ランタノイド／ランタノイド系列（らんたのいどけいれつ）
Lanthanoids
ランタノイドは、原子番号57のランタン（La）から71のルテチウム（Lu）までの15元素からなる希土類元素群である。周期表では第6周期の4fブロックを構成し、化学的性質が非常によく似ていることから、一つの元素群として扱われている。元素名は、系列の先頭に位置するランタン（Lanthanum）に由来している。
ランタノイド元素は、電子が4f軌道へ順次充填されることを特徴とする。一般的な電子配置は [Xe] 4f¹–¹⁴ 5d⁰–¹ 6s² であり、多くの元素で+3価が最も安定な酸化状態となる。一部の元素では+2価や+4価をとることもあるが、その例は限られている。
銀白色の柔らかい金属であり、空気中では酸化されやすく、水とも比較的容易に反応する。また、ランタノイド系列では原子番号が大きくなるにつれて原子半径が徐々に小さくなる「ランタノイド収縮」と呼ばれる現象が知られており、この現象はその後に続く遷移元素や超重元素の性質にも大きな影響を与えている。
天然では単独で産出することは少なく、主にモナザイト、バストネサイト、ゼノタイムなどの希土類鉱石中に混在して存在する。化学的性質が非常によく似ているため、各元素を高純度に分離・精製することは難しく、イオン交換法や溶媒抽出法など高度な精製技術が用いられている。
現在では、強力な永久磁石、ニッケル水素電池、LED、レーザー、光ファイバー、液晶ディスプレイ、排ガス浄化触媒、研磨材など、最先端技術を支える重要な材料として幅広く利用されている。近年では電気自動車や風力発電設備の普及に伴い、高性能磁石に使用されるネオジムやジスプロシウムなどの需要が急速に増加しており、ランタノイドは世界の産業を支える戦略的資源として重要性が高まっている。
| ランタノイドの基本データ | |
| 項 目 | 内 容 |
| 属する元素 | ランタン・セリウム・プラセオジム・プロメチウム・サマリウム・ユウロビウム・ガドリニウム・テルビウム・ジスプロシウム・ホルミウム・エルビウム・ツリウム・イッテルビウム・ルテチウム |
| 周 期 表 | 第6周期 |
| 価電子数 | 3 - 17 |
| 代表的酸化数 | +3（+2、+4をとる元素もある） |
| 電子配置（最外殻） | [Xe] 4f¹–¹⁴ 5d⁰–¹ 6s² |
| 常温での状態 | 個体 |
| 金 属 性 | すべて金属 |
| 天然存在 | 天然に安定同位体（または非常に長寿命の天然同位体）として存在。プロメチウムのみすべて崩壊しており、現在天然で見られるものはウランの自発核分裂や宇宙線との反応によって生じる極微量のみ。 |
| 地球での存在度 | 安定的に存在。プロメチウムのみ実用上は人工的に原子炉で製造。 |
| 宇宙での存在度 | プロメチウム以外安定的に存在 |
| 代表的鉱石 | モナザイト・バストネサイト・ゼノタイム |
| 代表的用途 | ネオジム磁石・ハイブリッド車、電気自動車用モーター・ニッケル水素電池・液晶ディスプレイ用発光体・排ガス浄化触媒・LEDレーザー・ガラス研磨剤 |
－こぼれ話－
ランタノイドは「希土類元素（レアアース）」として知られていますが、実際には必ずしも地球上に少ない元素ではありません。例えば、セリウムやランタンは銅や鉛と同程度、あるいはそれ以上の量が地殻中に存在しています。「希土類」と呼ばれる理由は、発見当時は鉱石中にわずかしか含まれておらず、しかも化学的性質が非常によく似ているため分離・精製が極めて難しかったことに由来します。現在でも高純度に分離するには高度な精製技術が必要であり、このことがランタノイドの価値を支える大きな要因となっています。
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