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Lanthanide

ランタンからルテチウムまでの15の金属元素で、4f軌道を満たします。

ランタノイドは、原子番号57のランタンから71のルテチウムまでの15の金属元素からなる一群です。周期表において、これらの最初の14元素(イッテルビウムまで)は4f軌道を満たしていきます。元素71のルテチウムはdブロック元素であり遷移金属ですが、その挙動が他の元素と非常に似ているため、一般的にはランタノイドに含められます。国際純正・応用化学連合(IUPAC)は、この系列に対して「ランタノイド」という名称を正式に推奨しています(La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)。接尾辞「-oid」がランタンとの類似性をよりよく示す一方、「-ide」は通常、陰イオンに用いられるからです。それにもかかわらず、「ランタニド」という用語は依然として一般的です。ランタノイド化学の議論では、非公式な記号Lnがこのグループの任意の元素を指すために使用されます。ランタノイドのうち一つを除くすべてはfブロック元素であり、4f電子殻の充填に対応します。「希土類元素」または「希土類金属」という用語は、しばしば安定な第3族元素であるスカンジウム、イットリウム、ルテチウムを4f元素とともに含みます。すべてのランタノイドは三価の陽イオンLn³⁺を形成し、その化学は主にランタンからルテチウムにかけてのイオン半径の着実な減少によって支配されています。いくつかの元素は+2または+4の酸化状態をとることもできます。周期表の配置では、fブロック元素は通常、主表の下に別々の2行として配置されます。これは、見た目と書式の都合による慣例です。広形式の表は、めったに使われませんが、4f系列と5f系列を第6周期と第7周期の適切な位置に挿入します。「ランタニド」という用語は、1925年にヴィクトル・ゴルトシュミットによって導入されました。実際の存在量にもかかわらず、この名前は「隠れること」を意味するギリシャ語のlanthaneinに由来し、捉えどころのなさを反映しています。これは、これらの元素が鉱物中で互いに「隠れ合う」ことを指します。この名前は、1838年に初めて発見されたランタンに由来し、ランタン自体がセリウム鉱物に「隠れていた」新しい希土類元素でした。皮肉なことに、ランタンは後に化学的に類似した一連の元素の最初のものとなり、グループにその名前を与えました。「ランタニド」が「ランタンのような」を意味するため、ランタン自体は論理的にランタニドになり得ないと主張する人もいますが、IUPACは一般的な用法に基づいてそれを含めています。ランタノイドの特性は、その電子殻の充填方法に由来します。最外殻は

Quick Facts

Atomic numbers
57–71
Elements
  • La
  • Ce
  • Pr
  • Nd
  • Pm
  • Sm
  • Eu
  • Gd
  • Tb
  • Dy
  • Ho
  • Er
  • Tm
  • Yb
  • Lu
Common oxidation state
+3
Term origin
Greek λανθανειν (lanthanein), 'to lie hidden'
Iupac recommended name
lanthanoid

Facts from the source article.

背景と経緯

IUPACは、接尾辞「-ide」が陰イオンに好まれる一方、「-oid」が族員との類似性を示すため、「ランタノイド」という名称を推奨していますが、「ランタニド」は依然として一般的です。ランタノイドはランタンからルテチウムにかけて徐々に4f電子殻を満たし、ルテチウムはdブロック元素です。その化学は+3酸化状態によって支配され、すべてが三価の陽イオンLn³⁺を形成します。イオン半径はランタンからルテチウムにかけて着実に減少し(ランタノイド収縮)、これは4f電子による5sおよび5p電子の遮蔽が弱いことで説明されます。いくつかのランタノイドは+2および+4の酸化状態も形成できますが、水溶液中で安定なのはCe(IV)とEu(II)のみです。周期表では、fブロック元素は慣例的に本体の下に追加の2行として表示されますが、これは見た目と書式の実用性の問題です。めったに使われない広形式の表は、それらを第6周期と第7周期の適切な位置に挿入します。ランタノイドは軟らかい金属であり、その硬度は系列を通じて増加します。ユウロピウムは最も低い密度と最大の金属半径を持ち、ガドリニウムは16 °C以下で強磁性になります。

読者ガイド

ランタノイドは、4f軌道の漸進的な充填に起因する独特の電子、磁気、光学特性で重要です。その化学は主に+3酸化状態とランタノイド収縮によって決定され、これがイオン半径と結合に影響を与えます。それらは強力な還元性金属であり、その還元電位はアルカリ土類金属と類似しています。ランタノイドにおけるf→f遷移は弱く狭いスペクトルを生み出し、その錯体は遷移金属錯体よりも色が薄くなります。それらの磁気モーメントは最大7個の不対電子に達し、ほとんどのランタノイドで強い常磁性をもたらします。「希土類元素」という用語は、しばしばスカンジウム、イットリウム、ルテチウムを4f元素とともに含みます。その名前に反して、ランタノイドは存在量が希少ではありません。それらの応用は、電子、電気、光学、磁気特性の微妙な変化に由来し、精製には溶解度の非常に小さな差のため、繰り返しの溶媒抽出法とイオン交換法が必要です。ルテチウムのランタノイドへの包含は、それがdブロック元素であるため疑問視されてきましたが、他の14元素と同様に振る舞います。

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