広報活動

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2014年9月19日

独立行政法人理化学研究所
独立行政法人日本原子力研究開発機構

106番元素シーボーギウム(Sg)のカルボニル錯体の合成に成功

-Sgが周期表第6族元素に特徴的な化学的性質を持つことを実証-

概念図

実験の概念図

原子番号が103を超える非常に重い元素のことを「超重元素」と呼びます。これらの元素はすべて重イオン加速器を利用した核融合反応によって人工的に合成されます。106番元素「シーボーギウム(Sg)」も超重元素の1つです。Sgは1974年に発見されて以来、周期表上は第6族元素のタングステンの下に並べられていました。しかし、化学的性質を調べるにあたって、Sgには、化学実験に利用することができるSgの同位体「265Sg」の生成率が1時間に1個程度と低く寿命も10秒程度と短いという、実験上の制約がありました。また、これまでの実験手法では、Sgの合成時にできる大量の副反応生成物がSgの同定を妨害することもあって、その詳細は分かっていませんでした。そこで、理研は、日本原子力研究開発機構やドイツの大学・研究機関などと共に国際共同研究グループを作り、Sgが本当に第6族元素に特徴的な性質をもつのかどうかを調べることにしました。

国際共同研究グループは、第6族元素のクロムやモリブテン、タングステンが、いずれも揮発性の高いヘキサカルボニル錯体を形成することに着目しました。Sgがモリブテンやタングステンと同様にヘキサカルボニル錯体「Sg(CO)6」を形成するかどうかを確認すれば、第6族元素であることが、より信頼性のおけるものになると考えました。

国際共同研究グループは、理研がもつ「RIビームファクトリー(RIBF)」の重イオン線形加速器(RILAC)で得られる重イオンビームで265Sgを合成しました。その後、265Sgを入射ビームや副反応生成物から高効率・高分離能で分離、収集できる気体充填型反跳分離器(GARIS)という装置を用いて質量分離し、Sgのカルボニル錯体の化学合成と低温ガスクロマトグラフ法による化学分析を試みました。その結果、Sgがモリブテンやタングステンと同様に揮発性の高いカルボニル錯体を形成し、二酸化ケイ素表面に対する吸着エンタルピーもモリブテン、タングステンのヘキサカルボニル錯体と同程度であることが分かりました。さらに相対論的分子軌道計算との比較から、その錯体がヘキサカルボニル錯体「Sg(CO)6」であることを明らかにし、Sgが第6族元素に特徴的な化学的性質をもつことを、高い信頼度で実証しました。

今回の成果により、従来の実験法では困難だった、Sgより重い新しい元素の化学実験、超重元素における有機金属錯体の化学合成や溶液化学研究などへの展開も期待できます。

理化学研究所
仁科加速器研究センター 応用研究開発室 RI応用チーム
チームリーダー 羽場 宏光 (はば ひろみつ)