8주기 이상 원소

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범례

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밑줄: 자연계에 없는 인공 원소 혹은 극미량으로만 존재하는 원소로, 정확한 원자량을 측정하기 어려움.

~~취소선~~: 아직 발견되지 않은 원소

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1. 설명2. 목록

2.1. 8주기 원소2.2. 9주기 원소2.3. 10주기 원소

1. 설명

주기율표상에서 여덟 번째 이후의 주기에 있는 원소.

119번부터의 원소 중 바닥 상태에서 8s 오비탈과 5g, 6f, 7d, 8p 오비탈을 채우고 그 바깥 오비탈을 채우지 않는 원소다. 쌓음 원리가 그대로 들어맞았다면 168번까지의 원소를 말하겠지만, 8주기부턴 오비탈이 채워지는 순서가 깨져서 164번까지만 8주기 원소에 속한다. 이후 이어지는 9주기 원소는 9s 오비탈과 9p_1/2 , 8p_3/2 오비탈을 채우고 그 바깥 오비탈을 채우지 않는 원소다. 165~172번이 이에 해당한다.[1]

다만 119~172번까지 싸잡아 8주기 원소로 분류하는 방식도 있어서, 이 문서에선 8주기 원소와 9주기 원소를 함께 다룬다.

8주기 원소는 매우 흥미로운데, 5g부터 8p 오비탈까지 에너지가 비슷해서 채워지는 순서가 제멋대로일 것으로 예측된다. 그런 양상을 제안한 모델이 바로 퓌쾨 모델(Pyykkö Model)이다. 이 모델은 핀란드의 교수 페카 퓌쾨(Pekka Pyykkö; 1941~)가 제안한 것으로 172번 원소까진 다음 순서대로 전자가 채워질 것이라 예상한 것이다.

8s→5g→8p의 처음 2개의 빈 공간→6f→7d→9s→9p의 처음 2개의 빈 공간→8p의 나머지 공간.

물론 그래봤자 핵이 오래 못 버티면 전자를 붙여볼 시간이 없으니 의미가 없다.

이쯤 되면 가장 안정한 상태일 것으로 예상되는 원자량이 급격히 커져서, 당장 119번 우누넨늄만 해도 예상치가 315로 무지막지하다. 운비헥슘은 310으로 예상된다.

안정성의 섬 이론도 이 구역의 초기 원소인 120번과 126번(126은 납 208에서 보듯이 매직넘버다.)이 반감기가 길 거라 예측돼, 어쩌면 화학적 반응을 시킬 만큼 오래 존재할 수도 있다. 또한 안정성의 대륙 이론에 따르면 원자량 300부터는 업 쿼크와 다운 쿼크가 양성자와 중성자에 묶여있는 대신 하나로 뭉쳐 있는 쿼크 물질 원자핵[2]을 가질 것으로 예측되므로 안정한 원소가 있을지도 모른다. 쿼크 간 결합력은 핵자 간 결합보다 강하므로 초중원소에서도 안정된 원자핵을 만들 수 있다. 이들은 오히려 너무 가벼우면(쿼크 수 117 미만) 중성자를 방출하며 붕괴할 것으로 예상된다.

일부 과학자들은 2020년대 내로 우누넨늄과 운비닐륨을 발견할 수 있을 것으로 예상했으나 2024년 현재까지 하나도 발견되지 않았으며,[3] 이 때문에 화학 교과서에선 못 보고 확장 주기율표에서나 볼 수 있다. 일부 과학자들은 8주기 원소에서 주기율표의 진짜 끝이 있을 것으로 생각한다. 일례로 리처드 파인만은 137번 원소까지만 존재할 것이라 예측했다. 원자핵의 전하량이 커질수록 내부 전자의 공전 속도가 증가하는데, 이 다음인 138번부터는 광속을 넘어야만 안정적인 궤도 유지가 가능하기 때문이다. 그러나 이후 원자핵이 점전하가 아닌 일정 크기를 가진다는 점을 감안한 예측에서는 172번까지 가능할 것으로 예측되었다.

8주기 원소를 합성하기 어려운 이유는 입자가속기를 사용하여 원소를 합성할 때 표적으로 사용할 원소를 충분히 구하기 어려울 뿐 아니라 충돌 단면적(crosssection)도 낮기 때문이다. 예를 들어 119번 원소인 우누넨늄을 합성하려면 99번 아인슈타이늄과 20번 칼슘-48을 사용해야 하는데, 아인슈타이늄 이후의 원소들은 반감기도 짧으며 실험에 사용할 수 있을 만큼 얻기 어렵다. 이를 우회하기 위해 버클륨과 타이타늄-50등 다른 표적과 발사체 원소를 사용하는 방법이 있지만 충돌 단면적이 칼슘-48에 비해 낮으므로 핵합성 반응이 일어날 확률이 희박해진다.

7주기 후반 원소부터 상대론적 효과 [4]가 강해지는 점을 감안하면 주기율표상의 위치만으로 원소의 성질을 정확히 예측하기는 어려울 것으로 보인다.

2. 목록

아직 발견되지 않은 원소들이라 체계적 원소 이름에 따라 임시 명칭이 정해졌다. 예를 들어 136번 원소는 Un + tri + hex + ium = Untrihexium(운트리헥슘)으로 명명하고 기호는 Uth를 쓴다.

2.1. 8주기 원소

119번: 우누넨늄(Ununennium, Uue)
대한화학회의 화합물 명명법에선 '운운엔늄'으로 기재됐다. 녹는점은 0~30 °C, 끓는점은 327 °C으로 추정되며, 상온에서는 고체 또는 액체로 예상된다. 원소의 주기성에 따르면 프랑슘 밑에 있어서 프랑슘과 비슷한 성질을 가지며, 세슘이나 프랑슘[5]보다 강한 반응성을 보여야 하겠으나, 상대론적 효과를 고려한 예측에서는 이들보다 오히려 약하여 포타슘과 비슷한 반응성을 가질 것으로 보고 있다. 또한 다른 알칼리 금속과 달리 +3 산화상태가 가능할 것으로 보인다.

119번 원소 이후부턴 가장 안정할 것으로 추정된 동위 원소의 양성자 대 중성자 비율이 1 : 1.5를 넘는다. 우누넨늄은 1 : 1.65이며, 극단적인 경우, 예를 들어 172번 원소인 운셉트븀은 1 : 1.93이다.

1985년에 로렌스 버클리 국립연구소에서 아인슈타이늄(Es)-254에 칼슘(Ca)-48을 충돌시켰으나 우누넨늄 합성에 실패했다. 2012년에 독일에서 버클륨(Bk)-249에 티타늄(Ti)-50을 충돌시키는 실험도 실패했다.

2024년 5월 라온이 우누넨늄 합성에 시도했으나 아무 이야기가 없다.

스타트렉에선 다이리튬(Dilithium, Dl)이란 이름의 원소로 등장했다. 근데 다이리튬은 원래 리튬 원자 2개로 구성된 분자란 뜻이다. 뭐 리튬은 금속이라 이원자 분자를 안 만드니 상관 없지만.
120번: 운비닐륨(Unbinilium, Ubn)
대한화학회의 화합물 명명법에선 '운바이닐륨'으로 기재됐다. 안정성의 섬 이론에 의해 존재 가능성이 있어서 2007, 2008, 2010, 2011년에 지속적으로 합성 시도가 있어왔다. 원소 합성 도중 운비닐륨-299가 3초[6] 정도의 수명을 가지고 오가네손-295으로 알파 붕괴한 것으로 추정되는 실험 결과가 있으나, 자세히 확인되지는 않았다. 현재 가장 발견 가능성이 높은 8주기 원소이다. 가능한 예시는 다음과 같다.

²⁵⁷

⁴⁸

³⁰⁴

²⁴⁴

⁶⁰

³⁰⁴

121번: 운비우늄(Unbiunium, Ubu)
란타넘족, 악티늄족과 같은 운비우늄족이 구성될 것으로 예상된다. 여기서부턴 대한화학회의 화합물 명명법에서 언급되지 않는다.

122번: 운비븀(Unbibium, Ubb)
1972년, 1978년, 2000년에 합성 시도가 있었으나 모두 실패했다. 2008년엔 이스라엘에서 천연 토륨 광물 속에서 발견했다고 주장했으나 오류로 판명됐다.

123번: 운비트륨(Unbitrium, Ubt)
스타 트렉에선 제임슘(Jamesium, Js)이란 이름의 원소로 등장했다.

124번: 운비쿼듐(Unbiquadium, Ubq)
안정성의 섬 근처에 위치해 매우 안정된 반감기를 가질 것으로 예상된다. 2004년에 프랑스의 GANIL에서 합성을 시도했으나 실패했다. 2006년과 2008년에 보고된 바에 따르면 이 복합핵은 수명이 [math( {10}^{-18} )]초 이상이고 자발적 핵분열을 한다.

125번: 운비펜튬(Unbipentium, Ubp)

126번: 운비헥슘(Unbihexium, Ubh)
1971년에 CERN에서 합성을 시도했으나 실패했다. 안정성의 섬 이론에서 섬 모양으로 그래프가 표시된 곳 근처에 있어 반감기가 주변 번호 원소들보다 그나마 길 것으로 예상된다. 어쩌면 안정성의 섬 중앙에 있을지도 모른다. 가능한 예시는 다음과 같다.

²¹⁰

¹⁰⁰

³¹⁰

²³²

^{78, 80, 83, 85}

³¹⁰

127번: 운비셉튬(Unbiseptium, Ubs)
1978년에 합성을 시도했으나 실패했다. 현재 합성이 시도된 가장 무거운 원소이다.

128번: 운비옥튬(Unbioctium, Ubo)

129번: 운비엔늄(Unbiennium, Ube)
스타 트렉에서는 트리코발트(Tricobalt; 기호 Tr)로 등장한다.

130번: 운트리닐륨(Untrinilium, Utn)

131번: 운트리우늄(Untriunium, Utu)

132번: 운트리븀(Untribium, Utb)

133번: 운트리트륨(Untritrium, Utt)

134번: 운트리쿼듐(Untriquadium, Utq)

135번: 운트리펜튬(Untripentium, Utp)

136번: 운트리헥슘(Untrihexium, Uth)

137번: 운트리셉튬(Untriseptium, Uts)
리처드 파인만은 137번 원소까지만 존재할 수 있다고 예측했는데, 미세 구조 상수의 역수는 137이므로, 138번째 오비탈에 위치한 최외곽 전자가 광속이 넘어갈수 있기 때문에, 디랙 방정식에서 오류가 발생한다는 것이다. 이로인해 파인마늄(Feynmanium, Fy)이란 가칭으로 불리기도 한다.

138번: 운트리옥튬(Untrioctium, Uto)

139번: 운트리엔늄(Untriennium, Ute)

140번: 운쿼드닐륨(Unquadnilium, Uqn)
스타 트렉에서는 코보마이트(Corbomite; 기호 Ct)로 등장한다.

141번: 운쿼드우늄(Unquadunium, Uqu)

142번: 운쿼드븀(Unquadbium, Uqb)

143번: 운쿼드트륨(Unquadtrium, Uqt)

144번: 운쿼드쿼듐(Unquadquadium, Uqq)

145번: 운쿼드펜튬(Unquadpentium, Uqp)

146번: 운쿼드헥슘(Unquadhexium, Uqh)

147번: 운쿼드셉튬(Unquadseptium, Uqs)

148번: 운쿼드옥튬(Unquadoctium, Uqo)

149번: 운쿼드엔늄(Unquadennium, Uqe)

150번: 운펜트닐륨(Unpentnilium, Upn)

151번: 운펜트우늄(Unpentunium, Upu)

152번: 운펜트븀(Unpentbium, Upb)

153번: 운펜트트륨(Unpenttrium, Upt)

154번: 운펜트쿼듐(Unpentquadium, Upq)

155번: 운펜트펜튬(Unpentpentium, Upp)
운비우늄족의 마지막 원소일 것으로 예상된다. 알베르트 카잔(Albert Khazan)은 155번 원소까지만 존재할 수 있다고 예측했기에 카자늄(Khazanium, Kh)이란 가칭으로 불리기도 한다.

156번: 운펜트헥슘(Unpenthexium, Uph)

157번: 운펜트셉튬(Unpentseptium, Ups)

158번: 운펜트옥튬(Unpentoctium, Upo)

159번: 운펜트엔늄(Unpentennium, Upe)

160번: 운헥스닐륨(Unhexnilium, Uhn)

161번: 운헥스우늄(Unhexunium, Uhu)

162번: 운헥스븀(Unhexbium, Uhb)

163번: 운헥스트륨(Unhextrium, Uht)

164번: 운헥스쿼듐(Unhexquadium, Uhq)
8주기 원소의 마지막 원소일 것으로 추정된다. 또한 2번째 안정성의 섬에 위치할 것으로 추정된다.

2.2. 9주기 원소

165번: 운헥스펜튬(Unhexpentium, Uhp)

166번: 운헥스헥슘(Unhexhexium, Uhh)

167번: 운헥스셉튬(Unhexseptium, Uhs)

168번: 운헥스옥튬(Unhexoctium, Uho)

169번: 운헥스엔늄(Unhexennium, Uhe)

170번: 운셉트닐륨(Unseptnilium, Usn)

171번: 운셉트우늄(Unseptunium, Usu)
테네신에 이은 7번째 할로젠 원소로 추정된다.

172번: 운셉트븀(Unseptbium, Usb)
9주기 원소의 마지막 원소일 것으로 추정된다. 원자핵의 크기를 감안한 모델에서는 마지막 원소로 예측된다. 또한 오가네손에 이은 8번째 비활성 기체족 원소이며, 오가네손과 마찬가지로 상온에서 고체일 것으로 예측된다.

2.3. 10주기 원소

자세한 내용은 10주기 원소 문서 참고하십시오.

[1] 칼슘까지는 일정하게 채워지다가 스칸듐, 타이타늄, 바나듐부터 그렇지 않은 것과 유사한 것이다. [2] 기묘체와 유사하나 기묘 쿼크가 없는 물질이다. [3] 합성 시도는 여러차례 있었지만 핵분열 생성물만 발견되거나 원소가 아예 검출되지 않아 모두 실패했다. 운비닐륨의 경우 합성에 성공한 것으로 추정되는 실험 결과가 있으나 확실히 검증되지 못했다. 다만 2020년부터 초중원소 공장(Superheavy Element Factory)이라 불리는 오로지 원소 합성만을 위한 입자가속 시설이 가동을 시작했기에 판도가 바뀔 가능성이 있다. [4] 원소가 무거워질수록 전자의 공전 속도가 광속에 가까워지는데, 이로 인해 전자의 질량이 변함으로 인해 궤도가 변형되어 발생하는 효과이다. [5] 이 원소 또한 상대론적 효과로 인해 세슘보다 반응성이 약하다. [6] 밀리초 단위의 반감기를 가지던 이전의 원소들보다 수명이 많이 길어졌다.