拡張周期表
ロシアの化学者ネフェドフらによると、超アクチノイド元素は121番元素から157番元素までと考えられており、第8周期の5g、6f元素と一部の7d元素に分類される。超アクチノイド系列では、7d3/2、8p1/2、6f5/2、5g7/2の各電子殻が同時に満たされると予想される。これは非常に複雑な状態となるため、完全で正確なCCSD計算は121番元素と122番元素に対してのみ適用される。最初の超アクチノイド元素であるウンビウニウム(121番元素)は、ランタンやアクチニウムと似ていると考えられる。主な酸化状態は+3であるが、価電子殻のエネルギー準位が近いため、119番元素や120番元素のように、より高い酸化数を取る可能性がある。8p電子殻が相対論的に安定しているので、121番元素の基底状態における価電子配置は8s28p1となり、ランタンやアクチニウムのds2配置とは対照的である。しかし、この異常な配置は計算上の化学的性質に影響を与えないようで、性質はアクチニウムと似ていると考えられる。第一イオン化エネルギーは429.4 kJ/molと予想され、アルカリ金属のカリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムを除くすべての既知の元素よりも低く、この値は第8周期のアルカリ金属であるウンウンエンニウム(463.1 kJ/mol)よりもさらに低い。同様に、次の超アクチノイド元素であるウンビビウム(122番元素)は、セリウムやトリウムと似ており、主な酸化数は+4と予想される。基底状態では7d18s28p1か8s28p2の価電子配置を持ち、トリウムの6d27s2配置とは異なると考えられる。したがって、第一イオン化エネルギーはトリウムよりも小さくなる(Th: 6.3 eV; Ubb: 5.6 eV)。これは、ウンビビウムの8p1/2電子がトリウムの6d電子よりもイオン化しやすいことによる。5g軌道の軌道崩壊(原子番号が大きくなる際、他の電子軌道よりもエネルギー準位が小さくなること)は125番元素あたりまで遅れる。電子数が119のときの等電子的な電子配置は、119番元素から122番元素では[Og]8s1、123番元素と124番元素では[Og]6f1、125番元素以降では[Og]5g1になると予想されている。
原子番号の小さい超アクチノイド元素では電子の結合エネルギーが十分に小さく、すべての価電子を電離することができると予測されている。例えば、ウンビヘキシウム(126番元素)は、容易に+8の酸化数を取ることができ、次のいくつかの元素ではさらに高い酸化数が可能であると考えられる。ウンビヘキシウムは、他のさまざまな酸化数を示すことも予測されている。最近の計算では、ウンビヘキシウムの5g軌道とフッ素の2p軌道の間の結合相互作用によって、安定な一フッ化物UbhFができる可能性が示唆されている。 その他の予測される酸化数には+2、+4、+6などがあり、+4はウンビヘキシウムにおける最も普通の酸化数であると予想されている。ウンビセプチウム(125番元素)からウンビエンニウム(129番元素)までの超アクチノイド元素は+6の酸化数を示し六フッ化物を形成すると予測されているが、UbpF6とUbhF6は比較的弱い結合になると予測されている。 結合解離エネルギーは127番元素で大きく増加し、129番元素ではさらに増加すると予測されている。このことは、125番元素フッ化物の強いイオン性から、129番元素フッ化物における8p軌道を含んだ共有結合性への移行を示唆している。これら超アクチノイド元素六フッ化物における結合のほとんどは、六フッ化ウランのようにウランが5fと6dの軌道を使って結合するのではなく、超アクチノイド元素で最もエネルギー準位の高い8p電子殻とフッ素の2p電子殻の間で行われる。
初期の超アクチノイド元素は高い酸化数に達することができるにもかかわらず、5g電子は最もイオン化しにくいと計算されている、Ubp6+とUbh7+イオンは5g1配置になると予想されており、これはNp6+イオンの5f1配置に似ている。 似たような挙動は化学的活性の低いランタノイドの4f電子でも見られるが、これは5g軌道が小さく、電子雲に深く埋もれていることに起因する。 現在知られている元素の基底状態の電子配置には存在しないg軌道の電子が存在することで、未知の混成軌道が形成され、超アクチノイド元素の化学的性質に新たな影響を与えると考えられる。だが既知の元素にg軌道電子が存在しないため、超アクチノイド元素の化学的性質を予測することは困難である。
超アクチノイド元素の後半では、酸化数はが低くなると予想される。132番元素では、最も安定した酸化数は+6のみが主となり、144番元素ではさらに+3と+4へ減少し、超アクチノイド系列の最後では+2(場合によっては0)となると考えられる。これは、その時点で充填される6f電子殻が電子雲の奥深くにあり、8sおよび8p1/2電子が強く結合しているため、化学的に活性とならないためである。5g電子殻が満たされるのは144番元素、6f電子殻が満たされるのは154番元素あたりと予想されるが、この領域の超アクチノイド元素では、8p1/2電子が強く結合して化学的に活性ではなくなり、化学反応に関与できるのは数個の電子だけになる。Frickeらの計算によると、154番元素で6f電子軌道が満たされ、化学的に不活性な8s殻と8p1/2殻の外側には、d軌道または他の電子の波動関数がないと予測されている。これにより、154番元素は貴ガスのような性質を持ち、むしろ不活性である可能性がある。それにもかかわらず、ピューッコの計算では、155番元素は6f電子がイオン化可能であると予想している。Upp3+は6f電子殻が満たされ、第4イオン化ポテンシャルは、+4価のテルビウムとジスプロシウムの間になると考えられる。
ランタノイドやアクチノイドの収縮と同様に、超アクチノイド元素のイオン半径が予想よりも小さい超アクチノイド系列では、超アクチノイドの収縮が起こると思われる。ランタノイドおよびアクチノイドの波動関数は5f軌道に比べ4f軌道でより局在化しているため、アクチノイドよりもランタノイドの方が収縮率が大きい。ランタノイド、アクチノイド、超アクチノイドで外殻電子の波動関数を比較すると、超アクチノイドでは1元素あたり約2pmの収縮が予想される。これはランタノイドとアクチノイドの収縮よりも小さいが、ランタノイドとアクチノイドではそれぞれ4f軌道と5f軌道に14個の電子が満たされるのに対し、超アクチノイドでは深く埋もれている5g軌道と6f軌道に32個の電子が満たされるため、全体の効果は大きくなる。
ペッカ・ピューッコは、超アクチノイドを3つに分類した。5g系列(121~138番元素)、8p1/2系列(139~140番元素)、6f系列(141~155番元素)。これらはエネルギー準位間の重複が多く、初期の超アクチノイド原子やイオンでは6f、7d、8p1/2軌道も占有されている可能性がある。また彼は、これらが「超ランタノイド」に近い挙動を示すと予想している。5g電子はほとんど化学的に不活性であることと、各ランタノイドの1つか2つの4f電子だけが化合物でイオン化されるのに似ているという意味である。彼はまた、超アクチノイド元素の取りうる酸化数は6f系列で非常に高くなり、148番元素では+12のような値になるかもしれないと予想した。
アンドレイ・クルシャは、121番から156番までの36個の元素を「超遷移元素」と呼び、121番から138番までと139番から156番まで、18個ずつ2系列の元素に分けて考えることを提案した。1つ目はランタノイドに類似した元素群で、酸化数は主に+4から+6の範囲、5g電子殻の充填が支配的であり、ウラン、ネプツニウム、プルトニウムのように隣り合う元素は互いに非常によく似ていると考えた。最初(140番台の元素あたり)は、6f電子殻が7d電子殻より優先されるため非常に高い酸化数が予想されるが、その後典型的な酸化数は下がり、150番台以降の元素では8p1/2電子によって化学的に活性ではなくなる。この18元素2系列は5g18電子殻によって分離されているため、互いに類似体であると考えることができる。
後半の超アクチノイド元素の例として、156番元素は主に+2の酸化数を示すと予想されるが、これは安定した[Og]5g186f148s28p2電子配置の上に電離しやすい7d2電子があるためである。これはノーベリウムのより重い同族体と考えることができ、安定した[Rn]5f14電子配置の上に電離しやすい7s2電子のペアを持つため、通常は+2価であるのと同様である(+3価のノーべリウムを得るためには強力な酸化剤が必要である)。 その第一イオン化エネルギーは約400kJ/mol、金属半径は約170ピコメートルと予想される。原子量は445u前後で、密度は約26g/cm3と非常に重い金属であると推定される。
第8周期の7d遷移金属は157~166番元素と予想されている。これらの元素では8sと8p1/2電子が非常に強く結合しているため、いかなる化学反応にも関与しないと考えられるが、9sと9p1/2軌道は容易に混成すると予想される。 これらの7d元素は、4d元素のイットリウムからカドミウムに似ていると思われる。 特に、7d109s0電子配置を持つ164番元素は、4d105s0電子配置を持つパラジウムと明確な類似性がある。
第8周期遷移元素の貴金属は、より軽い同族元素ほどの貴金属性を示さないと考えられている。遮蔽のための外側のs殻がないことと、相対論的効果により7d電子殻が2つの副殻に強く分かれるためである。このため、7d遷移金属の第一イオン化エネルギーは、より軽い同族元素の第一イオン化エネルギーよりも小さくなっている。
ウンヘキサクアジウムの化学への関心は、理論的な予測に大きく向けられている。特に、472Uhqと482Uhqの同位体(陽子が164個、中性子が308個または318個)が、仮想的な第2の安定の島の中心になるという予測がされている点である(第1の島はコペルニシウム、特に半減期が数百年または数千年と予想される同位体291Cn、293Cn、296Cnが中心である)。
計算上、164番元素(ウンヘキサクアジウム)の7d電子は化学反応に対して非常に関与しやすいと予測されるため、ウンヘキサクアジウムは通常の+2価に加えて、強い配位子を持つ水溶液中で安定した+6および+4の酸化数を示すと予想される。このため、ウンヘキサクアジウムは、Uhq(CO)4、Uhq(PF3)4(いずれも対応するパラジウム化合物と同様に四面体)、Uhq(CN)(直線形分子構造)のような化合物を形成することができると考えられ、これは鉛の挙動とは非常に異なる。もし相対論的な影響がなければ、ウンヘキサクアジウムはより重い鉛の同族体となっていたであろう。とはいえ、水溶液中では2価の状態が主であり(ただし、より強い配位子を用いれば、+4や+6の状態も可能である)、ウンヘキサクアジウム(II)はウンヘキサクアジウム(IV)やウンヘキサクアジウム(VI)よりも鉛に近い挙動を示すと考えられる。
ウンヘキサクアジウムはやわらかいルイス酸であり、Ahrlands硬度は4eVに近いと予測される。ウンヘキサクアジウムは中程度の反応性であり、第一イオン化エネルギーはモリブデンに近く、約685kJ/molと予想される。ランタノイド、アクチノイド、超アクチノイドの収縮により、ウンヘキサクアジウムの金属半径はわずか158pmであり、はるかに軽い元素のマグネシウムと非常に近い(ウンヘキサクアジウムの予想原子量は約474uであり、マグネシウム原子量の約19.5倍であるにもかかわらず、である)。 この半径の小ささと重量の大きさから、密度は約46 g·cm−3と非常に高く、現在知られている元素の中で最も密度の高いオスミウムの22.61 g·cm−3の2倍以上になると予想されている。ウンヘキサクアジウムは、周期表の172元素の中で2番目に密度の高い元素であると考えられ、これより密度が高いのは隣のウンヘキサトリウム(163番元素)の47 g·cm−3のみと予想されている。 金属状態のウンヘキサクアジウムは、共有結合による凝集エネルギー(結晶化エンタルピー)が非常に大きく、その結果、融点が高くなると考えられる。金属状態のウンヘキサクアジウムは、パラジウムや白金に似た貴金属であると予想されている。Frickeらは、閉殻構造を持ちイオン化エネルギーが似ているオガネソンとの類似性を示唆しているが、オガネソンが反応しやすい貴ガスであるのに対し、ウンヘキサクアジウムは反応しにくい貴金属であると述べている。
最後の2つの7d金属である元素165(ウンヘキサペンチウム)と166(ウンヘキサヘキシウム)は、それぞれ+1と+2の酸化数を取り、アルカリ金属とアルカリ土類金属と同様の挙動を示すと予想される。相対論的な効果により、9s電子は非相対論的な計算で予測されるよりもはるかに強く結合するため、9s電子のイオン化エネルギーはナトリウムやマグネシウムの3s電子のイオン化エネルギーに匹敵すると考えられる。165番元素と166番元素は通常それぞれ+1と+2の酸化数を示すと思われるが、7d電子のイオン化エネルギーが十分に低いため、元素165は+3価のような高い酸化数も可能である。166番元素の酸化数+4は起こりにくく、11族と12族のより軽い元素(特に金と水銀)と似た状態を作ると思われる。166番元素はコペルニシウムではなく水銀のようにUhh2+にイオン化し、d電子ではなくs電子を失って7d10配置になり、12族元素の亜鉛、カドミウム、水銀のような遷移金属の性質を持たない「相対性の低い」状態になると予想される
。
周期表の次の6つの元素は、第8周期での最後の元素群になると予想され、5p元素のインジウムからキセノンに似ていると考えられる。 167~172番元素では、9p1/2電子殻と8p3/2電子殻が満たされると予想される。これらのエネルギー固有値は非常に近いため、非相対論的な2pと3pの電子軌道と同様に、1つの結合したp軌道として振る舞う。したがって不活性電子対効果は起こらず、167~170番元素の最も一般的な酸化数はそれぞれ+3、+4、+5、+6になると予想される。171番元素(ウンセプトウニウム)は、酸化数を-1から+7まで取りハロゲンに似た性質を示すが、物性は金属に近いと予想される。電子親和力は3.0eVで、ハロゲン化水素に似たHUsuを形成できると考えられる。Usu−イオンはヨウ化物(I−)のようなやわらかい塩基になると予想されている。172番元素(ウンセプトビウム)は、イオン化エネルギーが非常に似ていることから(Xe, 1170.4 kJ/mol; Usb, 1090 kJ/mol)、キセノンと同じような化学的挙動を示す貴ガスになると予想されている。両者の唯一の主な違いは、172番元素はキセノンと異なり原子量がはるかに大きいため、標準状態では液体または固体になると予想されることである。ウンセプトビウムは、より軽い同族体であるキセノンと同様に、フッ化物や酸化物を形成する強いルイス酸であると予想される。165-172番元素が第2周期や第3周期に類似していることから、Frickeらはこれらの元素が周期表の第9周期を形成すると考え、一方で第8周期は貴金属の164番元素で終わると考えた。この第9周期は、第2、第3周期と同様に、遷移金属を持たないと予想されている。
最後の第8周期元素である172番元素は、オガネソン(最後の第7周期元素)同様の貴ガスになると予想されている。その先には、超アクチノイドのような別の長い遷移系列が始まり、少なくとも6g、7f、8dの電子殻が満たされるはずである(10s、10p1/2、6h11/2はエネルギーが高すぎて、この系列の初期には関与できない)。これらの電子は非常に緩く結合しており、非常に高い酸化数に到達できる可能性があるが、イオン価が増えると電子はより強固に結合することになる。
173番元素(ウンセプトトリウム)では、一番外側の電子が6g7/2電子殻に入る。スピン軌道相互作用によって8p3/2と6g7/2の電子殻の間に非常に大きなエネルギーギャップが生じるため、この最外殻の電子は非常に緩く結合し、非常に簡単に電離してUst+カチオンを形成すると予想される。その結果、173番元素は化学的にはアルカリ金属のように振る舞い、セシウムよりもはるかに反応性が高いと予想されている(フランシウムと119番元素は相対論的効果のためにセシウムよりも反応性が低い)。
元素184(ウンオクタクアジウム)は、当初陽子数184がマジックナンバーになると推測されていたため、初期の予測ではかなり関心を集めていた。電子配置は[Usb] 6g5 7f4 8d3で、少なくとも7fと8dの電子が化学的に活性であると予測されている。この物質の化学的挙動は、ウランやネプツニウムと同様に、+6価より大きく(6g電子の電離に相当)イオン化することはむずかしいと予想される。水溶液中では+4価が最も一般的で、固体化合物では+5価と+6価に到達すると考えられる。
物理的に可能な元素の数は明らかになっていない。低く見積もった場合、周期表は安定の島の後すぐに終わる可能性があり、それはZ = 126を中心としたものになると予想される。周期表と原子核種の拡張は、陽子および中性子のドリップラインと、アルファ崩壊や自発核分裂に対する安定性によって制限される。Y.Gambhirらの計算では、様々な崩壊経路における核結合エネルギーと安定性を分析し、結合した原子核の存在はZ = 146が限界であることを示唆している。 ワルター・グライナーのように、周期表に終わりがないかもしれないと予測した人もいる。 周期表に終わりがあると予測した人には、Z = 128(John Emsley)やZ = 155(Albert Khazan)がいる。
物理学者の間では、リチャード・P・ファインマンが、Z = 137より大きい原子番号の中性原子は存在しないと示唆したという「民間伝説」がある。これは、相対論的なディラック方程式によって、そのような原子の最内殻電子では基底状態のエネルギーが虚数になることが予測されるためである。この137という数字は、微細構造定数の逆数である。この論法では、中性原子はウントリセプチウムまでしか存在しないことになり、電子軌道に基づいた元素周期表はこの時点で破綻する。しかし、この議論は、原子核が点状であることを前提としている。より正確に計算するためには、原子核の大きさが小さいがゼロではないことを考慮しなければならず、その結果、限界はさらにZ ≈ 173まで上がると予測されている。
ボーアの原子模型は、原子番号が137より大きい原子が成立することの難しさを示す。1s電子軌道上の電子の速度vは次式で与えられる。
v = Z \alpha c \approx \frac{Z c}{137.036}
ここで、Zは原子番号、αは電磁的相互作用の強さを表す微細構造定数である。この近似式では、原子番号が137より大きい元素は、1s電子が光速であるcより速く移動する必要がある。したがって、非相対論的なボーアの原子模型をこのような元素に適用することは不正確である。
相対論的なディラック方程式により、基底状態のエネルギーは次のように与えられる。
E=\frac{m c^2}{\sqrt{1+\dfrac{Z^2 \alpha^2}{n-\left(j+\frac12\right)+\sqrt{\left(j+\frac12\right)^2-Z^ 2\alpha^2}}
ここで、mは電子の静止質量である。Z > 137の場合、ディラック基底状態の波動関数は束縛ではなく振動的であり、クラインのパラドックスのように正負のエネルギースペクトルの間にギャップはない。 原子核の有限サイズの影響を考慮したより正確な計算では、束縛エネルギーがZ > Zcr ≈ 173で初めて2mc2を超えることが示されている。Z > Zcrの場合、最も内側の軌道(1s)が満たされていないと、原子核の電界によって電子が真空から引き出され、陽電子が自然放出される。 この1s電子殻における負の連続体への飛び込みは、しばしば周期表の「終わり」を意味すると考えられてきたが、より詳細な考察によれば、それほど暗い結果にはならないことが示唆されている。
Zcr ≈ 173以上の原子番号を持つ原子は、「超臨界原子」と呼ばれている。超臨界原子は、電子と陽電子のペアが負の連続体から生成されるため、完全にイオン化することはできない。電子が束縛され、陽電子が脱出する自発的なペア生成によって1s電子殻が満たされるためである。しかし、原子核の周りの強磁場は非常に狭い空間に限られているため、負の連続体に飛び込んだ電子殻が埋まると、それ以上の自発的な対生成はパウリの排他原理によって禁じられてしまう。173~184番元素は、1s電子殻のみが負の連続体に飛び込んでいるため、「弱超臨界原子」と呼ばれている。185番元素では2p1/2電子殻が、245番元素では2s電子殻が結合すると予想されている。重い原子核を衝突させて超臨界電荷を作り出し、自発的なペアの生成を検出する実験は今のところ成功していない(例えば、鉛とウランを衝突させると瞬間的に実効Zが174になり、ウランとウランでは実効Z = 184、ウランとカリホルニウムでは実効Z = 190となる)。超臨界原子は電子構造に問題がないと予想されるので、周期表の最後は電子殻の不安定性ではなく核の不安定性で決まるのかもしれない。
また、A > 300を超える領域には、陽子や中性子に束縛されたクォークではなく、アップクォークやダウンクォークが自由に流れる、安定したクォーク物質の仮想的な相からなる「安定の大陸」が存在するのではないかと考えられている。このような物質は、バリオンあたりの結合エネルギーが陽子や中性子よりも大きいバリオン物質の基底状態であり、この質量閾値を超えると陽子や中性子が崩壊してクォーク物質になると考えられている。もしこの状態の物質が存在するならば,通常の超重核に生成するのと同じ核融合反応で合成される可能性があり、クーロン斥力を克服するのに十分なほど強い結合の結果として、核分裂に対して安定となるだろう。
最近の計算では、アップダウンクォークマター(udQM)ナゲットはA ~ 266を超えても従来の原子核に対して安定であることが示唆されており、また、udQMナゲットは従来の原子核(Zcr ~ 177、A ~ 480)よりも早く(Zcr ~ 163、A ~ 609)超臨界になることが示されている。
原子核の安定性は、96番元素のキュリウム以降原子番号が大きくなるにつれて急速に短くなるため、101番より大きい原子番号を持つ同位体はドブニウム268を除いて、半減期が1日以下で放射性崩壊をしてしまう。原子番号が82(鉛)より大きい元素には安定同位体が存在しない。しかし、まだあまりよくわかっていない理由で、原子番号110~114付近では核の安定性がわずかに増し、核物理学では「安定の島」と呼ばれるものが存在する。この概念はカリフォルニア大学バークレー校のグレン・シーボーグ教授が提唱したもので,超重元素が予測よりも長持ちする理由を説明している。
非相対論的なSkyrme相互作用を用いたハートリー=フォック方程式による計算では、Z = 126が陽子の閉殻として提案されている。周期表のこの領域では、中性子の閉殻としてN = 184、N = 196、N = 228が提案されている。したがって、最も関心のある同位体は310126、322126、354126であり、これらは他の同位体よりもかなり長命である可能性がある。魔法数の陽子を持つ126番元素は、この領域の他の元素よりも安定していると予想され、半減期の非常に長い核異性体が存在する可能性がある。 また代わりに、球状の安定の島が306122を中心とする可能性もあり、これは二重魔法数かもしれないと考えられている。
核変形と相対論的効果を考慮した超重核での単粒子の解析では、Z = 126、138、154、164とN = 228、308、318の新しい魔法数が予想されている 。したがって、291Cn、293Cn、298Flを中心とした安定の島に加えて、さらに二重魔法数の354126や472164、482164の周りにも安定の島が存在する可能性がある。これらの原子核はベータ崩壊に対し安定で、比較的長い半減期でアルファ崩壊や自発核分裂によって崩壊すると予測されており、それぞれN = 228同中性子体近辺や152-168番元素にさらなる安定性を与えている。一方で同分析によると、354126のようなケースでは、陽子殻の閉じ方が比較的弱いかまたは存在しない可能性がある。こうした原子核は二重魔法数ではないかもしれず、安定性は主に強い中性子殻の閉じ方によって決定されることになる。さらに、第2の島(Z = 164)では電磁的な反発の力が非常に大きく、強い力に打ち勝つと考えられるため、この領域周辺の原子核は共鳴としてしか存在せず、原子核を有意な時間で保つことができない可能性がある。また、これらの系列の間にある超アクチノイド元素のいくつかは、両方の島から離れすぎているために実際には存在しない可能性もあり、その場合、周期表はZ = 130あたりで終わるかもしれない。
164番元素を超えると、核分裂性物質に対する安定性の限界を示す領域が中性子ドリップラインに収束し、より重い元素の存在に限界が生じる可能性がある。とはいえ、Z = 210、274、354、N = 308、406、524、644、772とさらなる魔法数が予測されており、616210と798274の2つのベータ崩壊に安定な二重魔法核が発見されたが、同じ計算方法で298Flと472164も予測された(Z = 354で予測された二重魔法核はベータ崩壊に対し不安定で、998354は中性子不足、1126354は中性子過剰であった)。616210と798274にはアルファ崩壊や核分裂に対するさらなる安定性が予測されており、616210の半減期は数百マイクロ秒にも及ぶが、Z = 114や164で予測されているような大きな安定性の島は存在しないと考えられている。超重元素の存在は閉殻による安定化効果に強く依存しているため、核の不安定性と自発核分裂が安定の島を超えて周期表の終わりを決定することになるだろうと考えられている。
安定性の主要な島は291Cnと293Cnの周辺にあると考えられているため、オガネソンを超える未発見の元素は非常に不安定で、マイクロ秒以下でアルファ崩壊や自発核分裂を起こす可能性がある。半減期が1マイクロ秒を超える正確な領域は不明だが、利用可能なターゲットや発射体との核融合反応で生成される、ウンビニリウムより重い元素の同位体は、半減期が1マイクロ秒以下となり検出されない可能性があることを様々なモデルが示唆している。 一貫して予測されているのは、N = 184とN = 228、そしておそらくZ ~ 124とN ~ 198にも安定領域が存在することである。これらの核は数秒の半減期を持ち、主にアルファ崩壊と自発核分裂を起こすが、わずかなベータプラス崩壊(または電子捕獲)の分岐も存在するかもしれないと考えられている。 これらの安定性が高まった領域の外側では、安定化効果が失われるために核分裂障壁が大幅に低下し核子の半減期は10−18秒未満になると予想される。特に、核子のペアによって障壁がさらに低くなる偶数-偶数の原子核では顕著である。一般にアルファ崩壊の半減期は中性子数とともに増加し、最も中性子数の少ない同位体ではナノ秒、ベータ安定線(ベータ崩壊を起こさない核種群)に近いところでは数秒になると予想されている。魔法数よりも中性子数が少ない原子核では結合エネルギーが大幅に低下するため、この傾向は崩れ、半減期は短くなる。さらに中性子が不足している同位体も結合エネルギーが低く、陽子放出の可能性がある。クラスタ崩壊(重粒子放出)もいくつかの同位体の代替崩壊モードとして提案されているが、これらの元素の同定にはさらに別のハードルがある。