大阪大学大学院理学研究科の笠松良崇教授、高エネルギー加速器研究機構共通基盤研究施設の渡邉瑛介助教（研究当時、大阪大学大学院理学研究科大学院生）、および理化学研究所仁科加速器科学研究センターの羽場宏光室長らの研究グループは、人工元素であるノーベリウムがクラウンエーテルと予測以上に強く相互作用することを観測し、これが重い元素に顕著に働く相対論効果によって現れた金属イオンとしての「軟らかさ」に起因していることを明らかにしました。
原子番号102のノーベリウム（No）は、周期表の下部に位置するアクチノイド元素の一つです。ノーベリウムは短寿命（²⁵⁵No, 半減期：3.5分）で、一度の実験で扱える原子数も非常に少ないため、その化学的性質には現在も多くの謎が残されています。
今回、研究グループは、理化学研究所RIビームファクトリーのAVFサイクロトロンを用いて²⁵⁵Noを合成し、クラウンエーテルを担持した樹脂への吸着率（分配係数）を測定しました。その結果、No²⁺はストロンチウムイオン（Sr²⁺）と同程度に強くクラウンエーテルへ抽出される一方、そのイオンサイズだけから予想される傾向からは明確に外れ、鉛イオン（Pb²⁺）と似た性質を示すことが分かりました。この実験結果について相対論的量子化学計算を行ったところ、No²⁺とクラウンエーテルとの結合には単純な静電相互作用だけではなく共有結合的な性質が現れることが示されました。そして、この特徴には、原子番号の大きな元素で顕著になる「相対論効果」が深く関与していることが明らかになりました。これらの結果は、No²⁺が従来知られてきたアルカリ土類金属(Ca²⁺やSr²⁺)に似た性質だけでなく、Pb²⁺に似た「軟らかい」金属イオンとしての性質も併せ持つことを示しています。本研究は、元素がもつ「硬さ」のパラメータが相対論効果の影響を顕著に受けることに初めて着目したものであり、今後ニホニウムなど他の重元素の化学的性質を調べる研究への波及が期待されます。
本研究成果は、米国科学誌「Science Advances」に、９月30日（水）14:00(U.S. Eastern Time)に公開されました。

クラウンエーテルと相互作用するノーベリウムの分子構造イメージ

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• 大阪大学大学院理学研究科 化学専攻 放射化学研究室

〈共同リリース機関HP〉

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