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元素の基本と仕組み

172番元素までの周期表が提案される

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“A suggested periodic table up to Z ≦ 172, based on Dirac-Fock calculations on atoms and ions”
Pyykko, P. Phys. Chem. Chem. Phys. 201113, 161. DOI: 10.1039/c0cp01575j

1869年にドミトリ・イワノヴィッチ・メンデレーエフによって作成された元素周期表は、皆さんにとってなじみ深いものでしょう。

性質の類似性にしたがって元素を並べた直観的な表は、当時未発見だった数々の元素(ガリウムやテクネチウムなど)の発見を促すなど、化学の世界をほうぼうで豊かにしてきました。

現在普及している周期表は、上図のように118番まで欄が設けられています。

2010年10月現在、存在が公式に認められているのは112番元素のコペルニシウム(Cn)まで。113番以降は生成の確認作業、発見作業が進められています(2014年12月追記:現在では114番元素フレロヴィウム(Fl)、116番元素リヴァモリウム(Lv)まで認定済です)。

周期表一つから化学の歴史と最先端領域を俯瞰でき、まさに壮大な化学の系譜でもあるわけです。

さてこのたびヘルシンキ大学のPekka Pyykkoによって、拡張型元素周期表が理論計算を元に提案されました。そこには未だ想像でしかない、172番元素までが記されています。


periodic_tabel_172_2.gif

(画像は論文より引用・改変)

・119,120番元素は、8s軌道に電子を埋めていく典型元素。
・121~138番元素は、電子が5g軌道に埋まっていくカテゴリ。
・139,140番元素は、8p*軌道という変わった軌道(!)に電子が埋まっていくカテゴリ
・141~155番元素は、6f軌道に電子が詰まっていく、ランタノイド・アクチノイドの直下に属するカテゴリ
・156~164番元素は、7d軌道に電子が充填される
・165,166番元素は9s軌道に電子を埋めていく典型元素。
・167,168番は9p軌道に電子が埋まる典型元素。
・169~172番は8p軌道へ電子が埋まる(!) エネルギー準位は9s<9p(一重項)<8p(三重項)になる・・・らしい。

論文ではこの判定基準が数式などを使って詳しく議論されていますが、残念ながら有機屋の筆者、込み入った内容など全く理解出来ません!(苦笑)

とはいえ、「元素(もしくはその多価イオン)の軌道エネルギーを計算し、構成原理・パウリの排他則に従って電子を詰めていく」のが分類の基本的プロセス、というのはどの元素でも共通のようです。

超重元素ともなると、相対論効果の影響などが無視できなくなり、エネルギー計算自体まったく一筋縄ではいかなくなってきます。量子力学の相対論効果はPyykko自身の研究テーマでもあるようで、超重元素の分類にその専門性をフル活用しているようです。

ここで挙げられた最後の172番元素が実験的に確認される日、それはおそらく遥か未来の出来事でしょう。

提案者のPyykko自身、「この周期表が埋まる日はすぐには来ない。実験化学者は100年で、130番元素ぐらいまでは見つけられるかもしれない」とも言っているほどです。

これほどになると「何の役に立つの?」という議論などはまさに瑣末、そんな価値基準を遥かに超越した次元にある問題の一つだと言わざるを得ません。

しかし直接的には役に立たずとも、化学的発見と理論構築の双方にとって、周期表の存在は確実に重要たるものです。
我々の世界認識を拡張してくれるという観点からも、意義深い提案たること間違いないのです。

「僕ら研究者は何も生産していない,無責任さだけが取り柄だからね. でも,百年,二百年先のことを考えられるのは僕らだけなんだよ」 (森博嗣 『すべてがFになる』).

人間の寿命などでは測れないほどの、遥か未来を眺める目を持つことの重要性―その意義を再認識させてくれる研究だと筆者には感じられました。

 

関連書籍

 

関連リンク

ドミトリ・メンデレーエフ – Wikipedia

Extended elements: new periodic table

Professor Pekka Pyykko

Interview with Pekka Pyykko

拡張周期表 – Wikipedia

cosine

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

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