운비븀
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1. 개요
운비븀(Ubb)은 아직 발견되지 않은 원소로, 원자 번호 122번을 가지며, 주기율표의 8주기에 위치할 것으로 예상된다. 핵융합 증발 반응을 통해 합성을 시도했지만 실패했으며, 현재 기술로는 감지가 어려울 정도로 짧은 반감기를 가질 것으로 예측된다. 화학적으로는 세륨이나 토륨과 유사할 것으로 예상되지만, 상대론적 효과로 인해 차이가 있을 수 있다.
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| 운비븀 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| 이름 | 운비븀 |
| 원소 기호 | Ubb |
| 원자 번호 | 122 |
| 다른 이름 | 원소 122, 에카-토륨 |
| 왼쪽 원소 | 운비우늄 |
| 오른쪽 원소 | 운비트륨 |
| 위쪽 원소 | — |
| 아래쪽 원소 | — |
| 겉모습 | 해당 없음 |
| 전자 배치 설명 | 예측에 따라 다름, 텍스트 참조 |
| 물리적 성질 설명 | 해당 없음 |
| 상태 | 해당 없음 |
| 상태 설명 | 해당 없음 |
| 밀도 (g/L, STP) | 해당 없음 |
| 밀도 (g/cm³, NR) | 해당 없음 |
| 밀도 (g/cm³, NR) 2 | 해당 없음 |
| 밀도 (g/cm³, MP) | 해당 없음 |
| 녹는점 (K) | 해당 없음 |
| 녹는점 (섭씨) | 해당 없음 |
| 녹는점 (화씨) | 해당 없음 |
| 승화점 (K) | 해당 없음 |
| 승화점 (섭씨) | 해당 없음 |
| 승화점 (화씨) | 해당 없음 |
| 끓는점 (K) | 해당 없음 |
| 끓는점 (섭씨) | 해당 없음 |
| 끓는점 (화씨) | 해당 없음 |
| 삼중점 (K) | 해당 없음 |
| 삼중점 (kPa) | 해당 없음 |
| 임계점 (K) | 해당 없음 |
| 임계점 (MPa) | 해당 없음 |
| 융해열 | 해당 없음 |
| 융해열 2 | 해당 없음 |
| 기화열 | 해당 없음 |
| 열용량 | 해당 없음 |
| 증기압 (1) | 해당 없음 |
| 증기압 (10) | 해당 없음 |
| 증기압 (100) | 해당 없음 |
| 증기압 (1 k) | 해당 없음 |
| 증기압 (10 k) | 해당 없음 |
| 증기압 (100 k) | 해당 없음 |
| 증기압 설명 | 해당 없음 |
| 전기 음성도 | 해당 없음 |
| 이온화 에너지 개수 | 해당 없음 |
| 1차 이온화 에너지 | 545 (예측) |
| 2차 이온화 에너지 | 1090 (예측) |
| 3차 이온화 에너지 | 1848 (예측) |
| 원자 반지름 | 해당 없음 |
| 계산된 원자 반지름 | 해당 없음 |
| 공유 반지름 | 해당 없음 |
| 결정 구조 | 해당 없음 |
| 반데르발스 반지름 | 해당 없음 |
| 자기 정렬 | 해당 없음 |
| 전기 저항 | 해당 없음 |
| 0도에서의 전기 저항 | 해당 없음 |
| 20도에서의 전기 저항 | 해당 없음 |
| 열전도율 | 해당 없음 |
| 열전도율 2 | 해당 없음 |
| 열확산율 | 해당 없음 |
| 열팽창 | 해당 없음 |
| 25도에서의 열팽창 | 해당 없음 |
| 음속 | 해당 없음 |
| 20도에서의 음속 (막대) | 해당 없음 |
| 실온에서의 음속 (막대) | 해당 없음 |
| 인장 강도 | 해당 없음 |
| 영률 | 해당 없음 |
| 전단 탄성 계수 | 해당 없음 |
| 체적 탄성 계수 | 해당 없음 |
| 푸아송 비 | 해당 없음 |
| 모스 경도 | 해당 없음 |
| 비커스 경도 | 해당 없음 |
| 브리넬 경도 | 해당 없음 |
| CAS 등록번호 | 54576-73-7 |
| 명명 | IUPAC 체계적 원소 이름 |
| 핵종 정보 | |
| 핵종 | 해당 없음 |
| 핵종 설명 | 해당 없음 |
2. 역사
2008년 히브리 대학의 암논 마리노프 연구팀은 천연 토륨에서 토륨 대비 10−11에서 10−12 비율로 운비븀을 발견했다고 주장했다.[74] 이는 마거릿 페레이가 1939년 프랑슘을 발견한 이후 69년 만에 새로운 원소가 자연에서 발견되었다고 주장한 첫 사례였다. 마리노프는 이 논문이 네이처와 네이처 피직스에 제출되었으나 동료 심사 없이 거절되었다고 밝혔다.[8] 마리노프 연구팀은 운비븀-292 원자가 반감기가 최소 1억 년인 초변형 또는 과변형 핵 이성질체라고 주장했다.[4]
질량 분석법을 통해 더 가벼운 토륨 동위원소를 식별하는 데 사용된 기술에 대한 비판이 2008년 ''Physical Review C''에 게재되었다.[9][10] 마리노프 그룹은 이에 대한 반박 논문을 ''Physical Review C''에 게재했다.[11]
이후 가속기 질량 분석법(AMS)을 사용한 토륨 실험이 진행되었으나, 100배 더 나은 감도에도 불구하고 마리노프 연구팀의 결과를 재현하지 못했다.[12] 이는 마리노프 연구팀이 주장한 토륨의 장수명 동위원소,[9] 뢴트게늄,[13] 및 운비븀에 대한 주장에 큰 의문을 제기한다.[2] 현재까지의 초중원소에 대한 이해에 따르면, 자연 상태의 토륨 샘플에서 운비븀이 발견될 가능성은 매우 낮은 것으로 평가된다.[4]
2. 1. 합성 시도
운비븀 합성은 1970년대 초반부터 여러 차례 시도되었으나, 현재까지 성공하지 못했다. 초기 시도들은 ''N'' = 184 및 ''Z'' > 120에서 안정성의 섬이 존재할 것이라는 예측에 기반을 두었다.[3][4]1970년대 이후, 여러 연구 기관에서 다양한 방법으로 운비븀 합성을 시도하였다. 2000년대에는 플레로프 핵반응연구소에서 초중원소 복합 핵의 핵분열 특성을 연구하여, 닫힌 껍질 핵 방출 및 58Fe 발사체 사용 가능성을 확인했다.[4][7]
멘델레븀 이후의 모든 원소는 핵융합 증발 반응으로 생성되었으며, 가장 최근에는 2010년에 테네신이 발견되었다.[45] 그러나 이러한 반응은 현재 기술의 한계에 도달했다. 예를 들어, 테네신 합성에는 22mg의 249Bk(버클륨)와 6개월 동안 강렬한 48Ca 빔이 필요했다.[46] 초중원소 연구에서 빔 강도는 초당 1012개의 발사체를 초과할 수 없으며, 희귀하고 불안정한 악티늄족 표적을 대량 생산하는 것은 비현실적이다.[46]
핵융합 증발 반응이 운비븀 또는 더 무거운 원소의 발견에 적합하지 않을 수 있다는 예측도 있다. 여러 모델에서 ''Z'' = 122 및 ''N'' ~ 180인 동위원소의 알파 붕괴 및 자발 핵분열 반감기가 마이크로초 이하로 매우 짧아져, 현재 장비로는 검출이 거의 불가능할 것으로 예측한다.[40][48] 자발 핵분열의 증가는 리버모륨 또는 오가네손과 같은 알려진 핵과의 연결을 끊어 식별 및 확인을 더욱 어렵게 만들 수 있다.[49]
이러한 어려움에도 불구하고, 운비븀 합성을 위한 새로운 방법들이 제안되고 있다. 크로뮴 빔과 캘리포늄 표적을 결합하는 방법이 가장 유망한 옵션 중 하나로 꼽히며, 특히 54Cr과 252Cf의 반응은 ''N'' = 184의 닫힌 중성자 껍질에 도달할 수 있지만, 249Cf 표적을 사용한 유사한 반응이 더 실현 가능하다고 여겨진다.[40][50]
+ → + 3
이 반응이 성공하고 알파 붕괴가 자발 핵분열보다 우세하게 유지되면, 결과 300Ubb는 296Ubn을 통해 붕괴될 것이고, 이는 249Cf와 50Ti 간의 교차 폭격에서 채워질 수 있다. 그러나 이 반응의 최대 단면적은 3 fb로 예측되어,[50] 성공적인 반응에서 측정된 가장 낮은 단면적보다 한 자릿수 낮다.
미래의 실험은 핵 연구 합동 연구소(JINR) 또는 RIKEN(이화학연구소)과 같은 시설에서 수행되어야 하며, 이를 통해 실험을 더 오랫동안 실행하고 감지 기능을 향상시키며 접근할 수 없는 반응을 수행할 수 있을 것이다.[47]
2. 1. 1. 핵융합 증발
1972년 공동원자핵연구소(JINR)의 플레로프 등은 중이온 유도 열융합 반응을 이용해 운비븀 합성을 시도했다.[4] 이 실험은 ''N'' = 184에서 ''Z'' > 120인 안정의 섬이 존재할 것이라는 초기 예측에 기반했다. 그러나 원자는 검출되지 않았고, 생성 단면적의 상한값은 5 nb (5,000 pb)로 측정되었다. 현재 플레로븀에 대한 연구 결과를 보면, 이 실험의 감도는 최소 3자리수 이상 낮았다는 것을 알 수 있다.[3]| 반응 |
|---|
| + → * → 원자 없음 |
1978년 중이온 연구를 위한 GSI(GSI) 헬름홀츠 중이온 연구 센터에서도 운비븀 합성을 시도했지만 실패했다. 12시간의 조사 후에도 아무것도 발견되지 않았다. 238U과 65Cu에서 운비우늄을 합성하려는 유사한 실패 시도와 함께, 초중원소의 반감기는 1 마이크로초 미만이거나 단면적이 매우 작아야 한다는 결론이 내려졌다.[5]
| 반응 |
|---|
| + → * → 원자 없음 |
2000년, GSI는 훨씬 더 높은 감도로 매우 유사한 실험을 다시 수행했다.[4] 이러한 결과는 무거운 원소의 합성이 여전히 상당한 과제이며, 빔 강도와 실험 효율을 더욱 개선해야 함을 보여준다. 향후 감도를 1 fb까지 증가시켜야 더 나은 결과를 얻을 수 있을 것이다.
| 반응 |
|---|
| + → * → 원자 없음 |
2. 1. 2. 복합 핵분열
2000년부터 2004년까지 플레로프 핵반응연구소에서 306Ubb와 같은 다양한 초중원소 복합 핵의 핵분열 특성을 연구하는 여러 실험이 수행되었다. 이 실험에는 248Cm + 58Fe 및 242Pu + 64Ni의 두 가지 핵반응이 사용되었다.[4] 연구 결과는 초중원소 핵이 132Sn (''Z'' = 50, ''N'' = 82)과 같은 닫힌 껍질 핵을 방출하며 주로 핵분열하는 방식을 보여주었다. 또한 48Ca 및 58Fe 발사체를 사용했을 때 융합-핵분열 경로의 수율이 유사하게 나타나, 앞으로 초중원소 형성에 58Fe 발사체를 사용할 가능성을 보여주었다.[7]2. 2. 발견 주장
2008년 히브리 대학의 암논 마리노프 연구팀은 자연 상태의 토륨에서 운비븀을 발견했다고 주장했지만,[74] 과학계의 비판을 받았다. 마리노프는 자신의 논문이 네이처와 네이처 피직스에서 동료 심사 없이 거절되었다고 밝혔다.마리노프 연구팀의 주장은 질량 분석법을 사용한 이전 연구 결과에 대한 비판과, 가속기 질량 분석법(AMS)을 사용한 추가 실험에서 재현되지 않음으로써 의문이 제기되었다. 현재 초중원소에 대한 이해에 따르면 자연 토륨 샘플에서 운비븀이 발견될 가능성은 매우 낮다.[4]
2. 2. 1. 자연 발생 원소로서의 발견 주장 (2008년)
2008년 4월 24일 히브리 대학의 암논 마리노프가 이끄는 팀은 천연 토륨에서 대략 10−11에서 10−12의 비율로 운비븀을 발견했다고 주장했다.[74]2008년 히브리 대학교의 이스라엘 물리학자 암논 마리노프가 이끄는 연구팀은 자연 발생 토륨 퇴적물에서 토륨에 대한 상대적인 풍부도가 10−11에서 10−12 사이인 운비븀-292의 단일 원자를 발견했다고 주장했다.[2] 이는 마거릿 페레이가 1939년 프랑슘을 발견한 이후 69년 만에 새로운 원소가 자연에서 발견되었다고 주장된 첫 번째 사례였다. 마리노프 등의 주장은 과학계에서 비판을 받았으며, 마리노프는 이 논문을 네이처와 네이처 피직스 저널에 제출했지만, 두 저널 모두 동료 심사 없이 거절했다고 말한다.[8] 운비븀-292 원자는 반감기가 최소 1억 년인 초변형 또는 과변형 핵 이성질체라고 주장되었다.[4]
이전에 질량 분석법을 통해 더 가벼운 토륨 동위원소를 식별하는 데 사용된 기술에 대한 비판이 2008년 ''Physical Review C''에 게재되었다.[9][10] 마리노프 그룹의 반박은 게시된 논평 후에 ''Physical Review C''에 게재되었다.[11]
더 우수한 방법인 가속기 질량 분석법(AMS)을 사용한 토륨 실험의 반복은 100배 더 나은 감도에도 불구하고 결과를 확인하지 못했다.[12] 이 결과는 마리노프 연구팀이 주장한 토륨의 장수명 동위원소,[9] 뢴트게늄,[13] 및 운비븀에 대한 주장에 상당한 의문을 제기한다.[2] 초중원소에 대한 현재의 이해는 자연 토륨 샘플에서 운비븀의 흔적이 남아 있을 가능성이 매우 낮다는 것을 나타낸다.[4]
2. 2. 2. 학계의 비판과 추가 검증
2008년 히브리 대학의 암논 마리노프가 이끄는 팀은 천연 토륨에서 대략 10−11에서 10−12의 비율로 운비븀을 발견했다고 주장했다.[74] 그러나 많은 과학자들은 이 연구 결과에 대해 비판적인 입장을 보였다. 마리노프는 이 논문이 네이처와 네이처 피직스에 제출되었으나 동료 심사 없이 거절되었다고 주장했다.[8] 마리노프 연구팀은 운비븀-292 원자가 반감기가 최소 1억 년인 초변형 또는 과변형 핵 이성질체라고 주장했다.[4]이전에 질량 분석법을 통해 더 가벼운 토륨 동위원소를 식별하는 데 사용된 기술에 대한 비판이 2008년 ''Physical Review C''에 게재되었다.[9][10] 마리노프 그룹은 이에 대한 반박 논문을 ''Physical Review C''에 게재했다.[11]
이후 가속기 질량 분석법(AMS)을 사용한 토륨 실험이 진행되었으나, 100배 더 나은 감도에도 불구하고 마리노프 연구팀의 결과를 재현하지 못했다.[12] 이는 마리노프 연구팀이 주장한 토륨의 장수명 동위원소,[9] 뢴트게늄,[13] 및 운비븀에 대한 주장에 큰 의문을 제기한다.[2] 현재까지의 초중원소에 대한 이해에 따르면, 자연 상태의 토륨 샘플에서 운비븀이 발견될 가능성은 매우 낮은 것으로 평가된다.[4]
2. 3. 명명법
멘델레예프의 미발견 원소 명명법에 따르면, 운비븀은 ''에카-토륨''으로 불려야 한다.[14] 1979년 IUPAC의 권고에 따라, 이 원소는 공식적으로 발견되고 합성되어 영구적인 이름을 얻기 전까지 임시 이름으로 ''운비븀''(원소 기호: ''Ubb'')으로 널리 불렸다.[15] 과학자들은 이러한 명명법을 무시하고, 운비븀을 단순히 "원소 122"(기호: ''122'') 또는 때로는 ''E122'' 또는 ''122''로 지칭한다.3. 예상되는 성질
운비븀은 주기율표의 8주기 및 2족에 위치할 것으로 예상되는 알칼리 토금속이다. 초악티늄 원소이자 전이 금속으로 분류될 가능성이 크며, 현재까지 합성된 가장 가벼운 원소인 운아닐륨보다 무거울 것이다.
화학적으로는 세륨이나 토륨과 유사할 것으로 보이지만, 상대론적 효과로 인해 일부 성질은 다를 수 있다. 예를 들어 g 블록 초악티늄족 원소로 분류되지만, 바닥 상태 전자 배치는 [Og] 7d1 8s2 8p1로 예측된다.
3. 1. 핵 안정성과 동위원소
안정성의 섬 이론에 따르면, 운비븀은 원자 번호가 증가함에 따라 핵 안정성이 감소하는 경향 속에서 상대적으로 안정성이 높은 영역에 위치할 수 있다. 초기에는 ''N'' = 184인 중성자 닫힌 껍질과 ''Z'' = 120, 122, 124, 126 등의 닫힌 양성자 껍질이 안정성의 섬을 구성하는 주요 요인으로 예측되었다.[28]그러나 최근 연구에서는 안정성의 섬 중심이 코페르니슘 동위원소 291Cn 및 293Cn으로 이동할 수 있다는 예측이 나오면서,[6][32] 운비븀은 이 섬의 바깥쪽에 위치하여 껍질 효과와 관계없이 짧은 반감기를 가질 가능성이 제기되었다.
양자 터널링 모델에 따르면, 운비븀 동위원소 284–322Ubb의 알파 붕괴 반감기는 315Ubb보다 가벼운 동위원소에서 마이크로초 이하로 예측된다.[23] 또한, 자발 핵분열이 주요 붕괴 모드가 되어 일부 짝수-짝수 동위원소는 펨토초 단위의 반감기를 가질 수 있다.[23][25]
2016년 연구에서는 280–297Ubb는 양성자 방출, 298–314Ubb는 마이크로초 단위의 알파 붕괴, 314Ubb보다 무거운 동위원소는 주로 자발 핵분열로 붕괴할 것이라는 예측 결과가 나왔다.[31] ''N'' = 184 껍질 닫힘 바로 위에 있는 동위원소 308–310Ubb는 핵 결합 에너지 감소로 인해 1 마이크로초 미만의 반감기를 가질 수 있다.[23][31]
''Z'' ~ 124, ''N'' ~ 198 근처에 두 번째 안정성의 섬이 존재할 가능성도 제기되지만,[32] 현재 기술로는 이 영역의 핵 합성이 매우 어렵거나 불가능할 것으로 예상된다.
3. 2. 화학적 성질
운비븀은 화학적으로 세륨이나 토륨과 유사할 것으로 예측되지만, 반응성은 더 클 수 있다. 비활성 기체 코어 위에 4개의 원자가 전자를 가지는 점은 세륨, 토륨과 같지만, 상대론적 효과로 인해 운비븀의 화학적 성질 예측은 더 어렵다.[35]운비븀은 새로운 g-전자 원소 블록에 속할 것으로 예측되지만, 5g 오비탈은 125번 원소부터 채워질 것으로 예상된다. 운비븀의 예측된 바닥 상태 전자 배치는 [Og] 7d1 8s2 8p1 또는 8s2 8p2[34]이며, 이는 121번 원소부터 5g 오비탈이 채워질 것이라는 예상과는 다르다.
운비븀은 이산화물 UbbO2 및 사할로겐화물 UbbF4와 UbbCl4와 같은 형태를 형성할 가능성이 가장 높다. 주요 산화 상태는 +4로 예측되며, 이는 세륨 및 토륨과 유사하다.[4] 운비븀의 첫 번째 이온화 에너지는 5.651 eV, 두 번째 이온화 에너지는 11.332 eV로 예측된다. 이 값은 토륨보다 낮아, 운비븀이 토륨보다 더 반응성이 클 것임을 시사한다.[1]
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