모스코븀

3. 성질

모스코븀(Moscovium) 또는 그 화합물의 어떤 특성도 핵 물리적 특성을 제외하고 측정된 바 없다. 이는 생산이 매우 제한적이고 비용이 많이 들며, 매우 빠르게 붕괴되기 때문이다. 모스코븀의 특성은 여전히 알려지지 않았으며 예측만 가능하다.

== 핵 안정성과 동위원소 ==

모스코븀은 코페르니슘과 플레로븀을 중심으로 하는 안정의 섬 내에 존재할 것으로 예상된다.^[27][28] 예상되는 높은 핵분열 장벽으로 인해, 이 안정의 섬 내의 모든 핵은 알파 붕괴와 일부 전자 포획 및 베타 붕괴에 의해서만 붕괴된다.^[72] 알려진 모스코븀 동위원소는 안정의 섬에 충분한 중성자를 가지고 있지 않지만, 일반적으로 더 무거운 동위원소일수록 수명이 길어진다.^{[4][6][44][59]}

가상 동위원소 ²⁹¹Mc는 가장 무거운 모스코븀 동위원소인 ²⁹⁰Mc보다 중성자가 하나 더 많아, ²⁹⁵Ts의 딸핵으로 합성될 수 있다.^[27][70] 계산에 따르면 알파 붕괴 외에도 상당한 전자 포획 또는 양전자 방출 붕괴 모드를 가지며 수초의 상대적으로 긴 반감기를 가질 수 있다. 이는 ²⁹¹Fl, ²⁹¹Nh, 그리고 약 1200년의 반감기를 가질 것으로 예상되는 ²⁹¹Cn을 생성하며, 안정의 섬 중앙에 도달할 가능성이 높은 방법으로 주목받고 있다. 그러나 ²⁹⁵Ts 생성 반응의 단면적이 낮을 것으로 예상되고 베타 안정선에 가까운 초중원소의 붕괴 특성은 대부분 미개척 상태라는 단점이 있다.^[27][70]

안정의 섬에 있는 핵을 합성하는 다른 가능성에는 거대핵의 준핵분열(부분 융합 후 핵분열)이 포함된다.^[31][74] 이러한 핵은 칼슘-40, 주석-132, 납-208 또는 비스무트-209과 같은 이중 마법수 또는 거의 이중 마법수 조각을 방출하는 경향이 있다.^[30][73] 악티늄족 핵의 충돌에서 다중 핵전달 반응을 사용하여 중성자 풍부 초중원소를 합성할 수 있지만,^[31][74] 더 가벼운 원소인 노벨륨이나 시보기움의 형성이 더 선호된다.^[27][70] 안정의 섬 근처의 동위원소를 합성하는 마지막 가능성은 통제된 핵폭발을 사용하여 불안정성 간격을 우회할 만큼 충분히 높은 중성자 플럭스를 생성하는 것이다.^[27][70]

== 물리적 및 원자적 성질 ==

모스코븀(Mc)은 주기율표에서 15족 원소(프니크토겐)이며, 질소, 인, 비소, 안티몬, 비스무트 아래에 위치한다.^[58] 다른 프니크토겐 원소들은 모두 원자가전자가 5개이며, ns²np³의 최외각전자 배치를 가지는데, 모스코븀의 경우 7s²7p³ 배치를 가질 것으로 예측되어, 더 가벼운 동족 원소와 어느 정도 유사한 성질을 가질 것으로 예측된다.^[58] 하지만, 스핀-궤도 상호작용과 같은 상대론적 효과로 인해 중요한 차이점도 발생한다.^[76] 이 상호작용은 무거운 원소에서 전자가 광속에 필적하는 속도로 움직이기 때문에 초중원소에서 특히 강하다.^[76]

모스코븀의 경우 7s와 7p의 전자 에너지 준위를 낮추지만(대응하는 전자보다 안정화시키지만), 두 개의 7p 전자 에너지 준위는 다른 네 개보다 더 많이 안정화된다.^[75] 7s 전자의 안정화는 불활성 전자쌍 효과라고 불리며, 7p 부껍질이 더 안정화된 상태와 덜 안정화된 상태로 "분열"하는 효과는 subshell splitting이라고 불린다. 컴퓨터 화학자들은 이 분열을 7p 부껍질의 각운동량이 1에서 1/2(안정도 높음)와 3/2(안정도 낮음)로 변화하는 것으로 이해한다.^[76] 이러한 7p 부껍질의 분열을 고려하여 모스코븀의 원자가전자 배치는 7s²7p²_1/27p¹_3/2로 쓰이기도 한다.^[58]

모스코븀의 원자가전자는 7s에 2개, 7p_1/2에 2개, 7p_3/2에 1개로 세 개의 부껍질로 나뉜다. 앞의 두 전자(7s, 7p_1/2)는 상대론적 효과로 안정화되어 불활성 전자쌍으로 작용하지만, 마지막 하나(7p_3/2)는 상대론적 효과로 불안정화되어 화학 결합에 쉽게 참여한다.^[58] 따라서 모스코븀은 탈륨(Tl⁺)처럼 +1의 산화수를 취하기 쉽고, 제1이온화 에너지는 약 5.58 eV로 질소족 원소의 경향과 일치하여 아래로 갈수록 낮아진다.^[58]

모스코븀과 니호늄은 모두 준폐각 밖에 하나의 전자를 가지고 있으며, 금속 상태에서 비국재화되어 금속 결합의 강도가 거의 같기 때문에 비슷한 녹는점과 끓는점을 가진다(둘 다 약 400℃에서 녹고 1100℃에서 끓는다).^[72] 또한 예측되는 이온화 포텐셜, 이온 반지름(Mc⁺: 1.5Å, Mc³⁺: 1.50Å), Mc⁺의 극성은 동족 원소인 Bi³⁺보다 Tl⁺와 가깝다.^[72] 모스코븀은 원자량이 크기 때문에 고밀도 금속이 되며, 그 밀도는 약 13.5 g/cm³이다.^[72] 수소형 모스코븀 원자(Mc¹¹⁴⁺)의 전자는 매우 빠르게 움직이기 때문에 상대론적 효과 때문에 그 질량은 정지 전자의 1.82배가 된다. 반면 수소형 비스무트, 수소형 안티몬의 경우 각각 1.25배, 1.077배이다.^[76]

== 화학적 성질 ==

모스코븀(Moscovium)은 주기율표에서 7p 계열의 화학 원소 중 세 번째이며, 비스무트(bismuth) 아래 15족에서 가장 무거운 원소로 예측된다.^[34] 모스코븀은 가벼운 동족체인 비스무트와의 상동성이 좋을 것으로 예상된다.^[34]

이 족에서는 각 원소가 +5의 족 산화 상태를 나타내지만 안정성은 다르다. 질소의 경우 +5 상태는 N₂O₅와 같은 분자에 대한 형식적인 설명일 뿐이다. 작은 질소 원자가 5개의 리간드를 수용할 수 없기 때문에 질소에 5개의 공유 결합을 갖는 것은 매우 어렵다. +5 상태는 본질적으로 상대론적 효과가 없는 전형적인 비금속 원소인 인, 비소, 안티몬에서 잘 나타난다. 그러나 비스무트에서는 불활성 전자쌍 효과로 알려진 6s 오비탈의 상대론적 안정화로 인해 6s 전자가 화학적으로 결합하기 어려워 드물게 나타난다. 모스코븀은 결합 에너지가 7p_1/2 전자보다 7p_3/2 전자의 에너지가 현저히 낮기 때문에 7s와 7p_1/2 전자 모두에 대해 불활성 전자쌍 효과를 가질 것으로 예상된다. 질소(I)와 비스무트(I)는 알려져 있지만 드물며, 모스코븀(I)은 독특한 특성을 나타낼 가능성이 높다.^[35] 아마도 비스무트(I)보다는 탈륨(I)과 더 유사하게 행동할 것이다.^[72]

스핀-궤도 결합 때문에 플레로븀(flerovium)은 닫힌 껍질 또는 비활성 기체와 같은 특성을 나타낼 수 있다. 만약 그렇다면 모스코븀은 Mc⁺ 양이온이 플레로븀과 같은 전자 배치를 가지므로 일반적으로 일가 양성자를 나타낼 가능성이 높으며, 어쩌면 알칼리 금속과 같은 성질을 가질 수도 있다.^[72] Mc³⁺ 양이온은 가벼운 동족체인 Bi³⁺와 유사하게 행동할 것이다.^[72] 7s 전자는 너무 안정되어 화학적으로 기여할 수 없으므로 +5 상태는 불가능하며, 모스코븀은 3개의 원자가 전자만 가지는 것으로 간주될 수 있다.^[72] 모스코븀은 Mc⁺/Mc 쌍에 대한 표준 환원 전위가 −1.5 (V)인 매우 반응성이 큰 금속일 것이다.^[72]

수용액에서 모스코븀의 화학은 본질적으로 Mc⁺ 및 Mc³⁺ 이온의 화학일 것이다. 전자는 쉽게 가수분해되고 할로겐화물, 시안화물, 암모니아와 쉽게 배위 착물을 형성하지 않을 것이다.^[72] 모스코븀(I) 수산화물(McOH), 탄산염(Mc₂CO₃), 옥살레이트(Mc₂C₂O₄), 플루오르화물(McF)은 물에 용해되고, 황화물(Mc₂S)은 불용성이며, 염화물(McCl), 브롬화물(McBr), 요오드화물(McI), 티오시아네이트(McSCN)은 약간 용해되므로 과량의 염산을 첨가해도 모스코븀(I) 염화물의 용해도에 눈에 띄는 영향을 미치지 않을 것이다.^[72] Mc³⁺는 Tl³⁺만큼 안정적이어야 하며, 따라서 모스코븀 화학의 중요한 부분이 될 것이지만, 원소들 중 가장 가까운 동족체는 가벼운 동족체인 Bi³⁺일 것이다.^[72] 모스코븀(III) 플루오르화물(McF₃)과 티오존화물(McS₃)은 해당 비스무트 화합물과 유사하게 물에 불용성이지만, 모스코븀(III) 염화물(McCl₃), 브롬화물(McBr₃), 요오드화물(McI₃)은 쉽게 용해되고 가수분해되어 McOCl 및 McOBr과 같은 옥시할로겐화물을 형성하는데, 이 또한 비스무트와 유사하다.^[72] 모스코븀(I)과 모스코븀(III) 모두 일반적인 산화 상태이며, 상대적인 안정성은 무엇과 착물을 형성하는지 및 가수분해 가능성에 크게 의존할 것이다.^[72]

가벼운 동족체인 암모니아, 포스핀, 아르신, 스티빈, 비스무틴과 마찬가지로 모스코빈(McH₃)은 Mc–H 결합 길이가 195.4 pm이고 H–Mc–H 결합 각이 91.8°인 삼각뿔형 분자 기하를 가질 것으로 예상된다 (비스무틴은 결합 길이 181.7 pm, 결합 각 91.9°; 스티빈은 결합 길이 172.3 pm, 결합 각 92.0°).^[79]

3. 1. 핵 안정성과 동위원소

3. 2. 물리적 및 원자적 성질

3. 3. 화학적 성질

4. 실험 화학

모스코븀 동위원소 ²⁸⁸Mc, ²⁸⁹Mc, ²⁹⁰Mc는 화학적 연구에 충분할 정도로 긴 반감기를 가진다.^[39] 2024년 GSI(헬름홀츠 중이온연구소)에서 수행된 실험에서는 ²⁴³Am+⁴⁸Ca 반응을 통해 ²⁸⁸Mc를 생성하여 SiO₂와 금 표면에서 니호늄과 모스코븀의 흡착을 연구하였다. SiO₂에서 모스코븀의 흡착 엔탈피는 실험적으로 −Δ''H''_SiO2(Mc) = 54⁺¹¹

₋₅ kJ/mol (신뢰 수준 68%)로 결정되었다. 모스코븀은 가벼운 동족원소인 비스무트보다 SiO₂ 표면과의 반응성이 낮지만, 닫힌껍질을 가진 코페르니슘과 플레로븀보다는 반응성이 더 높은 것으로 밝혀졌다. 이는 7p_1/2 껍질의 상대론적 안정화 때문이다.^[40]

모스코븀(Mc)의 화학적 성질에 대한 명확한 결정은 아직 이루어지지 않았다.^[81][82] 2011년, 아메리슘(Am)-243과 플루토늄(Pu)-244를 표적으로 하여 칼슘(Ca)-48을 충돌시켜 니호늄, 플레로븀, 모스코븀의 동위원소를 생성하는 실험이 수행되었다. 표적에는 불순물로 납과 비스무트가 포함되어 있었기 때문에, 핵 교환 반응에 의해 비스무트와 폴로늄의 동위원소가 생성되었다. 이것은 예상치 못한 상황이었지만, 비스무트와 폴로늄의 각각 더 무거운 동족체인 모스코븀과 리버모륨의 화학적 성질을 향후 조사하는 데 유용한 정보를 제공해 주었다.^[82] 생성된 비스무트-213과 폴로늄-212m은 850℃의 온도에서 탄탈럼(Ta)으로 지지된 수정 섬유 필터를 통해 수소화물 ²¹³BiH₃ 및 ^212mPoH₂로 운반되었고, 놀랍게도 열 안정성을 나타냈다. 그러나 더 무거운 동족체인 McH₃나 LvH₂는 주기율표의 p구역 경향으로 미루어 볼 때 이 정도의 열 안정성은 없을 것으로 예측된다.^[82] 화학 실험이 수행되기 전에 BiH₃, PoH₂, McH₃ 및 LvH₂에 대한 안정성 및 전자 구조에 대한 추가적인 계산이 필요하다. 순수한 모스코븀과 리버모륨은 향후 화학 실험을 수행하기에 충분한 휘발성을 가질 것으로 생각된다.^[82] 모스코븀 동위원소 ²⁸⁸Mc, ²⁸⁹Mc, ²⁹⁰Mc는 반감기가 짧아 어렵지만, 기존의 방법으로 화학적 연구가 이루어지고 있다.^[82] 모스코븀은 화학 실험이 가능할 정도로 긴 반감기를 가진 동위원소가 알려진 가장 무거운 원소이다.^[83]

5. 기타

밥 라자르(Bob Lazar, 1959~)는 미국 네바다 51구역에서 근무할 당시 안개상자 실험에서 115번 원소 때문에 빛의 광선이 휘어지는 것을 목격했다고 주장하였다.^[85] 그는 115번 원소가 UFO의 연료라고 주장하였다.^[85]

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