質問: いずれも放射性元素で、物理的、化学的に極めてよく似た性質をもつ、原子番号89番のアクチニウムから103番のローレンシウムまでの15個の元素を総称して何という?
回答: アクチノイド

タイトル: 超アクチノイド元素
第8周期においてランタノイド、アクチノイドに相当する位置には、原子番号121ウンビウニウムから153ウンペントトリウムまでの33元素が入る。これらを超アクチノイド(superactinide)と呼ぶ。全ての超アクチノイドは超重元素でもある。2021年現在、全ての超アクチノイド元素は未発見である。原子番号121のウンビウニウムから138ウントリオクチウムまでの18元素は周期表に初めて登場するGブロック元素であり、5g軌道に電子が充填されていくと考えられる。また、原子番号139ウントリエンニウムから153ウンペントトリウムまでの15元素はランタノイド、アクチノイドの同族に当たるFブロック元素であり、6f軌道に電子が充填されていくと考えられる。5g軌道、6f軌道とも内殻に当たるため、超アクチノイド元素の化学的性質は似通っていると予想される。

タイトル: アクチノイド
全て放射性元素。トリウム、ウラン、プルトニウム以外のアクチノイド元素は、仮に可視できる量に人間が素手で触れた場合、早期に命に危険が及ぶほど放射能が強い。半減期が数年〜数十年のアクチニウム、アインスタイニウムなどは強力な放射線によって、ごく僅かな量であっても明確に目視できる強さの光を自然に放つ。トリウムとウランには半減期が数億年以上の長命な同位体が存在するためにまとまった量が天然に存在するが、他の元素は天然には全くないか、ごく僅かしか存在せず、ほとんどが人工的に作られたものである。特にウランより重いネプツニウム以降の元素のことを超ウラン元素といい、ほぼ自然界には存在しない。このため物理的、化学的性質の詳細はとりわけ不明な部分が多い。アクチノイドは、5f軌道の電子が詰まり(占有され)始める元素のシリーズで、4f軌道が詰まり始めるランタノイドと化学的性質が類似する。

タイトル: 元素の周期
この周期では、第6周期元素と同様のブロック元素が属する。第7周期におけるfブロック元素をアクチノイドと呼ぶ。この周期の全ての元素には安定同位体が存在しない。なお天然に豊富に存在する元素はウラン(原子番号92)までで、ネプツニウム(原子番号93)とプルトニウム(原子番号94)がウラン鉱石中にわずかに確認されている。アメリシウム以降の確認された元素はすべて人工実験により得られている。安定同位体が得られないために、化学的な性質を調べることが困難となっている。

タイトル: ローレンシウム
ローレンシウム(Lawrencium)は、元素記号Lr、原子番号103番の元素である。多くの人工放射性元素の発見に寄与したシンクロトロンの発明者であるアーネスト・ローレンスの名前に因んで名付けられた。7番目の超ウラン元素で、アクチノイド系列の最後の元素である。原子番号100以上の全ての元素と同様に、ローレンシウムは、より元素の軽い荷電粒子を加速器中で標的に照射することでのみ合成される。14の同位体が知られており、最も安定なLrの半減期は11時間であるが、より短命(半減期2.7分)だが大量合成が可能なLrが最も一般的に用いられている。化学実験により、ローレンシウムは、ルテチウムの重いホモログとしての挙動を示し、3価の元素であることが確認された。第7周期の遷移金属にも分類されるが、その電子配置は、周期表上の位置からすると異常で、ルテチウムのsd配置とは異なるsp配置となる。

タイトル: アクチニウム
アクチノイド系列の最初の元素。したがって、5f軌道には電子がなく、6d軌道に1個、7s軌道に2個の電子が詰まっている。銀白色の金属で、安定な構造は立方晶系。アクチニウムのアルファ線はとても強力で(ラジウムの150倍の放射能を持つ)、暗所では青白く光る。比重は10.07、融点は1050 °C、沸点は3200 °C。湿った空気中では酸化被膜を形成する。化合物中の原子価は唯一+3価が安定で、化学的性質はランタンに似る。Ac の電子配置は5fである。Acはイオン半径が大きいため、酸化物および水酸化物はランタンより塩基性が強い。ランタンより錯塩を作りやすい傾向がある。アクチニウム原子の基底状態はD3/2、イオンの基底状態はSと表される。アクチニウムの7s電子については、相対論的効果による電子質量の増加のため、その7s軌道は収縮している。

タイトル: 第13族元素
第13族元素は、一般式MX3で表されるハロゲン化物を生成することを共通とする。MX3は電子欠損型化合物であり、ルイス酸として活性な化合物である。実際の分子では二量体を形成したり、ハロゲンの非共有電子対が配位してMX結合が二重結合性を帯びることで安定化している。ホウ素およびアルミニウムの三ハロゲン化物はルイス酸としての作用が大きい共有結合化合物であり、三ハロゲン化ホウ素BX3および三塩化アルミニウムAlCl3は有機化学でフリーデル・クラフツ反応触媒として利用される。またBF4に代表される様に、ハロゲンアニオンが配位した安定なアート錯体も形成する。酸化数がIIIの第13族元素のハロゲン化物はBX3, AlX3 > GaX3 > InX3 > TlX3の順に安定であり、酸化数がIの第13族元素のハロゲン化物はGaX < InX < TlXの順に安定である。

タイトル: 同余体
同余体(どうよたい、英語: isodiapher)は、中性子と陽子の数の差が等しい核種のことである。また、この値を中性子過剰数(ちゅうせいしかじょうすう、(isotopic number)という。例えば Th(陽子90個、中性子144個)と U(陽子92個、中性子146個)はともに中性子過剰数が54で等しいので同余体である。同余体同士は異なる元素であるので化学的性質は異なる。アルファ崩壊では陽子と中性子が2つずつ減少するので、親核種と娘核種は同余体となる。安定核種が最も多いのは中性子過剰数が1の同余体で16種ある。中性子過剰数が負の同余体で安定なのは H と He のみである。

タイトル: ラザホージウムの同位体
ラザホージウム(Rf)は安定同位体を持たない。そのため標準原子量を定めることはできない。

タイトル: ストロンチウムの同位体
ストロンチウム(Sr)の同位体のうち天然に存在するものは、Sr(0.56%)、Sr(9.86%)、Sr(7.0%)、Sr(82.58%)の4種類がある。標準原子量は87.62(1) uである。このうちSrは、天然放射性同位体である半減期4.88×10年のRbの崩壊により生成する場合と、Sr、Sr、Srとともに宇宙の元素合成の際にできたものと2つの起源がある。そのため、Sr/Srの比は、地質学の論文ではしばしば報告されるパラメータであり、鉱物や岩石での値はおおよそ0.7から4.0以上をとる。ストロンチウムはカルシウムと似た電子配置であるため、鉱物の中でカルシウムの代わりに入ることがある。

タイトル: サマリウムの同位体
標準原子量は150.36(2) uである。

タイトル: ルテチウム
命名する栄誉はユルバンに与えられ彼はこの新元素にルテシウム(lutecium)と命名した。1949年に綴りがルテチウム(lutetium)に変更された。1909年、優先順位がユルバンに与えられ彼がつけた名称が公式の名称に採用されたが、ヴェルスバッハが提案したカシオペウム(cassiopeium)(後にカシオピウム(cassiopium)に変更)は1950年代まで多くのドイツの科学者により使用されていた。特に豊富な元素ではないが、地殻では銀よりもはるかに多い。特定の用途はほとんどない。ルテチウム176は比較的豊富(2.5%)な放射性同位体で半減期は約380億年であり、鉱物や隕石の年代決定に使用される。ルテチウムは通常、イットリウムと関連して発生し、ときどき金属合金や様々な化学反応の触媒として使用される。Lu-DOTA-TATEは神経内分泌腫瘍の放射性核種療法(核医学参照)に使用される。

タイトル: 第6族元素
第6族元素(だいろくぞくげんそ)は、周期表において第6族に属するクロム・モリブデン・タングステン・シーボーギウムのこと。クロム族元素と呼ばれることもある。全て金属元素(遷移金属)であり、単体での融点、沸点が非常に高く、硬い。閉殻していないd軌道を持ち、遷移元素として取り扱われる。

タイトル: 原子
また、原子の相対的な質量比を表すものとして原子量があり、これは先述のC(炭素12)1個の質量を12と定めた場合の他の元素の質量比である。ある原子の原子量の値はその原子一個の質量をuで表した時の値と全く同一であるが、原子量はあくまで比率を表す量であり、単位を付けない無次元数である。原子量と質量数はほぼ同程度の大きさとなるが、その定義上必ず整数値をとる質量数とは異なり、C以外の原子の原子量は厳密には小数になる。これは、原子核を構成する陽子と中性子の質量が微妙に異なり、かつそれら核子の結合エネルギーによる質量欠損が原子により異なるためである。それでも原子の相対質量は、凡そ質量数に近い数値をとる。複数の同位体を含む元素では、整数値からさらに離れた値を取る場合がある。これは多くの元素では質量数の異なる原子(同位体)が存在し、その存在比率もまちまちなためである。

タイトル: ローレンシウム
しかし、カリフォルニア大学バークレー校のチームが、原子番号255から260のローレンシウム同位体の一連の各崩壊特性を測定する実験に成功し、バークレーのチームが当初103を103と誤同定していたことを除く、これ以前のドゥブナとバークレーの全ての実験結果が正しかったと確かめられたのは、1971年になってからだった。その後、1976年と1977年に 103から放出されるX線のエネルギーが測定され、最終的に全ての疑義が払拭された。1971年、IUPACは、元素の存在に関する理想的なデータがなかったにも関わらず、ローレンス・バークレー研究所をローレンシウムの発見者として認定した。

タイトル: イットリウム
質量数90以上のものは、主にβ崩壊(中性子 → 陽子)によりジルコニウム (Z = 40) の同位体になる。また、質量数97以上のものはβ遅延中性子放出過程による崩壊が一部起こる。質量数78から102まで、少なくとも20種の準安定同位体(励起状態の同位体)が知られている。YとYでは複数の励起状態が確認されている。基底状態より励起状態のほうが不安定なはずだが、Y、Y、Y、Y、Y、Y、Yは基底状態のものより長い半減期を持つ。その理由は、これらは核異性体転移だけでなくβ崩壊によっても崩壊するためである。

タイトル: 周期律
その後、原子の内部構造が明らかにされることで、周期表は原子量順ではなく原子番号順、すなわち陽子数順に並べるのが合理的であることが明らかとなってきた。そして1913年にヘンリー・モーズレイにより特性X線から原子番号を決定する方法が発見されたことにより、すべての元素の周期表上の位置を確定することが可能になった。

タイトル: ロジウムの同位体
ロジウム(Rh)の同位体のうち安定なものはRhの1つである。最も安定な放射性同位体はRhで、半減期は3.3年である。Rhの半減期は207日、Rhの半減期は2.9年、Rhの半減期は16.1日である。その他に20種類の放射性同位体があり、原子量は92.926から116.925である。その他、Rh(半減期20.8時間)、Rh(半減期35.36時間)を除くほとんどは半減期が1時間以下である。また、多くの核異性体も存在し、安定なものはRh(0.141MeV、半減期 207日), Rh(0.157MeV、半減期 4.34日)である。最も安定なRhよりも軽い同位体は電子捕獲によりルテニウムに、Rhよりも重い同位体はベータ崩壊によりパラジウムに崩壊する。標準原子量は102.90550(2) uである。

タイトル: エルビウムの同位体
エルビウム(Er)の同位体のうち天然に生成するものには、7つの安定同位体Er、Er、Er、Er、Er、Erがある。天然存在比33.503%のErが最も豊富に存在する。29種類の放射性同位体が知られ、最も安定なErの半減期は9.4日、Erの半減期は49.3時間、Erの半減期は28.58時間、Erの半減期は10.36時間、Erの半減期は7.516時間である。その他は全て3.5時間以内で、そのほとんどは4分以内である。13種類の核異性体もあり、最も安定なものはEr (半減期2.269秒)である。原子量は142.9663から176.9541の間に存在し、最も安定なErよりも軽い同位体は電子捕獲によりホルミウムに、Erよりも重い同位体はベータ崩壊によりツリウムに崩壊する。標準原子量は167.259(3) uである。

タイトル: 元素のブロック
s, p, d, f, g, h, ...というブロック名は最高エネルギー準位の電子の軌道(原子軌道)の名前に由来する。それぞれ、s軌道、p軌道、d軌道、f軌道、g軌道、h軌道、...に対応する。

タイトル: ベリリウムの同位体
ベリリウムの同位体(ベリリウムのどういたい)は、幾つかの核種が確認されている。本稿では、それらについて解説する。

タイトル: 同位核
同位核(どういかく)は、陽子の数が同じで中性子の数が異なる原子核。言い換えれば、同位体の原子核。すなわち、同位核同士の原子番号は等しく、同位核同士は同じ元素を構成することになる。原子核が同位核に置き換わった場合の原子の性質の変化を同位体効果と呼ぶ。

タイトル: リーゼ・マイトナー
そうして作りだされた放射能の性質は、今までに観測されたどの元素とも異なっていた。そのためフェルミは、この実験によって原子番号93の新たな元素が生み出されたのではないかと考えた。マイトナーはこの論文に興味を持ち、ハーン、シュトラスマンとともに原子番号93以上の元素(超ウラン元素)を見つけようとした。方法としては、ウラン塩に中性子を当ててから、いくつかの溶液を加えて不要な物質を沈殿させる。残った溶液をさらに分離すると、フェルミが発見した物質と同じ半減期をもつ放射性物質が沈殿した。こうしてマイトナーらは、超ウラン元素らしき物質の分離に成功した。その後、この沈殿物には多数の新物質が含まれていることが明らかになった。測定を続けた結果、1937年には、ウランに中性子を当てると以下の3つの反応が起こると推定した。

タイトル: 第1族元素
また、空気中で燃焼させるとリチウムでは主に酸化物を生成するが、主にナトリウムでは一般式 M2O2 であらわされる金属過酸化物を形成し、カリウム以上の周期の元素の場合は一般式 MO2 で表される金属超酸化物を形成することも知られている。これは、イオン半径の大きな陽イオンほど、格子エネルギー効果によって対となる大きな陰イオンを安定化させることができ、不安定な過酸化物イオンや超酸化物イオンとでも安定な化合物が形成できるためである。過酸化リチウムを形成するためには過酸化水素と反応させる必要があり、超酸化ナトリウムを形成するためには高温高圧の条件が必要となる。アルカリ金属元素の超酸化物は全て常磁性体であり、歪んだ塩化ナトリウム型構造を取る。また、アルカリ金属の水酸化物とオゾンとの反応によってオゾン化物が形成される。このオゾン化物の安定性もまた、対となる陽イオンのイオン半径の大きさに比例する。

タイトル: ツリウムの同位体
ツリウム(Tm)の同位体のうち天然に生成するものは、安定同位体Tmのみである。31種類の放射性同位体が知られ、最も安定なTmの半減期は1.92年、Tmの半減期は128.6日、Tmの半減期は93.1日、Tmの半減期は9.25日である。その他は全て64時間以内で、そのほとんどは2分以内である。14種類の核異性体もあり、安定なものはTm (半減期5.1分)、Tm (半減期74.5秒)、Tm (半減期45秒)である。原子量は145.966から176.949の間に存在し、最も安定なTmよりも軽い同位体は電子捕獲によりエルビウムに、Tmよりも重い同位体はベータ崩壊によりイッテルビウムに崩壊する。標準原子量は168.93421(2) uである。

タイトル: エレメンタッチ
これについて、前野はエレメンタッチを「周期表の地球儀」と呼び、従来の平面の周期表は世界地図と捉えるとわかりやすいとしている。加えて安定な原子価が同じ元素は縦に並んでいるので、従来の周期表では表現しきれない、化合物における元素の特徴も表せる。たとえばイオンの性質が似ているカルシウムとカドミウム、チタンとスズ、イットリウムとランタンとルテチウムは、従来の周期表では離れていたが、エレメンタッチでは同じ縦の列に並んでいる。

タイトル: Dブロック元素
Dブロック元素とは、鉄族、銅族などの遷移元素の総称。DブロックのDは、英語のdiffuseに由来する。亜鉛族元素は典型元素であるが、このブロックに含まれている。d軌道にどのように電子が配置されるかが、Dブロック元素の物性を決定している。ランタン、ルテチウム、アクチニウム、ローレンシウムなどはFブロック元素とされる場合もある。

タイトル: 第7族元素
希少で高価なレニウムは、工業的に大量に利用されることはないが、実験室での脱水素触媒や、フィラメントの添加物や熱電対として利用される。そして、Tcは原子炉でのウランの核分裂生成物の6%を占める。すなわち、100MW級の原子炉では、毎日約2.5gのテクネチウムが生成している。したがって、今日では天然に存在する安定核種のレニウムよりも、放射性核種のテクネチウムの方が入手しやすい。

タイトル: キュリウムの同位体
キュリウム(Cm)は安定同位体を持たない。そのため標準原子量を定めることはできない。

タイトル: 鉛の同位体
同様に、Pbはアクチニウム系列の最終生成物ではなく、あくまでアクチニウム系列に属する途中の生成物であって、実際はα崩壊して半減期約46日強のHgとなり、これがβ崩壊してTlとなって初めて安定するのではないかとの指摘がある。同じく、Pbはトリウム系列の最終生成物ではなく、あくまでトリウム系列に属する途中の生成物であって、実際は2×10年以上の半減期を持った放射性核種だと見られていて、これはα崩壊してHgになって初めて安定すると考えられてきている。これらが全て正しいとすると、実は鉛も1つも安定同位体を持たない元素だということになり、既知の元素の中で最も陽子の数の多い安定な元素の座を譲ることとなる。ここまでの内容については、今後の研究が待たれる部分である。なお、この他の鉛の同位体は一般にも全て放射性同位体であると認識されている。比較的半減期の長い(寿命の長い)核種としては、次のような核種がある。