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오사카(大阪)대학 대학원 이학연구과 화학전공, 이화학연구소(RIKEN) 니시나(仁科)가속기과학 연구센터 핵화학연구팀 등의 공동 연구그룹이 원자 번호가 큰 신원소, 초중원소의 하나인 104번 원소 러더포듐(Rf)의 단일 화학 연구에 있어, 세계 최초로 침전에 관한 성질을 조사하는 데 성공함.

초중원소는 가속기를 이용한 핵반응에 있어 낮은 확률로 밖에 합성할 수 없는데다 짧은 수명 때문에 1원자 상태로만 다룰 수 있고, 또한 실험을 위해서는 가속기 온라인 실험 장치가 필요하기 때문에 지금까지의 화학 연구 방법은 흡착, 고액·액계 추출 등 2상관의 분배비를 관측하는 방법에 한정되었음. 따라서 매우 제한된 성질 밖에 조사되지 않았고, 그 성질은 대부분이 규명되지 않은 상태임.

연구진은 ‘수산화사마륨 공침(共沈) 실험법’을 개발하고 높은 강도의 중이온 가속기를 보유한 이화학연구소 RI빔팩토리에서, 261Rf를 제조하고 공침 실험을 실시했으며, 그 결과, Rf 수산화사마륨 공침법을 실험적으로 관측하는 데 성공함.

동족 원소와 마찬가지로 수산화물 침전을 형성하고, 암민(ammine) 착체의 착 이온(complex ion)은 형성되기 어렵다는 것을 관측함. 또한, 보다 진한 수산화 이온 농도는 동족 원소와 달리 의(擬)동족 원소인 악티늄족인 토륨(Th)에 가까운 성질을 갖는다는 흥미로운 거동을 밝혀냄.

이러한 연구들이 진행됨에 따라 상대론적 효과가 강하게 작용 하는 초중원소에 특징적인 화학적 성질의 규명, 나아가 모든 원소에 대해 보다 완벽한 이해가 이루어질 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Nature Chemistry(Co-precipitation behaviour of single atoms of rutherfordium in basic solutions)에 게재됨.