ランタノイド

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ランタノイド（lanthanoid）とは、原子番号57から71、すなわちランタンからルテチウムまでの15の元素の総称。

スカンジウム・イットリウムと共に希土類元素に分類される。周期表においてはアクチノイドとともに本体の表の下に脚注のような形で配置されるのが一般的である。

[編集] 呼称

ランタノイドの呼称には、歴史的な事情により揺れがある。

ランタノイドは「ランタン(lanthan)」＋「～もどき(-oid)」という造語のため、ランタン自身を含んだ呼称としては本来は不適切である。このため、「ランタノイド」はランタンを除くセリウムからルテチウムまでの元素の呼称とし、ランタンを含める場合は「ランタニド(lanthanide、ランタナイドとも)」と呼び分けられたことがあった。しかし、後に混乱されてランタンを除くものが「ランタニド」と呼ばれるなどしたため、区別は曖昧になっている。

また、ランタンとルテチウムは5d軌道に電子を持ち、かつ4f軌道が安定している（ランタンは4f電子なし、ルテチウムは4f電子が全て充填）ため、電子配置はむしろ典型的な3族元素に近く、性質も他のものとやや異なる（例えばランタンとルテチウムのイオンは共に無色である）。そのためこれらの一方または両方を除いて「ランタノイド」または「ランタニド」と呼ぶ場合もある。

IUPAC命名法ではランタンとルテチウムも含めて「ランタノイド」とされており、本項もそれに倣う。

[編集] ランタノイド収縮

ランタノイドは、4f軌道の電子が詰まり（占有され）始める元素のシリーズで、セリウムから順に4f軌道に電子が1個ずつ詰まっていき、イッテルビウムで4f軌道が14個の電子に占有されて全て埋まる。この過程において最外殻である5d軌道と6s軌道の電子の詰まり方があまり変わらないため、ランタノイドの各元素は性質がよく似ており、このためランタノイドのほとんどは安定な原子価として3価をとる。ただし一部の化合物においては2価や4価でも準安定となる場合があり、特にセリウムは4価、ユウロピウムは2価をも安定してとる。

また、内側の4f軌道から先に詰まっていくために、より外側の5d、6s軌道の電子は原子核の正電荷に引きつけられる影響が4f電子などの遮蔽効果以上に強くなり、結果として原子番号が大きくなるほど原子半径、イオン半径が小さくなる。一般に他の典型元素や遷移元素では族番号が大きくなるにつれ原子半径やイオン半径が増加することに対し、逆となるこの現象をランタノイド収縮と言う。

[編集] 物性

ランタノイドのイオンは色を呈するものが多い。これも4f軌道（上の電子）の影響。ランタノイドの化合物（例：CeCu₂Si₂、CeRu₂Si₂）の中には、フェルミエネルギー上の電子の有効質量が自由電子のものより2,3桁も大きい、重い電子系(Heavy fermion)と呼ばれる性質を持つものがある。

4f、5d、6sなどの外側の軌道は、相対論効果の影響も受ける（例:スピン軌道相互作用←d軌道やf軌道に対して）。

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