더브니움

Dubnium
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Dubnium, 105Db
더브니움
발음
질량수[268]
주기율표 안의 더브니움
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕어 탄소 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브로민 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오비움 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 은색 카드뮴 인듐 주석 안티모니 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 테르비움 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이테르비움속 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 백금 금 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로텍티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 캘리포늄 아인슈타인움 페르뮴 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 루더포듐 더브니움 수보르기움 보히움 하시움 메이트네리움 다름슈타디움 뢴트게늄 코페르니슘 니혼륨 플레로비움 모스코비움 간모륨 테네신 오가네손
타
↑
db
↓
(Upe)
러더포디움 ← 더브니움 → 씨보르기움
원자번호 (Z)105
그룹5그룹
기간7주기
블록 d-블록
전자 구성[Rn] 5f14 6d3 7s2[3]
셸당 전자2, 8, 18, 32, 32, 11, 2
물리적 성질
위상 STP서고체(고체)[4]
밀도 (근처 )21.6 g/cm3 (predicted)[5][6]
원자성
산화 상태(+3), (+4), +5[3][7](부모: 예측)
이온화 에너지
  • 1차: 665 kJ/mol
  • 2위: 1547 kJ/mol
  • 3위: 2378 kJ/mol
  • (추가)(첫 번째 추정치 제외)[3]
원자 반지름경험적: 139pm(오후)[3]
공동 반지름오후 149시(오후)[8]
기타 속성
자연발생인조의
결정구조 신체 중심 입방체(BCC) (1993)[4]
Body-centered cubic crystal structure for dubnium
CAS 번호53850-35-4
역사
이름 지정러시아 모스크바주 더블나에 이어 핵연구 공동연구소 부지
디스커버리Lawrence Berkeley Laboratory and Joint Institute for Nuclear Research(1970)에 의해 독립적으로
더브늄 주 동위 원소
이소슈토페 아부네댄스 하프라이프 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
262db 동음이의 34초[9][10] 67% α 258Lr
SF 33%
263db 동음이의 27초[10] 56% SF
41% α 259Lr
3% ε 263mRF
266db 동음이의 20분[10] SF
ε? 266RF
267db 동음이의 1.2시간[10] SF
ε? 267RF
268db 동음이의 28시간[10] SF
ε? 268RF
α[11] 264Lr
270db 동음이의 15시간[12] 17% SF
83% α 266Lr
ε? 270RF
카테고리: 더브니움
참고 문헌

Dubnium은 Db와 원자 번호 105를 가진 합성 화학 원소다.그것은 높은 방사능을 가지고 있다: 가장 안정적인 것으로 알려진 동위원소인 Dubnium-268은 반감기가 약 28시간이다.이것은 그 원소에 대한 연장된 연구를 크게 제한한다.

더브니움은 지구에서 자연적으로 발생하지 않고 인공적으로 생산된다.소련의 핵 연구 공동 연구소(JINR)는 1968년에 처음으로 원소가 발견되었다고 주장했고, 1970년에 미국 로렌스 버클리 연구소가 그 뒤를 이었다.두 팀 모두 새로운 요소에 이름을 제안해 정식 승인 없이 사용했다.오랜 분쟁은 1993년 국제순수응용화학연합과 국제순수응용물리학연합이 결성한 트랜스퍼뮴 워킹그룹의 발견 주장에 대한 공식 조사로 해결돼 이번 발견이 양 팀 간에 공식적으로 공유된 공로를 인정받게 됐다.이 원소는 공식적으로 1997년 JINR의 터전인 더블나 마을의 이름을 따서 더브니움이라고 명명되었다.

이론적 연구는 더브니움을 6d 전이 금속 시리즈에서 5그룹 멤버로 설정하여 바나듐, 니오비움, 탄탈륨 아래에 둔다.더브니움은 발란스 전자 구성 및 지배적인 +5 산화 상태와 같은 대부분의 속성을 다른 그룹 5 원소와 공유해야 하며, 상대론적 효과로 인한 몇 가지 이상 징후가 있어야 한다.더브늄 화학에 대한 제한적인 조사가 이것을 확인시켜 주었다.솔루션 화학 실험 결과 더브니움은 종종 탄탈룸보다는 니오비움에 더 가까운 행동을 하며 주기적인 추세를 깨는 것으로 밝혀졌다.

소개

이 섹션은 소개에서 가장 무거운 요소로 변환된다.(이력 편집)
참고 항목:슈퍼헤비 요소 § 소개
A graphic depiction of a nuclear fusion reaction
핵융합 반응에 대한 그래픽 묘사.두 개의 핵이 하나로 융합되어 중성자를 방출한다.지금까지 새로운 원소를 만들어낸 반응은 유사했는데, 단수 중성자 몇 개가 가끔 방출되거나 아예 방출되지 않는 유일한 가능한 차이였다.
외부 영상
video icon 오스트레일리아 국립대학의[13] 계산에 기초한 성공하지 못한 핵융합 시각화

가장 무거운[a] 원자핵은 크기가[b] 같지 않은 두 개의 다른 핵들을 하나로 결합하는 핵 반응에서 생성된다; 대략 질량 면에서 두 핵이 더 불평등할수록 두 핵이 반응할 가능성이 더 크다.[19]더 무거운 핵으로 만들어진 물질은 표적으로 만들어지고, 그 다음에는 더 가벼운 핵의 빔에 의해 폭격된다.두 개의 핵은 서로 충분히 가까이 접근해야만 하나로 융합할 수 있다; 보통 핵은 정전기적 반발로 인해 서로 밀어낸다.강한 상호작용은 이러한 반발력을 극복할 수 있지만 핵으로부터 매우 짧은 거리 내에서만 가능하다. 따라서 빔 핵은 빔 핵의 속도에 비해 그러한 반발력을 경미하게 만들기 위해 크게 가속된다.[20]가까이 오는 것만으로 두 개의 핵이 융합되기에는 충분하지 않다: 두 개의 핵이 서로 접근할 때, 그들은 보통−20 10초 정도 함께 있다가 하나의 핵을 형성하기보다는 (반작용 전과 동일한 구성으로 반드시 존재하는 것은 아니다) 부분적인 방법들을 (반작용 전과 같은 구성으로) 유지한다.[20][21]만약 핵융합이 일어난다면, 복합핵이라고 불리는 일시적인 합병은 흥분된 상태일 것이다.혼합핵은 흥분 에너지를 잃고 보다 안정된 상태에 도달하기 위해 한 개 또는 여러 개의 중성자를 방출하거나 배출하는데,[c] 이 중성자는 에너지를 운반한다.이는 최초 충돌 후 약 10초−16 후에 발생한다.[22][d]

빔은 표적을 통과하여 다음 방인 분리기에 도달한다. 새로운 핵이 생성되면 이 빔과 함께 운반된다.[25]분리기에서 새로 생성된 핵은 다른 핵종(원래 빔과 다른 반응 제품의 핵)[e]에서 분리되어 표면 배리어 검출기로 전달되며, 이는 핵이 정지한다.검출기에 대한 다음 충격의 정확한 위치가 표시되며, 에너지 및 도착 시간도 표시된다.[25]전달은 약 10초−6 정도 걸린다. 감지되기 위해서는 핵이 이만큼 오래 살아남아야 한다.[28]핵은 붕괴가 등록되면 다시 기록되며, 위치, 에너지, 붕괴 시간을 측정한다.[25]

핵의 안정성은 강한 상호작용에 의해 제공된다.그러나, 그것의 범위는 매우 짧다; 핵이 커질수록, 가장 바깥쪽 핵에 대한 영향력은 약해진다.동시에 핵은 사정거리가 무제한이어서 양성자 사이의 정전기적 반발에 의해 갈라진다.[29]따라서 가장 무거운 원소의 핵은 이론적으로 예측되며[30] 지금까지 알파 붕괴와 자발적 핵분열이라는 그러한 반발에 의해 야기되는 붕괴 모드를 통해 주로 붕괴되는 것으로 관찰되어[31] 왔다.[f] 이러한 모드는 초중량 원소의 핵에 지배적이다.알파 해독은 방출된 알파 입자에 의해 등록되며, 붕괴 산물은 실제 붕괴 전에 결정하기 쉽다. 만약 그러한 붕괴나 연속적인 해독이 알려진 핵을 생성한다면, 반응의 원래 산술적으로 결정할 수 있다.[g]그러나 자발적 핵분열은 다양한 핵들을 생산물로 생산하기 때문에 원래의 핵종들은 딸들로부터 결정될 수 없다.[h]

따라서 가장 무거운 원소 중 하나를 합성하려는 물리학자들이 이용할 수 있는 정보는 검출기에서 수집된 정보, 즉 검출기에 입자가 도달한 위치, 에너지 및 시간, 그리고 검출기의 붕괴 시간이다.물리학자들은 이 자료를 분석하여 그것이 정말로 새로운 원소에 의해 야기된 것이며 주장했던 것과 다른 핵종에 의해 야기되었을 수 없다는 결론을 내리려고 한다.제공된 데이터는 새로운 요소가 확실히 생성되었다는 결론에 불충분하며 관측된 효과에 대한 다른 설명이 없다. 데이터 해석에 오류가 발생하였다.[i]

디스커버리

배경

원소 92인 우라늄은 자연에서 상당한 양이 발생하는 가장 무거운 원소다; 무거운 원소는 합성에 의해서만 실질적으로 생산될 수 있다.새로운 원소인 넵투늄, 원소 93의 첫 합성은 1940년 미국의 한 연구팀에 의해 달성되었다.[43]그 다음 해에, 미국 과학자들은 1955년에 합성된 멘델레비움, 원소 101까지 원소를 합성했다.원소 102에서 발견의 우선 순위는 미국과 소련의 물리학자들 사이에서 경합되었다.[44]그들의 경쟁은 그들의 발견에 대한 새로운 요소들과 신용을 얻기 위한 경쟁으로 귀결되었고, 후에 트랜스퍼뮴 전쟁이라고 명명되었다.[45]

보고서

104, 105, 106[46] 원소의 화학적 특성화에 사용되는 두브나 장치

105호 원소의 발견에 대한 첫 보고서는 1968년 4월 소련 모스크바 주 더블나에 있는 핵연구 공동연구소(JINR)에서 나왔다.과학자들은 암에게 네이온 빔을 퍼부었고, 9.4 MeV (반감기 0.1~3초)와 9.7 MeV (t1/2 > 0.05초) 알파 활동을 보고했으며, 103이나 103과 유사한 알파 활동을 보고하였다.이전의 이론적 예측에 근거해, 두 활동 라인은 각각 105와 105에 할당되었다.[47]

243
95Am
 + N
 → 105 + x n
 (x = 4, 5)

105 원소의 알파 해독을 관찰한 후, 연구진은 원소의 자발적 핵분열(SF)을 관찰하고 그 결과 발생하는 핵분열 파편들을 연구하는 것을 목표로 삼았다.그들은 1970년 2월에 14 ms와 2.2±0.5초의 반감기를 가진 두 개의 그러한 활동의 여러 예를 보고하는 논문을 발표했다.그들은 전자의 활동을 암에게[j] 할당하고 후자의 활동을 원소 105의 동위원소로 돌렸다.이들은 이론적 예측에 따라 이 반응에 대한 수율비가 암 생성 이전 반응에 비해 현저히 낮기 때문에 105 요소가 아닌 이전 반응에서 이 활동이 나올 가능성은 낮다고 제안했다.이 활동이 22(Ne,xn) 반응에서 비롯된 것이 아님을 규명하기 위해 연구자들은 암 표적에게 O 이온을 퍼부었다; 103과 103을 생성하는 반응은 (확립된 데이터를 일치시키는) SF 활동을 거의 보여주지 않았고, 103과 103을 더 많이 생성하는 반응은 이론 데이터와 일치하는, 전혀 SF 활동을 생성하지 않았다.연구원들은 관찰된 활동이 105 요소의 SF에서 나온다고 결론지었다.[47]

1970년 4월 미국 캘리포니아주 버클리의 로렌스 버클리 연구소(LBL) 연구팀은 캘리포늄-249에 질소-15 이온을 퍼부어 105 원소를 합성했다고 주장했으며 알파 활성도는 9.1 MeV이다.이 활동이 다른 반응에서 비롯된 것이 아니라는 것을 확실히 하기 위해, 연구팀은 Cf를 N으로, Pb를 N으로, Hg를 N으로 폭격하는 등의 다른 반응을 시도했다.그들은 이러한 반응에서 그러한 활동은 발견되지 않았다고 말했다.딸핵의 특성은 103의 특성과 일치하여 모핵이 105개임을 시사했다.[47]

249
98Cf

 + N → 105 + 4n

이러한 결과는 105의 9.4 MeV 또는 9.7 MeV 알파 붕괴에 관한 JINR 결과를 확인하지 못했으며, 105만 동위원소로 남겨두었다.[47]

그 후, JINR은 1970년 5월에 한 보고서에 발표된 105 요소를 창조하기 위한 또 다른 실험을 시도했다.그들은 105 원소의 핵들을 더 많이 합성했으며, 그 실험이 그들의 이전 작품을 확인했다고 주장했다.이 논문에 따르면, JINR에 의해 생산된 동위원소는 아마도 105, 또는 아마도 105일 것이다.[47]이 보고서에는 초기 화학 검사가 포함되었다: 가스-크로마토그래피 방법의 열경사화 버전을 적용하여 SF 활동에서 형성된 염화물이 하프늄 테트라클로라이드가 아닌 니오비움 펜타클로라이드와 거의 일치한다는 것을 입증했다.연구팀은 에카 탄탈룸 성질을 묘사한 휘발성 염화물에서 2.2초간 SF 활동을 확인했고, SF 활동의 출처가 105소자였을 것이라고 추론했다.[47]

1970년 6월, JINR은 첫 번째 실험을 개선해, 보다 순수한 표적을 사용하였고, 포수 앞에 콜리메이터를 설치하여 전달 반응의 강도를 낮췄다.이번에 그들은 103이나 103으로 식별 가능한 딸 동위원소가 있는 9.1 MeV 알파 활동을 발견할 수 있었는데, 이는 원래 동위원소가 105 또는 105임을 암시한다.[47]

명명논란

Photo of Niels Bohr
Photo of Otto Hahn
덴마크의 핵물리학자 닐스 보어와 독일의 핵화학자인 오토 한은 105번 원소의 이름을 가능한 것으로 제안했다.

JINR은 105 요소의 합성을 주장하는 그들의 첫 보고서 이후에 이름을 제안하지 않았다. 그것은 일반적인 관행이었을 것이다.이로 인해 LBL은 JINR이 그들의 주장을 뒷받침할 충분한 실험 데이터를 가지고 있지 않다고 믿게 되었다.[48]JINR은 더 많은 데이터를 수집한 후, 원자 구조와 양자 이론의 창시자인 덴마크 핵 물리학자 닐스 보어(Ns)를 기리기 위해 닐스보히움(Ns)이라는 이름을 제안했다.이들은 LBL이 105원소 합성을 처음 발표했을 때 '핵화학 아버지' 독일 화학자 오토 한(Ha)의 이름을 따서 '하늄(Ha)'이라는 이름을 붙이자고 제안해 '원소 명명 논란'을 일으켰다.[49]

1970년대 초반 양 팀은 다음 요소인 106의 합성을 보고했지만 이름을 제시하지는 않았다.[50]JINR은 발견 기준을 명확히 하기 위해 국제위원회를 설립할 것을 제안했다.이 제안은 1974년에 받아들여졌고 중립적인 공동 단체가 결성되었다.[51]어느 팀도 제3자를 통한 갈등 해결에 관심을 보이지 않았기 때문에, LBL의 선두 과학자인 앨버트 기오르소와 글렌 시보르그도 1975년 더블나로 건너가 JINR의 선두 과학자인 조지 플레로프, 유리 오가네시안 등을 만나 갈등을 내부적으로 해결하고 중립적인 공동집단을 불필요하게 만들었다.두 시간 동안 논의했지만 [52]실패했어중립적인 공동 집단은 이러한 주장을 평가하기 위해 한 번도 모인 적이 없었고 갈등은 여전히 해결되지 않은 채 남아있다.[51]1979년 IUPAC는 영구적인 이름이 설정될 때까지 자리 표시자로 사용할 체계적인 요소 이름을 제안하였다. 그 아래 105 요소는 라틴어 뿌리 언닐과 닐- 그리고 그리스어 뿌리 펜티엄(각각 원자 번호의 숫자 "하나", "0", "5"를 의미한다)에서 나온 유니일펜티움일 것이다.두 팀 모두 뛰어난 주장을 약화시키고 싶지 않아 이를 무시했다.[53]

1981년, 서독 헤세의 다르슈타트에 있는 게셀샤프트 퓌르 슈베리오넨포르스충(GSI; 중이온 연구를 위한 협회)은 107 원소의 합성을 주장하였다. 그들의 보고서는 JINR의 첫 보고 이후 5년 동안 더 정밀하게 나왔으며, 발견에 대한 보다 확실한 주장을 하였다.[47]GSI는 새로운 원소에 대해 닐스보히움이라는 이름을 제안함으로써 JINR의 노력을 인정했다.[51]JINR은 발견자를 먼저 결정하는 것이 더 중요하다고 말하면서 105 요소의 새로운 이름을 제안하지 않았다.[51]

class=notpageimage
유럽 러시아 내 더블나의 위치

1985년 국제순수응용화학연맹(IUPAC)과 국제순수응용물리학연맹(IUPAP)은 트랜스퍼뮴 워킹그룹(Transferium Working Group, TWG)을 결성하여 발견을 평가하고 논란이 되는 원소의 최종 명칭을 정립하였다.[47]당은 3개 경쟁 기관의 대표들과 회의를 가졌으며, 1990년에는 요소 인정 기준을 정했고, 1991년에는 발견 평가 작업을 마치고 해산했다.이 결과는 1993년에 발표되었다.보고서에 따르면 가장 먼저 확실히 성공한 실험은 1970년 4월 LBL 실험으로 1970년 6월 JINR 실험에 밀접하게 뒤이은 만큼 원소 발견에 대한 공로를 양 팀 간에 공유해야 한다.[47]

LBL은 JINR로부터의 입력이 리뷰에서 과대평가되었다고 말했다.그들은 JINR이 원소 105의 합성을 1년 후에야 모호하지 않게 증명할 수 있었다고 주장했다.JINR과 GSI는 이 보고서를 승인했다.[51]

1994년에 IUPAC는 분쟁 요소들의 명칭에 대한 권고안을 발표하였다.105 원소의 경우, 그들은 핵물리학과 화학 발전에 기여한 프랑스 물리학자 Fredéric Joliot-Qurie의 이름을 따서 졸리오튬(Jl)을 제안했고, 이 이름은 원래 소련의 102 원소에 의해 제안되었는데, 그 때까지 오랫동안 노벨륨이라고 불렸다.[54]이 권고안은 몇 가지 이유로 미국 과학자들에 의해 비판을 받았다.첫째로, 그들의 제안은 엉망이 되었다: 원래 버클리가 104와 105에 대해 제안했던 러더포듐과 하늄은 각각 106과 108 요소에 재지정되었다.둘째로, 요소 104와 105는 일찍이 LBL을 둘 다에 대해 동등한 공동 발견자로 인식했음에도 불구하고, JINR이 선호하는 이름을 부여받았다.셋째로 가장 중요한 것은 IUPAC는 1993년 보고서가 LBL 팀에게 그것의 발견에 대한 유일한 공적을 주었음에도 불구하고, 어떤 원소의 이름을 살아있는 사람의 이름을 따서 지을 수 없다는 규칙을 방금 승인하면서 106 원소의 이름을 해저지움이라고 부르지 않았다.[55]

1995년 IUPAC는 논란의 여지가 있는 규정을 버리고 타협점을 찾기 위한 국가 대표 위원회를 설립하였다.그들은 103번 원소에 대해 확립된 명칭을 제외한 다른 모든 미국 제안들을 제거하는 대가로 106번 원소에 대해 seaborgium을 제안했다.원소 102에 대해 똑같이 확립된 이름인 노벨륨은 1993년 두브나에서 그 원소가 처음 합성되었다는 보고서에 의해 인식된 후 게오르기 플레로프의 이름을 따서 플레로비움으로 대체되었다.이것은 미국 과학자들에 의해 거부되었고 그 결정은 철회되었다.[56][3]플레로비움이라는 이름은 후에 114 원소에 사용되었다.[57]

1996년 IUPAC는 또 다른 회의를 열고, 손에 들고 있는 모든 이름을 재고했으며, 1997년에 승인되고 출판된 또 다른 권고안을 받아들였다.[58]105 원소는 러시아 더블나의 이름을 따서 더블니움(Db)으로 명명되었는데, JINR의 위치였다. 미국의 제안은 102, 103, 104, 106 원소에 사용되었다.이전의 IUPAC 권장사항에서 104 요소에 더브니움이라는 이름이 사용되었었다.미국 과학자들은 이 결정을 "유감스럽게" 승인했다.[59]IUPAC는 버클리 실험실이 베르켈륨, 캘리포늄, 아메리슘 등의 명칭에서 이미 여러 차례 인정을 받았으며, 104, 105, 106 원소의 발견에 대한 JINR의 기여를 인정함으로써 104, 106 원소의 러더포듐과 해저기움이라는 명칭의 수용을 상쇄해야 한다고 지적했다.[60]

동위 원소

주요 기사:더브늄 동위 원소
A 2D graph with rectangular cells in black and white, spanning from the lower left corner to the upper right corner, with cells mostly becoming lighter closer to the latter
2012년 JINR에서 사용한 핵종 안정성 차트.특징적인 동위원소는 경계선으로 표시된다.[61]

원자 번호가 105인 더블니움은 초 헤비 원소로, 원자 번호가 그렇게 높은 모든 원소와 마찬가지로 매우 불안정하다.가장 오래 지속되는 것으로 알려진 더블늄 동위 원소인 db는 하루 정도 반감기를 가지고 있다.[62]안정적 동위원소는 발견되지 않았으며, 2012년 JINR의 계산에 따르면 모든 더블늄 동위원소의 반감기가 하루를 크게 초과하지 않을 것이라고 한다.[61][k]더브니움은 인공적인 생산을 통해서만 얻을 수 있다.[l]

더브니움의 짧은 반감기는 실험을 제한한다.이것은 가장 안정적인 동위원소가 합성하기 가장 어렵다는 사실에 의해 악화된다.[65]원자 번호가 낮은 원소는 원자 번호가 높은 원소보다 중성자-프로톤 비율이 낮은 안정적 동위원소를 가지고 있는데, 이는 초중량 원소를 생성하기 위해 사용할 수 있는 표적과 빔 핵은 이러한 가장 안정적인 동위원소를 형성하는 데 필요한 것보다 적은 중성자를 가지고 있다는 것을 의미한다.(급속 중성자 포획 및 고속 중성자 포획에 기초한 다른 기법)2010년대를 기점으로 전이반응이 검토되고 있지만, 크고 작은 핵의 충돌에 근거한 반응들이 여전히 그 지역의 연구를 지배하고 있다.)[66][67]

각 실험에서 db의 원자 몇 개만 생산될 수 있으며, 따라서 측정된 수명은 그 과정 동안 크게 달라진다.세 번의 실험 동안 총 23개의 원자가 생성되었고, 그 결과 반감기는 28시간이었다+11
−4.[68]두 번째로 안정된 동위원소인 db는 훨씬 더 적은 양으로 생산되었는데, 총 3개의 원자로 수명이 33.4시간,[69] 1.3시간, 1.6시간이다.[70]이 두 개의 동위원소는 현재까지 가장 무거운 더블늄 동위 원소로, 둘 다 직접보다는 무거운 핵 맥과 T가 부패한 결과로 생산되었는데, 이를 산출한 실험은 원래 두브나에서 Ca 빔을 위해 설계되었기 때문이다.[71]질량에서, Ca는 양적 및 상대적 측면에서 실질적으로 안정된 모든 핵들 중 가장 큰 중성자 과잉을 가지고 있으며,[62] 이는 그에 상응하여 더 많은 중성자를 가진 초중핵들을 합성하는데 도움을 주지만, 이 이득은 높은 원자 숫자에 대한 핵융합 가능성 감소에 의해 보상된다.[72]

예측 특성

주기율법에 따르면 더브니움은 바나듐, 니오비움, 탄탈룸이 있는 5군에 속해야 한다.여러 연구에서 105 원소의 성질을 조사한 결과, 일반적으로 주기율의 예측에 동의한다는 것을 밝혀냈다.그럼에도 불구하고 유의한 편차는 상대론적 효과로 인해 발생할 수 있으며,[m] 이는 원자 및 거시적 척도의 물리적 특성을 극적으로 변화시킨다.이러한 특성들은 몇 가지 이유로 측정하기 어려운 상태로 남아 있다: 초 헤비 원자의 생산의 어려움, 현미경 규모만 허용하는 낮은 생산률, 원자를 시험하기 위한 방사화학 실험실의 요건, 원자의 짧은 반 리브, 그리고 원자의 많은 원하지 않는 활동들의 존재.m 초 헤비 원자의 합성의 그것들.지금까지 연구들은 오직 하나의 원자에 대해서만 수행되었다.[3]

원자 및 물리적

더브니움에서 7s 발란스 전자의 상대론적(고체선)과 비상대론적(고체선) 방사 분포.

직접적인 상대론적 효과는 원소들의 원자수가 증가함에 따라 전자와 핵 사이의 전자기적 끌어당김이 증가함에 따라 가장 안쪽 전자가 핵 주위를 더 빠르게 회전하기 시작하는 것이다.예를1/2 들어,[3] 7s 궤도들은 크기가 25%까지 수축되고 2.6 eV만큼 안정화된다.

보다 간접적인 효과는 수축된 s와 p 궤도들이1/2 핵의 전하를 보다 효과적으로 차폐하여 외부 d와 f 전자에 비해 적은 양을 남기므로 더 큰 궤도상에서 움직인다는 것이다.더브니움은 이것에 의해 크게 영향을 받는다: 이전의 그룹 5 멤버들과 달리, 그것의 7s 전자는 그것의 6d 전자보다 약간 더 추출하기 어렵다.[3]

그룹 5 원소에 대한 ns 궤도(n-1)의 상대론적 안정화, (n-1)d 궤도의 불안정화 및 스핀-오비트 분할.

또 다른 효과로는 스핀-오빗 상호작용, 특히 스핀-오비트 분할이 있는데, 이는 d 쉘의 방위 양자수 ℓ은 2인 6d 서브쉘을 두 개의 서브셸로 분할하고, 10개의 궤도 중 4개는 3/2로 낮추고 6개는 5/2로 상승시킨다.10개의 에너지 레벨은 모두 상승한다. 그 중 4개는 다른 6개보다 낮다. (일반적으로 3개의 6d 전자는 가장 낮은 에너지 레벨인 6d를3/2 차지한다.)[3]

더브니움(Db+)의 단일 이온화 원자는 중성 원자에 비해 6d 전자를 잃어야 하며, 더브니움(Db2+3+) 또는 삼엽화(Db) 이온화 원자는 가벼운 호몰로그램과는 달리 7s 전자를 제거해야 한다.이러한 변화에도 불구하고, 더브니움은 여전히 5개의 발란스 전자를 가질 것으로 예상된다; 7p의 에너지 수준이 더브니움과 그것의 특성에 영향을 미치는 것으로 보여지지 않았다.더브니움의 6d 궤도는 탄탈룸의 5d 궤도에 비해 불안정성이 높고, db는3+ 7s, 전자가 남아 있는 것이 아니라 2개의 6d를 가질 것으로 예상돼 그 결과 +3 산화 상태는 탄탈룸보다 불안정하고 더욱 희귀할 것으로 예상된다.최대 +5 산화 상태에서 더브니움의 이온화 잠재력은 탄탈륨보다 약간 낮아야 하며, 더브니움의 이온 반경은 탄탈룸에 비해 증가해야 하며, 이는 더브니움의 화학작용에 상당한 영향을 미친다.[3]

고체 상태의 더브늄 원자는 이전 그룹 5 원소처럼 몸 중심적인 입방형 구성으로 스스로를 배열해야 한다.[4]더블늄의 예측 밀도는 21.6 g/cm이다3.[5]

케미컬

MCl에서5 유효 차지(QM) 및 중복 모집단(OP)의 상대론적(rel) 및 비상대적(nr) 값, 여기서 M = V, Nb, Ta, Db

계산 화학은 분자 간의 상호작용이 무시해도 될 정도로 무시될 수 있는 기체 위상 화학에서 가장 간단하다.다수의 저자들이[3] 더브니움 펜타클로라이드를 연구했다; 계산은 그룹 5 원소의 화합물의 성질을 보여줌으로써 그것이 주기적인 법칙과 일치함을 보여준다.예를 들어, 분자 궤도 수준은 더브니움이 예상대로 3개의 6d 전자 레벨을 사용한다는 것을 나타낸다.탄탈룸 아날로그와 비교했을 때, 더브니움 펜타클로라이드는 원자의 유효 전하 감소와 중복 모집단의 증가라는 공밸런스 특성을 보일 것으로 예상된다.[3]

용액화학 계산에 따르면 더브니움의 최대 산화상태인 +5는 니오비움과 탄탈룸의 산화상태보다 안정성이 높고 +3, +4 상태는 안정성이 떨어진다.산화 상태가 가장 높은 양이온의 가수분해 경향은 그룹 5 내에서 계속 감소해야 하지만 여전히 상당히 빠른 것으로 예상된다.더브니움 복합화는 그룹 5의 풍성함을 따라갈 것으로 보인다.수산화염소-염소-단지에 대한 계산은 더브니움이 탄탈룸보다 더 잘 하는 등 그룹 5 원소의 복잡한 형성과 추출 추세에 역전을 보였다.[3]

실험화학

더브니움 화학의 실험 결과는 1974년과 1976년으로 거슬러 올라간다.JINR 연구진은 열색광학 시스템을 사용해 더브니움브로미드의 변동성이 니오비움브로미드보다 적고 하프니움브로미드와 거의 같다는 결론을 내렸다.검출된 핵분열 생성물이 모체가 105 원소라는 사실을 확인했는지는 확실치 않다.이러한 결과는 더브니움이 니오비움보다 하프니움처럼 행동한다는 것을 암시할 수 있다.[3]

더브니움의 화학에 대한 다음 연구는 1988년 버클리 주에서 실시되었다.그들은 수용액에서 더브니움의 가장 안정적인 산화 상태가 +5인지 조사했다.더브니움을 두 번 훈증하여 진한 질산으로 씻었다. 유리 덮개 슬립에 더브니움을 흡착한 후 유사한 조건에서 생산되는 그룹 5 원소 니오비움과 탄탈륨, 그룹 4 원소 지르코늄과 하프늄과 비교하였다.그룹 5 원소는 유리 표면에서 흡착된 것으로 알려져 있지만 그룹 4 원소는 흡착되지 않는다.더블니움은 그룹 5 멤버로 확정됐다.놀랍게도, 질산과 불산 혼합 용액에서 메틸 이소부틸 케톤으로 추출하는 행동은 더브니움, 탄탈룸, 니오비움 사이에서 달랐다.더브니움은 추출하지 않았고 그 행동은 탄탈룸보다 니오비움과 더 밀접하게 닮아, 복잡한 행동은 단순히 주기율표에서 그룹 내 추세의 단순한 외삽으로 예측할 수 없다는 것을 보여준다.[3]

이것은 더브니움 복합체의 화학적 행동에 대한 추가 탐구를 촉발했다.1988년부터 1993년까지 수천 건의 반복 크로마토그래피 실험을 여러 연구소가 공동으로 실시했다.모든 그룹 5 원소와 프로텍티늄은 농축 염산에서 추출되었으며, 낮은 농도의 염화수소와 혼합한 후 소량의 불소를 첨가하여 선택적 재추출을 시작했다.더브니움은 ℓ당 12몰 이하 염화수소 농도에서 탄탈룸과 다르지만 니오비움과 유사하게 행동을 보였다.이러한 두 요소와의 유사성은 형성된 복합체가 DbOX−
4 또는 [Db(OH)
2X
4]−
라는 것을 시사했다.브롬화수소로부터 더브니움을 프로텍티늄의 특정 추출물인 디이소부틸 카르비놀(2,6-디메틸헵탄-4-ol)로 추출한 후 염화수소·수소불화수소 혼합물과 함께 후속 용출한 결과 더브니움은 프로텍티늄이나 니오비늄 중 어느 하나에 비해 추출하기 쉬운 것으로 나타났다.이는 다중 음전하의 추출 불가능한 콤플렉스를 형성하려는 경향이 증가하는 것으로 설명되었다.1992년의 추가 실험은 +5 상태의 안정성을 확인하였다: Db(V)는 그룹 5 원소 및 프로텍티늄과 같이 α – 하이드록시소부티레이트(hydroxyisobutyrate)와 cation acchange 컬럼에서 추출할 수 있는 것으로 나타났다; Db(III)와 Db(IV)는 그렇지 않았다.1998년과 1999년, 더브니움이 할리드 용액에서 니오비움과 거의 비슷하게 탄탈륨을 추출하고 탄탈룸보다 더 낫다는 새로운 예측이 제시되었는데, 이것이 나중에 확인되었다.[3]

첫 번째 등온 가스 크로마토그래피 실험은 1992년 db(반감기 35초)로 수행됐다.니오비움과 탄탈륨의 휘발성은 오차 한계 내에서 유사했지만 더브니움은 휘발성이 현저히 떨어지는 것으로 나타났다.시스템 내 산소 흔적이 DbBr보다
5 휘발성이 덜할 것으로 예측된 DbOBr의
3 형성으로 이어졌을 가능성이 있다고 가정했다.1996년 이후 실험에서는 TaOCl의
3 형성에 기인한 것으로 추정되는 탄탈룸을 제외하고, 그룹 5 염화물이 해당 브로미이드보다 휘발성이 더 높은 것으로 나타났다.이후 산소 부분압의 함수로서 더브늄과 니오비움의 염소화물에 대한 변동성 연구에서는 옥시염소화물의 형성과 일반 변동성이 산소 농도에 의존한다는 것을 보여주었다.옥시염소화물은 염소화물에 비해 휘발성이 낮은 것으로 나타났다.[3]

2004-05년 두브나와 리버모어 연구진은 새로 생성된 원소의 5배 알파 붕괴 산물로 새로운 더브늄 동위원소 db를 확인했다.이 새로운 동위원소는 하루 이상의 반감기와 함께 추가적인 화학실험을 할 수 있을 만큼 충분히 오래 살았다는 것이 증명되었다.2004년 실험에서는 더브늄이 함유된 얇은 층을 대상 표면에서 제거하고 트래커와 란타넘 캐리어로 아쿠아 레지아에 용해시켰으며, 이로부터 수산화 암모늄을 첨가하면서 다양한 +3, +4, +5종이 침전되었다.침전물은 씻겨 염산으로 용해되었는데, 거기서 질산 형태로 변환된 다음 필름에 말려 세었다.대부분 더브니움으로 즉시 배정된 +5 종을 포함하고 있어 +4 종을 가지고 있었다. 그 결과를 바탕으로 연구팀은 추가적인 화학적 분리가 필요하다고 결정했다.2005년에는 최종 제품이 질산염 침전물이 아닌 수산화물이 되는 등 실험을 반복해 리버모어(역상 크로마토그래피 기반)와 더블나(음이온 교환 크로마토그래피 기반)에서 더 진행되었다.+5 종은 효과적으로 격리되었다. 더브니움은 탄탈룸 전용 분수로 세 번 나타났으며 니오비움 전용 분수에서는 결코 나타나지 않았다.이러한 실험은 더브니움의 일반적인 화학적 프로파일에 대한 결론을 도출하기에 불충분하다는 점에 주목했다.[73]

2009년 일본의 JEA 탠덤 액셀러레이터에서는 니오비움이 NbOF를−
4 형성하고 탄탈룸이 TaF를−
6 형성하는 농도로 질산과 불산 용액으로 더브니움을 가공하였다.더브니움의 행동은 니오비움에 가까웠지만 탄탈륨은 아니었다. 따라서 더브니움이 DBOF를−
4 형성한 것으로 추론되었다.이용 가능한 정보로부터, 더브니움은 종종 니오비움처럼 행동하고, 때로는 프로토티늄처럼 행동하지만, 탄탈룸과 같은 경우는 드물다는 결론이 내려졌다.[74]

메모들

  1. ^ 핵물리학에서 원소의 원자 번호가 높으면 무거운 원소라고 부른다. 납(원소 82)은 그러한 무거운 원소의 한 예다.용어"초중 원소의 요소"일반적으로 원자 번호와 요소 더 큰 것보다 103(비록 다른 정의, 같은 원자 번호 이상 100[14]이나 112로의;[15]가끔, 그 용어는 제시된 등가는 용어"초 악티 니드의",을 상한 연령을 정하기 전에 시작의 가정적인 superactinide ser.ies).[16]용어 "중량 동위원소"(주어진 원소의)와 "중량 핵"은 공통 언어에서 이해할 수 있는 것, 즉 (주어진 원소의 경우) 고질량의 등가선 및 고질량의 핵이다.
  2. ^ 2009년, 오가네시안이 이끄는 JINR의 팀은 대칭 Xe + Xe 반응으로 하시를 생성하려는 시도 결과를 발표했다.그들은 그러한 반응에서 단 하나의 원자도 관찰하지 못하여, 핵반응 확률의 척도인 단면(단면)에 상한선을 2.5 pb로 두었다.[17]이에 비해 하시움 발견을 초래한 반응인 Pb + Fe는 발견자가 추산한 바와 같이 ~20 pb(더 구체적으로는 19+19
    −11     pb)의 단면을 가지고 있었다.[18]
  3. ^ 흥분 에너지가 클수록 중성자가 더 많이 배출된다.흥분 에너지가 각 중성자를 핵의 나머지 부분에 결합하는 에너지보다 낮으면 중성자가 방출되지 않고, 대신 복합핵은 감마선을 방출하여 탈제약한다.[22]
  4. ^ IUPAC/IUPAP 공동작업당의 정의에 따르면 화학원소의 핵이−14 10초 이내에 붕괴되지 않은 경우에만 화학원소가 발견되었다고 인정할 수 있다.이 값은 핵이 외부 전자를 획득하여 화학적 특성을 나타내는 데 걸리는 시간의 추정치로 선택되었다.[23]이 수치는 또한 복합핵의 수명에 대해 일반적으로 허용되는 상한선을 나타낸다.[24]
  5. ^ 이 분리는 결과 핵이 비작동 빔 핵보다 더 천천히 대상을 지나 이동한다는 것에 기초한다.분리기는 이동 입자에 대한 영향이 입자의 특정 속도에 대해 취소되는 전기장과 자기장을 포함한다.[26]이러한 분리는 또한 비행 시간 측정과 반동 에너지 측정의 도움을 받을 수 있다. 두 가지를 조합하면 핵의 질량을 추정할 수 있다.[27]
  6. ^ 모든 붕괴 모드가 정전기적 반발에 의해 야기되는 것은 아니다.예를 들어 베타 붕괴는 약한 상호작용에 의해 발생한다.[32]
  7. ^ 핵의 질량은 직접 측정되지 않고 오히려 다른 핵의 질량으로부터 계산되기 때문에, 그러한 측정을 간접 측정이라고 한다.직접 측정도 가능하지만, 대부분의 부분에서는 무거운 핵에 사용할 수 없는 상태로 남아 있다.[33]초중핵 질량의 첫 직접 측정은 2018년 LBNL에서 보고되었다.[34] 질량은 전달 후 핵의 위치로부터 결정되었다(이 위치는 자석이 있는 곳에서 전달되었기 때문에 핵의 질량 대 충전 비율과 연결된 궤적을 결정하는 것을 돕는다).[35]
  8. ^ 자발적 핵분열은 JINR의 대표적인 과학자인 [36]소련의 물리학자 게오르기 플레로프에 의해 발견되었고, 따라서 이 시설을 위한 '호비호스'가 되었다.[37]대조적으로, LBL 과학자들은 핵분열 정보가 원소의 합성에 대한 주장에 충분하지 않다고 믿었다.그들은 복합핵이 양성자나 알파 입자와 같은 전하를 띤 입자가 아닌 중성자만 배출하였다는 것을 규명하는 어려움이 있었기 때문에, 자발적 핵분열이 새로운 원소의 식별에 사용될 만큼 충분히 연구되지 않았다고 믿었다.[24]따라서 그들은 새로운 동위원소를 이미 알려진 동위원소와 연속적인 알파 데이에 의해 연계하는 것을 선호했다.[36]
  9. ^ 예를 들어, 102 원소는 1957년 스웨덴 스톡홀름 카운티 스톡홀름의 노벨 물리학 연구소에서 잘못 식별되었다.[38]이 원소의 창조에 대한 이전의 결정적인 주장은 없었고, 그 원소는 스웨덴, 미국, 영국의 발견자들인 노벨륨에 의해 이름을 부여받았다.나중에 그 식별이 잘못되었다는 것이 밝혀졌다.[39]이듬해 LBNL은 스웨덴의 결과를 재현할 수 없었고 대신 원소의 합성을 발표했는데, 그 주장도 나중에 반증되었다.[39]JINR은 그들이 원소를 처음 창조했다고 주장하면서 새로운 원소인 졸리오튬을 위해 그들 자신의 이름을 제안했고,[40] 소련 이름 또한 받아들여지지 않았다(이후 JINR은 102 원소의 이름을 "맛있는"[41] 것으로 지칭했다)."노벨륨"이라는 명칭은 널리 쓰이기 때문에 변함이 없었다.[42]
  10. ^ 이 표기법은 핵이 자발적 핵분열을 통해 분해되는 핵 이성질체라는 것을 의미한다.
  11. ^ 현재 실험값은 db의 경우 28시간이지만+11
    −4    , 반감기의 결정이 의존하는 대수의 통계법은 실험 횟수가 매우 제한되어 있어 직접 적용할 수 없다(결정).    불확실성의 범위는 반감기 기간이 95% 확률로 이 범위 내에 있음을 나타낸다.
  12. ^ 원자 핵의 근대 이론, 뒤졌지만 과거에 superheavy 요소의 알려지지 않은 동위 원소를 근본적으로 지구에 존재해다. 예를 들어, 그러한 주장 267108 1963[63]또는 292122 100만의 반감기는에서 약 400에서 500만년의 반감기를을 위해 모금되 만들어졌다 두브늄의 수명이 긴 동위 원소를 추천하지 않는다.년에2009년;[64] 두 주장 모두 받아들여지지 않았다.
  13. ^ 상대론적 효과는 물체가 빛의 속도에 필적하는 속도로 움직일 때 발생한다; 무거운 원자에서는 빠르게 움직이는 물체가 전자다.

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참고 문헌 목록