水兵リーベ僕の船　周期表、何番まであったか覚えてる？

元素周期表が完成する日はくるのか？

マイケル・アランダ氏：新たな4つの元素の名前が入ると、元素周期表はついに完成したように見えます。これで完成ですよね？　元素周期表は完成したように見えますよ。私たちは現在まで合計118もの元素を発見し、最下部の欄を埋めてしまいました。ではもう加えられる元素はないのでしょうか。

いいえ、そうではありません。表が埋まったからといって完成したわけではなく、また新しい欄を加える必要があるというわけです。新しい欄は一列以上増える可能性だってあります。なぜなら誰も、世の中に全部で何種類の元素があるか正確にわからないからです。

原子がただ単にどんどん増えていくことはないのでは、という点を初めに提唱したのは、エリオット・クインシー・アダムスという化学者です。彼は1911年にどんな元素も原子量が256を超えることはないと予測しました。元素を原子量で語るというのは少々おかしい気がするかもしれません。

なぜなら現在私たちは、その原子番号で元素を数えるからです。原子番号とは、原子核内の陽子の数です。しかし1911年には、陽子はまだ発見されていませんでしたので、代わりに科学者たちはその原子量で元素を整理していました。その数は陽子の数と中性子の数を合わせた数字です。

その頃は、今私たちが目にする国際的な元素周期表もありませんでした。人々はさまざまに異なる表を用いていて、それぞれの表は少しずつ異なる方法で元素を整理していました。アダムスはまた新たな表を発表し、その彼の表の中の最後の列は原子量256という数値で終わるということを、発見しました。その数値は原子番号で言うところの99または100にあたります。

彼は、その表が一度いっぱいになればそれでおしまいで、原子量が256以上の元素は存在しないと考えたのです。しかし、その主張はあまり道理にかなっていません。人類は60年以上前に99と100の元素を作り出し、それ以降もさらに18以上も数値の高い元素を作り出してきました。有名な物理学者であるリチャード・フェインマンも元素周期表の最後を予想しました。

彼は137以上の陽子を持つ原子は特別な相対性を崩壊すると計算しました。そんなに大きな原子を原子核の中で圧縮されて陽電荷を安定させるためには、それに電子が必要になるのです。しかし原子核の中にさらなる陽子があるとすると、その中にさらなる電子を引き付ける力が生じるので、その電子は原子核が大きくなればなるほど、そのスピードが早くなければならないのです。

137番以上の元素の作り方

フェインマンは137この陽子を持つ原子の中で、電子は光の速さより早く移動しなければならないということを証明しました。光の速さより早く移動するというのは不可能です。ですからフェインマンは原子番号が137以上の元素は存在し得ないという結論を発表したのです。

しかし彼のこの主張は間違っている可能性があるのです。彼の計算は筋が通っていますが、彼は原子核を、まるで原子の中心部にある1つの点であるかのように考えていたのです。その考え方は小さな原子核であれば適用可能ですが、私たちが今話している大きな塊では適用不可能です。物理学者や化学者たちの間では元素137についてジョークまで飛び出しており、もしついにそれが作り出されたなら、「フェインマニウム」と呼ぶべきであると、尊敬の念を表しつつも、このノーベル賞受賞者であるこの物理学者の数少ない誤算の1つを笑い者にしているのです。

彼が知ったら快くは思わないでしょうね。フェインマンの計算を原子核の大きさを考慮に入れた上で再計算してみたこところ、その数値は173にまで上がりました。173以上の陽子を持つ原子の中で電子は実際に光の速さより早く移動しているように見られました。ですから元素173が、もしかすると元素周期表の最後の元素となる可能性はありますが、それがたしかというわけではないのです。

元素は数値が上がれば上がるほど不安定になる傾向があります。つまり、その原子番号が上がるほどその元素を作り出すことは困難になるのです。近年人類が作り出すことのできた新たな元素はほんの一瞬しか存在することなく、すぐに小さな原子核に崩壊してしまいました。

その不安定さから、人類はもうそれ以上作り出すことができないという点まで到達することがあるかもしれません。しかし物理学者たちは「安定の島」と呼ばれるものがあるかもしれないとしています。それは、その陽子と中性子が原子核の中で整理されているゆえに生じる、私たちが思うよりもずっと安定した元素の組み合わせのことを言います。

現在のように一瞬ではなく、それらの元素は何日間も、もしかしたら何年も保つかもしれません。その予想の中では、その「安定の島」は原子番号122か126のあたりから始まるかもしれないというものがあります。その数値はあなたが聞く人と、その人がどう計算するかによります。我々は元素をすでに118まで作り出しましたから、それはそう遠い話ではありません。つまり、近い将来、私たちは「安定の島」についてもっと多くのことを知ることができ、どれくらいまで元素周期表が膨らんでいくのかもわかるでしょう。