゥブナの研究でも、<sup>254</sup>102がこの反応で生成されることが確認されたが、その半減期は実際には50 ± 10秒であった。1967年、バークレーのチームは発見された同位体は確かに<sup>250</sup>Fmであったが、半減期測定が実際に関係していた同位体は<sup>244</sup>Cfであって、これはより多い<sup>244</sup>Cmから生成された孫娘粒子、すなわち[[崩壊生成物]]であったと述べ、自身の研究を擁護しようとした。エネルギーの違いはこれまで報告されていなかった「分解能とドリフトの問題」に起因したものであり、他の結果にも影響を与えていたはずである。1877年の実験では<sup>252</sup>102は実際に2.3秒の半減期を持つことが示された。しかし、1973年の研究では<sup>250</sup>Fmの反跳も使われるエネルギーで反応中に形成された可能性のある<sup>250m</sup>Fmの異性体転移（半減期1.8秒）から容易に生成されたことも示されている<ref name="93TWG" />。このことから、この実験ではノーベリウムは実際には生成されなかった可能性が高い<ref name="93TWG" />。
1959年、チームは研究を続け、主に8.3 MeVの[[アルファ粒子]]を放出して崩壊し、半減期3秒で30%の[[自発核分裂]]分岐を伴う同位体を生成できたと主張した。この活動は当初<sup>254</sup>102とされていたが、後に<sup>252</sup>102に変更された。しかし、彼らは困難な条件のためにノーベリウムが生成されたことは確実ではないことにも言及した<ref name="93TWG" />。バークレーのチームはスウェーデンのチームが提案したノーベリウムという元素名を採用することを決定した<ref name="Emsley2011" />。
:{{nuclide|curium|244}} + {{nuclide|carbon|12}} → {{nuclide|nobelium|256}}{{su|p=*}} → {{nuclide|nobelium|252}} + 4 {{su|b=0|p=1}}n
一方でドゥブナでは1958年と1960年に元素102の合成を目指した実験が行われた。最初の1958年の実験では<sup>[[プルトニウム239|239]], [[プルトニウム241|241]]</sup>[[プルトニウム|Pu]]に<sup>[[酸素16|16]]</sup>[[酸素16|O]]イオンを衝突させた。8.5 MeVを超えるエネルギーを持つアルファ崩壊がいくつか観測され、<sup>251, 252, 253</sup>102が割り当てられたが、チームは[[鉛]]や[[ビスマス]]の不純物から同位体が生成されてしまった（ノーベリウムは生成されない）可能性を除外できないと書いている。後に行われた1958年の実験では[[水銀]]、[[タリウム]]、鉛、ビスマスの不純物から新しい同位体が生成されることが指摘されたが、科学者たちは半減期が30秒以下、崩壊エネルギーが8.8 ± 0.5 MeVであることに言及し、この反応から元素102が生成されるという結論を支持していた。後の1960年の実験ではこれらが背景効果であることが証明された。1967年の実験でも崩壊エネルギーは8.6 ± 0.4 MeVまで下がったが、いずれも<sup>253</sup>Noや<sup>254</sup>Noの値と一致するには高すぎる値であった<ref name="93TWG" />。その後ドゥブナのチームはまず1970年に、そして1987年に再度これらの結果は決定的なものではないと述べている<ref name="93TWG" />。
1961年、バークレーの科学者たちはカリホルニウムと[[ホウ素]]イオンと炭素イオンの反応で[[ローレンシウム|元素103]]を発見したと主張した。彼らは同位体<sup>257</sup>103の生成を主張し、また、15秒の半減期とアルファ崩壊のエネルギー8.2 MeVを持つ元素102のアルファ崩壊同位体を合成したと主張し、これを<sup>255</sup>102に割り当てたが、その理由は示さなかった。この値は現在知られている<sup>257</sup>Noの値と一致しているが、<sup>255</sup>Noについて現在知られている値とは一致しておらず、この同位体が今回の実験で一役買っていたと考えられるもその発見は決定的なものではなかった<ref name="93TWG" />。
ドゥブナでも元素102の研究は続けられ、1964年には[[ウラン238|<sup>238</sup>U]]と[[ネオン]]イオンの反応によって元素102を合成し、元素102のアルファ崩壊の娘粒子を検出する実験が行われた。生成物を[[銀]]キャッチャー箔で運び化学的に精製し、同位体<sup>250</sup>Fmと<sup>252</sup>Fmが検出され、この実験で<sup>252</sup>Fmが得られたことは親粒子にあたる<sup>256</sup>102も合成された証拠と解釈された。この反応では余剰な中性子と同時にアルファ粒子が放出されて<sup>252</sup>Fmが直接生成される可能性もあるが、<sup>252</sup>Fmがキャッチャー箔に直接行かないようにする措置がとられた。<sup>256</sup>102に対して検出された半減期は8秒であり、これはもっと新しい1967年の値である(3.2 ± 0.2)秒よりもずっと大きい<ref name="93TWG" />。1966年には<sup>254</sup>102に向けて<sup>243</sup>[[アメリシウム|Am]](<sup>15</sup>[[窒素|N]],4n)<sup>254</sup>102と<sup>238</sup>U(<sup>22</sup>Ne,6n)<sup>254</sup>102の反応を用いた実験が行われ、半減期が(50 ± 10)秒であることが分かった。当時はこの値とそれより早いバークレーの実験の値の矛盾は理解されなかったが、後の研究により<sup>250m</sup>Fmの異性体の形成の可能性はバークレーの実験よりもドゥブナの実験の方が低いことが分かった。今から考えると<sup>254</sup>102についてのドゥブナの実験結果はおそらく正しいものであり、現在では元素102の決定的な検出と考えられている<ref name="93TWG" />。
再度同じ2つの反応を使用したドゥブナによる非常に説得力のあるさらなる実験が1966年に発表され、<sup>254</sup>102は実際にはバークレーが主張する3秒よりもはるかに長い半減期を持っていると結論付けられた<ref name="93TWG" />。その後1967年にバークレーで、1971年に[[オークリッジ国立研究所]]で行われた研究で元素102の発見が完全に確認され、それ以前の観測がはっきりした<ref name="Emsley2011" />。1966年12月、バークレーのグループはドゥブナの実験を繰り返しこれを完全に確認し、このデータを用いて以前に合成したが当時はまだ同定できなかった同位体を最終的に割り当て、1958年から1961年にノーベリウムを発見したと主張した<ref name="Emsley2011" />。
:{{nuclide|uranium|238}} + {{nuclide|neon|22}} → {{nuclide|nobelium|260}}{{su|p=*}} → {{nuclide|nobelium|254}} + 6 {{su|b=0|p=1}}n
1969年、ドゥブナのチームは元素102の化学実験を行い、イッテルビウムの重い同族体として振る舞うという結論を出した。ロシアの科学者たちはそのころ死去した[[イレーヌ・ジョリオ＝キュリー]]にちなんでジョリオチウム(joliotium, Jo)という名前を提案した。これにより元素の命名について論争が生まれ、これは数十年にわたって解決されず、それぞれのグループが自身が提案した名称を使用していた<ref name="Emsley2011" />。
1992年、IUPAC-[[IUPAP]] Transfermium Working Group (TWG) は発見の主張を再評価し、1966年のドゥブナの研究のみが原子番号102の原子核を正しく検出し、崩壊を割り当てたと結論付けた。したがって、1959年にバークレーでノーベリウムが検出された可能性はあるが、ドゥブナのチームがノーベリウムを発見したと公式に認められている<ref name="93TWG" />。しかし、この決定は翌年にバークレーに批判された。彼らは元素101から103までの事例の再開は「時間の無駄」と断じたが、ドゥブナはIUPACの決定に同意した<ref name="TWGresponse" />。
1994年、元素の命名についての論争を解決する試みの一環としてIUPACは101から109の元素の名前を批准した。元素102についてはここ30年の間に文献に定着していたこと、及び[[アルフレッド・ノーベル]]がこのような形で記念されるべきであるとしてノーベリウムという名前を批准した<ref name="IUPAC1997">{{cite journal |title=Names and symbols of transfermium elements |journal=Pure and Applied Chemistry |volume=69 |issue=12 |pages=2471–2473 |date=1997 |url=http://pac.iupac.org/publications/pac/pdf/1997/pdf/6912x2471.pdf |doi=10.1351/pac199769122471 }}</ref>。この発見者の選択を尊重していない決定に対する反発によりコメント期間が設けられ、1995年にIUPACは新たな提案の一部として[[ゲオルギー・フリョロフ]]または[[ドゥブナ合同原子核研究所|フリョロフ核反応研究所]]のいずれかにちなみ元素102をフレロビウム(flerovium, Fl)と命名した<ref name="Haire">{{cite book |last1=Hoffmann |first1=Darleane C. |last2=Lee |first2=Diana M. |last3=Pershina |first3=Valeria |date=2006 |chapter=Transactinides and the future elements |editor-last=Morss |editor-first=Lester R. |editor2-last=Edelstein |editor2-first=Norman M. |editor3-last=Fuger |editor3-first=Jean |title=The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements |edition=3rd |publisher=[[Springer (publisher)|Springer]] |page=1660 |isbn=978-1-4020-3555-5 }}</ref>。この提案も受け入れられず、1997年にノーベリウムという名称に戻った<ref name="IUPAC1997" />。今日、フレロビウムという名称は同じ元素記号で[[フレロビウム|元素114]]を指す<ref name="IUPAC-names-114-116">{{cite press |date=30 May 2012 |title=Element 114 is Named Flerovium and Element 116 is Named Livermorium |url=http://www.iupac.org/news/news-detail/article/element-114-is-named-flerovium-and-element-116-is-named-livermorium.html |publisher=[[IUPAC]] |url-status=dead |archiveurl=https://web.archive.org/web/20120602010328/http://www.iupac.org/news/news-detail/article/element-114-is-named-flerovium-and-element-116-is-named-livermorium.html |archivedate= 2 June 2012 }}</ref>。
===物理的性質===
[[File:Fblock fd promotion energy.png|thumb|upright=1.6|right|fブロックのランタノイドとアクチノイドでf電子をd亜殻に移動させるのに必要なエネルギー。約210kJ/mol以上ではこのエネルギーが高すぎて3価状態の結晶エネルギーが大きいため、アインスタイニウム、フェルミウム、メンデレビウムはランタノイドの[[ユーロピウム]]や[[イッテルビウム]]などのように2価の金属を形成する。ノーベリウムも2価の金属を形成すると予想されているがいまだ確認されていない<ref>{{cite book |first=Richard G.|last=Haire |ref=Haire |contribution=Einsteinium |title=The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements |editor1-first=Lester R. |editor1-last=Morss |editor2-first=Norman M. |editor2-last=Edelstein |editor3-first=Jean |editor3-last=Fuger |edition=3rd |date=2006 |volume=3 |publisher=Springer |location=Dordrecht, the Netherlands |pages=1577–1620 |url=http://radchem.nevada.edu/classes/rdch710/files/einsteinium.pdf |doi=10.1007/1-4020-3598-5_12 |isbn=978-1-4020-3555-5 }}</ref>。]]
[[周期表]]において、ノーベリウムはアクチノイドであるメンデレビウムの右、同じくアクチノイドである[[ローレンシウム]]の左、[[ランタノイド]]のイッテルビウムの下に位置している。ノーベリウムの金属はまだバルク量では調製されておらず、バルク調製は現在のところ不可能である<ref name="Silva1639">Silva, pp. 1639</ref>。しかし、その特性に関して多くの予測といくつかの予備的な実験結果が行なわれている<ref name="Silva1639" />。
ランタノイド及びアクチノイドは金属状態では2価の金属（[[ユウロピウム]]やイッテルビウム）または3価の金属（他のほとんどのランタノイド）のいずれかとして存在する。前者はf<sup>''n''+1</sup>s<sup>2</sup>配置を有するのに対し、後者はf<sup>''n''</sup>d<sup>1</sup>s<sup>2</sup>配置を有する。1975年、JohanssonとRosengrenは2価と3価の金属ランタノイドと金属アクチノイドの凝集エネルギー（結晶化の[[エンタルピー]]）の測定値と予測値を研究した<ref name="Silva16268">Silva, pp. 1626–8</ref><ref>{{cite journal |doi=10.1103/PhysRevB.11.2836 |title=Generalized phase diagram for the rare-earth elements: Calculations and correlations of bulk properties |date=1975 |last1=Johansson |first1=Börje |last2=Rosengren |first2=Anders |journal=Physical Review B |volume=11 |pages=2836–2857 |bibcode=1975PhRvB..11.2836J |issue=8 }}</ref>。結論はノーベリウムの[Rn]5f<sup>14</sup>7s<sup>2</sup>配置に対する[Rn]5f<sup>13</sup>6d<sup>1</sup>7s<sup>2</sup>配置の結合エネルギーの増加は、ずっと後半のアクチノイドにも当てはまるように1個の5f電子を6dに促進するのに必要なエネルギーを保証するのに十分ではないというものであった。したがって、[[アインスタイニウム]]、フェルミウム、メンデレビウムおよびノーベリウムは2価の金属であると予想されたが、この予想は未だ確認されていない<ref name="Silva16268" />。アクチノイド系列の最後に行くずっと前に2価の状態が優勢になるのは、原子番号の増加に伴って増加する5f電子の[[相対論効果|相対論的安定化]]に起因する。この効果はノーベリウムが他のすべてのランタノイドやアクチノイドとは異なり主に3価ではなく2価になることである<ref>{{cite book |doi=10.1021/bk-1980-0131.ch012 |title=Lanthanide and Actinide Chemistry and Spectroscopy |volume=131 |pages=[https://archive.org/details/lanthanideactini0000unse/page/239 239–263] |date=1980 |isbn=978-0-8412-0568-0 |last=Hulet |first=E. Kenneth |editor-last=Edelstein |editor-first=Norman M. |chapter=Chapter 12. Chemistry of the Heaviest Actinides: Fermium, Mendelevium, Nobelium, and Lawrencium |series=ACS Symposium Series |chapter-url-access=registration |chapter-url=https://archive.org/details/lanthanideactini0000unse |url=https://archive.org/details/lanthanideactini0000unse/page/239 }}</ref>。1986年に金属ノーベリウムの[[昇華エンタルピー]]は126 kJ/molと推定され、この値はアインスタイニウム、フェルミウム、メンデレビウムの値に近く、ノーベリウムが2価の金属を形成するという理論を支持している<ref name="Silva1639" />。他の2価の後半のアクチノイド（3価のローレンシウムを除く）と同様、金属ノーベリウムは面心立方晶構造を仮定する<ref name="density">{{cite journal |last=Fournier |first=Jean-Marc |date=1976 |title=Bonding and the electronic structure of the actinide metals |journal=Journal of Physics and Chemistry of Solids |volume=37 |issue=2 |pages=235–244 |doi=10.1016/0022-3697(76)90167-0 |bibcode=1976JPCS...37..235F }}</ref>。2価のノーベリウム金属は約197 [[ピコメートル|pm]]とされている<ref name="Silva1639" />。ノーベリウムの融点は827 °Cと予測されており、隣のメンデレビウムの予測値と同じ値である<ref>{{cite book |ref=Haynes |editor-last=Haynes |editor-first=William M. |date=2011 |title= CRC Handbook of Chemistry and Physics |edition=92nd |publisher=CRC Press |isbn=978-1-4398-5511-9 |pages=4.121–4.123 }}</ref>。密度は約9.9 ± 0.4 g/cm<sup>3</sup>と予測されている<ref name="density" />。
===化学的性質===
ノーベリウムの化学的性質は未解明のところが多く、水溶液中のものしか知られていない。水溶液中では+3か+2の[[酸化数]]をとることができるが、後者の方が安定である<ref name="Silva16367">Silva, pp. 1636–7</ref>。ノーベリウム発見以前は、溶液中での元素102の振る舞いは他のアクチノイドとの類推から、3価の状態が安定であると予想されてきた。しかし、シーボーグは1949年にNo<sup>2+</sup>イオンが充填した[Rn]5f<sup>14</sup>[[電子殻|殻]]を含む[[基底状態]]の[[電子配置]]を持つことから、+2の酸化数も比較的安定であることを予測し、19年後にこの仮説が実証された<ref name="Silva163941">Silva, pp. 1639–41</ref>。
1967年、ノーベリウムの化学的振る舞いを[[テルビウム]]、カリホルニウム、フェルミウムのものと比較する実験が行われた。4つの元素全てを[[塩素]]と反応させ、得られた塩化物をチューブに沿って堆積させ、それに沿って気体により移動させた。その結果生成されたノーベリウム塩化物は固体表面に強く[[吸着]]し他の3元素の塩化物のように揮発性ではないことが分かった。しかしNoCl<sub>2</sub>とNoCl<sub>3</sub>の両方とも不揮発性を示すと予想されていたため、この実験ではノーベリウムの好ましい酸化状態が何であるかについては結論が出なかった<ref name="Silva163941" />が、翌年[[イオン交換|陽イオン交換]][[クロマトグラフィー]]と[[共沈法|共沈]]実験が約5万個の<sup>255</sup>No原子で実験され、ノーベリウムは+2の酸化数を好むという結論が出た。これにより、強い[[酸化剤]]が存在しない場合、溶液中でのノーベリウムは2価の状態が最も安定であることが示された<ref name="Silva163941" />。No<sup>2+</sup>イオンは他のアクチノイドとは異なり、2価の[[アルカリ土類金属]]に近い振る舞いを示し、[[クエン酸]]、[[シュウ酸]]、[[酢酸]]との間に[[錯体]]を形成することが知られている<ref>{{Cite book|title=岩波 理化学辞典 第5版|publisher=岩波書店|year=1998年|date=}}</ref>。
1974年に行われた実験ではノーベリウムはアルカリ土類金属と[[カルシウム|Ca]]<sup>2+</sup>と[[ストロンチウム|Sr]]<sup>2+</sup>の間で溶出することが示された<ref name="Silva163941" />。ノーベリウムは水溶液中で+2の酸化数が最も一般的で安定な唯一知られているfブロック元素である。これはアクチノイド系列の末端にある5f軌道と6d軌道の間に大きなエネルギーギャップがあるためである<ref>{{Greenwood&Earnshaw|p=1278}}</ref>。
7s亜殻の相対論的安定化は二水素化ノーベリウムNoH<sub>2</sub>を大きく不安定化させ、6d<sub>3/2</sub>[[スピノール|スピノル]]以上の7p<sub>1/2</sub>スピノルの相対論的安定化はノーベリウム原子の励起状態が予想される6dの寄与ではなく、7sと7pの寄与を持つことを意味する。NoH<sub>2</sub>分子における長いNo-Hの距離と大きい電荷移動が、この分子の[[双極子モーメント]]が5.94 [[デバイ|D]]と極端なイオン性につながっている。この分子ではノーベリウムが[[典型元素]]のような振る舞いを示すことが予測されており、具体的にはそのns<sup>2</sup>価電子殻配置とコアのような5f軌道を持つアルカリ土類金属のような振る舞いをする<ref>{{cite journal |last1=Balasubramanian |first1=Krishnan |date=4 December 2001 |title=Potential energy surfaces of Lawrencium and Nobelium dihydrides (LrH<sub>2</sub> and NoH<sub>2</sub>)… |journal=Journal of Chemical Physics |volume=116 |issue=9 |pages=3568–75 |doi=10.1063/1.1446029 |bibcode=2002JChPh.116.3568B }}</ref>。
ノーベリウムの[[塩化物]]イオンと錯体形成する能力は、[[バリウム]]のそれに最も似ており、むしろ弱く錯体形成する<ref name="Silva163941" />。0.5M[[硝酸アンモニウム]]水溶液中の[[クエン酸塩]]、[[シュウ酸塩]]、[[酢酸塩]]と錯体形成する能力は、カルシウムと[[ストロンチウム]]の間であるが、ストロンチウムのそれに幾らか近い<ref name="Silva163941" />。
E°(No<sup>3+</sup>→No<sup>2+</sup>)カップルの標準[[酸化還元電位]]は1967年に+1.4から+1.5[[ボルト (単位)|V]]と推定されたが<ref name="Silva163941" />、後の2009年に約+0.75Vであることが判明した<ref>{{cite journal |last1=Toyoshima |first1=A. |last2=Kasamatsu |first2=Y. |first3=K. |last3=Tsukada |first4=M. |last4=Asai |first5=Y. |last5=Kitatsuji |first6=Y. |last6=Ishii |first7=H. |last7=Toume |first8=I. |last8=Nishinaka |first9=H. |last9=Haba |first10=K. |last10=Ooe |first11=W. |last11=Sato |first12=A. |last12=Shinohara |first13=K. |last13=Akiyama |first14=Y. |last14=Nagame |date=8 July 2009 |title=Oxidation of element 102, nobelium, with flow electrolytic column chromatography on an atom-at-a-time scale |journal=Journal of the American Chemical Society |volume=131 |issue=26 |pages=9180–1 |doi=10.1021/ja9030038 |pmid=19514720 |url=https://figshare.com/articles/Oxidation_of_Element_102_Nobelium_with_Flow_Electrolytic_Column_Chromatography_on_an_Atom_at_a_Time_Scale/2844817 }}</ref>。正の値であることはNo<sup>2+</sup>がNo<sup>3+</sup>よりも安定でありNo<sup>3+</sup>が優れた酸化剤であることを示している。E°(No<sup>2+</sup>→No<sup>0</sup>)とE°(No<sup>3+</sup>→No<sup>0</sup>)の値は情報ソースにより異なるが、標準的な推定値は−2.61と−1.26Vである<ref name="Silva163941" />。E°(No<sup>4+</sup>→No<sup>3+</sup>)カップルの値は+6.5Vになると予測されている<ref name="Silva163941" />。No<sup>3+</sup>とNo<sup>2+</sup>形成の[[自由エネルギー|ギブスの自由エネルギー]]はそれぞれ−342[[ジュール毎モル|kJ/mol]]と−480kJ/molと推定されている<ref name="Silva163941" />。
===原子===
ノーベリウム原子には102個の電子があり、そのうち3つが[[価電子]]としてはたらく。これらは[Rn]5f<sup>14</sup>7s<sup>2</sup>（基底状態[[項記号]]<sup>1</sup>S<sub>0</sub>）の配置であることが予測されているが、この電子配置の実験的検証は2006年現在では行われていない<ref name="Silva1639"/>。化合物を形成するときには3つの価電子が全て失われ、[Rn]5f<sup>13</sup>コアが残る可能性がある。このことは[Rn]5f<sup>n</sup>電子配置が3価状態である傾向に一致する。しかしながら、2つの価電子のみが失われ5f<sup>14</sup>殻が満たされ安定した[Rn]5f<sup>14</sup>コアが残る可能性の方が高い。ノーベリウムの第1[[イオン化ポテンシャル]]は7s電子が5f電子の前にイオン化するという仮定に基づき1974年に最大(6.65 ± 0.07) [[電子ボルト|eV]]と測定された<ref name="NIST">{{cite journal |first1=William C. |last1=Martin |first2=Lucy |last2=Hagan |first3=Joseph |last3=Reader |first4=Jack |last4=Sugar |date=1974 |title=Ground Levels and Ionization Potentials for Lanthanide and Actinide Atoms and Ions |journal=[[Journal of Physical and Chemical Reference Data]] |volume=3 |issue=3 |pages=771–9 |doi=10.1063/1.3253147 |bibcode=1974JPCRD...3..771M |url=https://semanticscholar.org/paper/53b1a330a7384cb1eb38bc8d49dd0feea9af0999 }}</ref>。この値はノーベリウムが希少であり高い放射能を持っているという理由から、さらに洗練はされていない<ref>Lide, David R. (editor), ''CRC Handbook of Chemistry and Physics, 84th Edition'', CRC Press, Boca Raton (FL), 2003, section 10, ''Atomic, Molecular, and Optical Physics; Ionization Potentials of Atoms and Atomic Ions''</ref>。[[配位数|6配位]]と8配位のNo<sup>3+</sup>の[[イオン半径]]は1978年にそれぞれ約90pmと102pmと概算されていた<ref name="Silva163941" />。No<sup>2+</sup>のイオン半径は2つの[[有効数字]]に対して実験的に100pmであることが分かっている<ref name="Silva1639" />。No<sup>2+</sup>の[[水和エンタルピー]]は1486kJ/molと計算されている<ref name="Silva163941" />。
{{main|ノーベリウムの同位体}}
ノーベリウムの同位体、[[質量数]]250から260と262の12種類が知られており、全て放射性同位体である<ref name="Silva16378">Silva, pp. 1637–8</ref>。さらに、質量数251、253、254の[[核異性体]]が知られている<ref name="unc">{{Cite web | url=http://www.nucleonica.net/unc.aspx | title=Nucleonica :: Web driven nuclear science|accessdate=2020-06}}</ref><ref name="NUBASE2003"/>。これらのうち最も長寿命である同位体は半減期58分の<sup>259</sup>Noであり、最も長寿命である異性体は半減期1.7秒の<sup>251m</sup>Noである<ref name="unc" /><ref name="NUBASE2003">{{citation |title=The N<small>UBASE</small> evaluation of nuclear and decay properties |doi=10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 |last1=Audi |first1=Georges |last2=Bersillon |first2=Olivier |last3=Blachot |first3=Jean |last4=Wapstra |first4=Aaldert Hendrik |authorlink4=Aaldert Wapstra |journal=Nuclear Physics A |volume=729 |pages=3–128 |year=2003 |url=<!-- dead: http://amdc.in2p3.fr/nubase/Nubase2003.pdf -->https://hal.archives-ouvertes.fr/in2p3-00020241/document |bibcode=2003NuPhA.729....3A |ref={{{ref|}}} }}</ref>。しかし、まだ発見されていない同位体である<sup>261</sup>Noはそれより長い170分の半減期を持つと予測されている<ref name="unc" /><ref name="NUBASE2003" />。短寿命の<sup>255</sup>No（半減期3.1分）は<sup>249</sup>Cfに<sup>12</sup>Cイオンを照射することで大量に生成できるため、化学実験によく用いられている<ref name="Silva16378" />。<sup>259</sup>Noと<sup>255</sup>Noの次に安定なノーベリウムの同位体は<sup>253</sup>No（半減期1.62分）、<sup>254</sup>No（51秒）、<sup>257</sup>No（25秒）、<sup>256</sup>No（2.91秒）、<sup>252</sup>No（2.57秒）である<ref name="Silva16378" /><ref name="unc" /><ref name="NUBASE2003" />。残りのノーベリウムの同位体は全て半減期が1秒以下であり、最も短寿命なノーベリウムの同位体(<sup>250</sup>No)は半減期が0.25[[ミリ秒]]である<ref name="Silva16378" /><ref name="unc" /><ref name="NUBASE2003" />。同位体<sup>254</sup>Noは<sup>231</sup>[[プロトアクチニウム|Pa]]から<sup>279</sup>[[レントゲニウム|Rg]]までの一連の[[回転楕円体|扁長]]核の中間にあり、その核異性体（うち2つが知られている）の形成は球状の陽子殻のすぐ上にくる2f<sub>5/2</sub>のような[[殻模型|陽子軌道]]により制御されているため、理論的には特に興味深い。これは<sup>208</sup>Pbと<sup>48</sup>Caを反応させることで合成できる<ref name="Kratz">{{cite conference |last1=Kratz |first1=Jens Volker |date=5 September 2011 |title=The Impact of Superheavy Elements on the Chemical and Physical Sciences |url=http://tan11.jinr.ru/pdf/06_Sep/S_1/02_Kratz.pdf |conference=4th International Conference on the Chemistry and Physics of the Transactinide Elements |accessdate=27 August 2013 }}</ref>。
ノーベリウムの同位体の半減期は<sup>250</sup>Noから<sup>253</sup>Noまではなめらかに増加するが、<sup>254</sup>Noで沈み、これを超えると[[自発核分裂]]が支配的な崩壊モードとなって偶数-偶数ノーベリウム同位体の半減期は急激に減少する。例えば、<sup>256</sup>Noの半減期は3秒近くであるが、<sup>258</sup>Noの半減期は1.2ミリ秒に過ぎない<ref name="Silva16378" /><ref name="unc" /><ref name="NUBASE2003" />。このことはノーベリウムではアクチノイド系列の長寿命核の領域、すなわち[[安定の島]]に陽子の相互反発による限界があることを示している<ref name="Nurmia">{{cite journal |first=Matti |last=Nurmia |date=2003 |title=Nobelium |journal=Chemical and Engineering News |url=http://pubs.acs.org/cen/80th/nobelium.html |volume=81 |issue=36 }}</ref>。偶数-奇数ノーベリウム同位体は質量数の増加に伴って半減期が長くなり、この傾向は<sup>257</sup>Noで減少に転じる<ref name="Silva16378" /><ref name="unc" /><ref name="NUBASE2003" />。
==
ノーベリウムの同位体は、<sup>262</sup>Lrの娘粒子として生成される<sup>262</sup>Noを除き、そのほとんどがアクチノイドの標的粒子（[[ウラン]]、プルトニウム、キュリウム、カリホルニウム、アインスタイニウム）に衝突させることにより生成される<ref name="Silva16378" />が、最も一般的に使用される同位体の<sup>255</sup>Noは<sup>248</sup>Cmや<sup>249</sup>Cfに<sup>12</sup>Cを照射することにより生成される。後者の方法の方がより一般的であるとされ、<sup>249</sup>Cfの350[[マイクログラム|μg]] cm<sup>−2</sup>のターゲットに毎秒3兆個(3 × 10<sup>12</sup>)の73[[電子ボルト|MeV]]の<sup>12</sup>Cイオンを10分間照射することで、約1200個の<sup>255</sup>No原子を生成することができる<ref name="Silva16378" />。
<sup>255</sup>Noが生成されると、隣のアクチノイドであるメンデレビウムを精製するために使われるのと同様の方法で分離することができる。生成された<sup>255</sup>No原子の反跳[[運動量]]はそれらが生成されたターゲットから物理的に遠ざけるために使われ、真空中でターゲットのすぐ後ろにある金属（通常は[[ベリリウム]]、[[アルミニウム]]、[[白金]]、[[金]]）の薄い箔の上に移動する。これは通常[[雰囲気]]ガス（しばしば[[ヘリウム]]）でノーベリウム原子をトラップし、反応チャンバーの小さな開口部からガスジェットとともにそれを運ぶことにより結合される。長い[[毛細管]]を使用し、ヘリウムガス中に[[塩化カリウム]]の[[エアロゾル]]を含めることでノーベリウム原子を数十メートルにわたって運ぶことができる<ref name="Silva16389">Silva, pp. 1638–9</ref>。箔上に集められたノーベリウムの薄層は箔を完全に溶解させずに希酸で除去することができる<ref name="Silva16389" />。他の3価のアクチノイドとは異なる2価の状態を形成する傾向を利用してノーベリウムを分離することができる。典型的に使われる[[溶出]]条件（固定有機相として[[ビス-(2-エチルヘキシル)リン酸]](HDEHP)、移動水相として0.05M[[塩酸]]、または陽イオン交換樹脂カラムからの溶離剤として3M塩酸を使用）では、ノーベリウムはカラムを通過して溶出するが、他の3価のアクチノイドはカラムに残る<ref name="Silva16389" />。ただし、直接「キャッチャー」金箔を使用する場合は、HDEHPを使用するクロマトグラフィー抽出カラムから溶出してノーベリウムを分離する前に陰イオン交換クロマトグラフィーを使用して金を分離する必要があるため、その過程は複雑になる<ref name="Silva16389" />。
== 出典 ==
{{
==参考文献==
* {{cite book |doi=10.1007/978-94-007-0211-0_13 |title=The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements |pages=1621–1651 |date=2011 |isbn=978-94-007-0210-3 |publisher=Springer |place=Netherlands |last=Silva |first=Robert J. |editor-last=Morss |editor-first=Lester R. |editor2-last=Edelstein |editor2-first=Norman M. |editor3-last=Fuger |editor3-first=Jean |chapter=Chapter 13. Fermium, Mendelevium, Nobelium, and Lawrencium |ref=Silva}}
==外部リンク==
{{Commons|Nobelium}}
* [http://www.nndc.bnl.gov/chart/ Chart of Nuclides]. nndc.bnl.gov
* [http://periodic.lanl.gov/102.shtml Los Alamos National Laboratory – Nobelium]
* [http://www.periodicvideos.com/videos/102.htm Nobelium] at ''[[The Periodic Table of Videos]]'' (University of Nottingham)
{{Authority control}}
{{元素周期表}}
| |||