Lanthanum

ランタン（原子番号57、元素記号La）は、銀白色で柔らかく展性のある金属である。空気中ではゆっくりと変色する。ランタノイド系列の最初の元素として、15の類似元素からなるこのグループの原型であり、伝統的に希土類元素に分類される。最も一般的な酸化状態は+3であるが、いくつかの+2化合物も存在する。ランタンはヒトにおける生物学的役割はないが、特定の細菌はこれを利用する。ヒトに対する毒性は高くないが、いくつかの抗菌活性を示す。この元素は通常、セリウムや他の希土類元素とともに存在する。スウェーデンの化学者カール・グスタフ・モサンダーは、1839年に硝酸セリウム中の不純物としてランタンを初めて特定し、古代ギリシャ語の「lanthanein（隠れている）」にちなんで命名した。希土類に分類されているにもかかわらず、ランタンは地殻中で28番目に豊富な元素であり、鉛の約3倍の存在量である。モナザイトやバストネサイトなどの鉱物中では、ランタノイド含有量の約4分の1を占める。これらの鉱物からの抽出は複雑なプロセスを要するため、純粋なランタン金属が単離されたのは1923年になってからである。ランタン化合物は、触媒、ガラス添加剤、スタジオ照明やプロジェクター用のカーボンアーク灯、ライターやトーチの発火素子、電子陰極、シンチレーター、ガスタングステンアーク溶接電極など、多岐にわたる用途を持つ。炭酸ランタンは、腎不全に伴う高リン血症の治療のためのリン吸着剤として使用される。ランタンは周期表上でバリウムの右、セリウムの左に位置し、一般に最初のfブロック元素とみなされる。その57個の電子は[Xe]5d¹6s²と配置され、希ガス核の外側に3つの価電子を持つ。化学反応では、ほとんどの場合これらの3つの電子を放出して+3酸化状態となり、安定したキセノン配置に達する。いくつかの+2化合物も存在するが、通常ははるかに不安定である。一酸化ランタン(LaO)は、特定の恒星スペクトルに強い吸収帯を生じさせる。ランタノイドの中でもランタンは、単一の気相原子が4f電子を持たない点で特異である（同様に、アクチニウムとトリウムも気相原子として5f電子を持たない）。その結果、強磁性を示す後期ランタノイド（4f殻が満たされたイッテルビウムとルテチウムを除く）とは異なり、ランタンは弱い常磁性のみを示す。しかし、化学的環境下では、ランタンの4f殻が部分的に占有され、結合に関与することがある。例えば、3価ランタノイド（ユウロピウムとイッテルビウムを除く）の融点は、6s、5d、4f電子がどの程度混成するかに関係しており、4fの関与が大きいほど融点は低くなる。ランタンはその中で2番目に低い融点（920 °C）を持つ（ユウロピウムとイッテルビウムは、1原子あたり3つではなく約2つの電子を非局在化させるため、さらに低い融点を示す）。このf軌道の化学的利用可能性は、異常な基底状態配置（強い電子間反発により、小さく核に近い4f殻を占有することが不利になることに起因する）にもかかわらず、ランタンをfブロックに配置する正当性を与えている。ランタノイド系列が進むにつれて金属は硬くなるが、予想通りランタンは柔らかい。室温での電気抵抗率は615 nΩmと高く、アルミニウムの26.50 nΩmと比較される。ランタンはランタノイドの中で最も揮発性が低い。室温では六方晶構造（α-La）をとる。310 °Cで面心立方格子（β-La）に、865 °Cで体心立方格子（γ-La）に変化する。周期律に従い、ランタンはランタノイドの中で最大の原子半径を持ち、最も反応性が高い。空気中で非常に急速に変色し、数時間で完全に黒変し、容易に燃焼して酸化ランタン(III) (La₂O₃)を生成する。これは酸化カルシウムとほぼ同等の塩基性を持つ。センチメートルサイズの試料は、その酸化物がアルミニウム、スカンジウム、イットリウム、ルテチウムのように保護被膜を形成せず、鉄錆のように剥離するため、1年で完全に腐食する。室温でハロゲンと反応して三ハロゲン化物を形成し、加温すると窒素、炭素、硫黄、リン、ホウ素、セレン、ケイ素、ヒ素と二元化合物を形成する。水とはゆっくり反応して水酸化ランタン(III) (La(OH)₃)を生成する。希硫酸中では容易に、d電子もf電子も持たない無色の水和三価陽イオン[La(H₂O)₉]³⁺を形成する。ランタンは、その大きなサイズから予想される通り、希土類元素の中で最も強く、最も硬い塩基である。いくつかのランタン(II)化合物も存在するが、はるかに不安定である。したがって、ランタン化合物を正式に命名する際には、その酸化数を常に明記しなければならない。天然に存在するランタンは、安定同位体¹³⁹Laと、原始的な長寿命放射性同位体¹³⁸Laの2つの同位体からなる。¹³⁹Laが圧倒的に多く、天然ランタンの99.911%を占め、s過程（緩やかな中性子捕獲）によって生成される。