ランタンとは何ですか?
ランタン(記号La)は周期表の元素57で、6周期のランタノイドです。 最初のランタノイドで、誰も気づかないまま36年間セリウムの中に隠れていた元素です。 室温では固体です。
構造
リング上の点の図ではありません — 占有されている各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。
測定値
各バーは、その性質についてランタンが118元素全体の中でどの位置にあるかを示しています。
出典:IUPAC 2021標準原子量・CRC化学・物理学ハンドブック・NIST。~が付いた値は測定値ではなく予測値です。
大きさ、実寸比
半径187 pmです。これは0.187 nmなので、約2.67百万個を横に並べると1ミリメートルになります。
熱範囲
ランタンは、1193 Kから3737 Kまでの2544 Kの範囲で液体です。
物語
最初のランタノイドで、誰も気づかないまま36年間セリウムの中に隠れていた元素です。
スウェーデンの化学者で、偉大なイェンス・ヤコブ・ベルセリウスの弟子だったカール・グスタフ・モサンデルは、硝酸セリウムを研究しているとき、奇妙なことに気づきました。純粋なはずのセリウムが、予想された性質と完全には一致しなかったのです。
モサンデルは、化合物を繰り返し溶解して再結晶化する painstaking な分別結晶作用によって、純粋なセリウムだと思っていた物質を2つの異なる物質に分離することに成功しました。
モサンデルは新しい元素を、ギリシャ語で「隠れている」を意味する「lanthanein」に由来して「ランタン」と名づけました。これは非常に先見的な命名でした。実際、ランタンは何十年もの間、セリウム試料の中に隠れていたのです。
モサンデルの発見は、元素発見の黄金時代に行われました。同じ1839年には、彼はテルビウムとエルビウムも発見しています。希土類元素を体系的に分離する彼の方法は、ランタノイド系列全体を理解するための基礎となりました。
「元素は目の前で増えていくように見えました。分離するたびに、単純だと思っていたものの中に隠れていた新たな複雑さが明らかになったのです。」
— 希土類元素の発見に関する同時代の記述
モサンデルによるランタンの発見は、「よく知られた」元素でさえ隠れた秘密を持つ可能性があることを示した点で、革命的でした。この発見をきっかけに、すべての希土類元素を分離・同定する70年にわたる探究が始まり、原子構造と周期性に対する理解が根本的に変わりました。
カール・モサンデルは、グレン・T・シーボーグを除けば、ほかのどの科学者よりも多くの元素を発見しました。希土類元素を分離する彼の几帳面な方法は、何世代もの化学者に影響を与え、初期の元素化学におけるスウェーデンの地位を確立しました。
用途
ランタンはランタノイド系列の入り口となる元素で、現代技術において重要な役割を果たしています。卓越した触媒として、ランタン化合物は石油精製に不可欠です。重質原油を、私たちの社会を動かすガソリンやディーゼル燃料へ分解するのに役立ちます。
高級カメラレンズには、重量比で最大50%ものランタンガラスが含まれています。この特殊ガラスは分散が非常に小さいため、異なる色の光をほぼ同じ量だけ曲げます。その結果、安価なレンズで生じやすい虹色の縁取り(色収差)がなくなります。非常に鮮明でプロフェッショナルな写真を見たとき、その陰ではランタンが働いています。
トヨタ・プリウスのようなハイブリッド車に使われるニッケル水素(NiMH)電池は、ランタン系合金によって水素を蓄えています。一般的なハイブリッド車の電池には約10-15 kgのランタンが含まれており、希土類元素であるランタンの最大級の産業用途の一つです。
たばこライターの「発火石」は、実際には25-50%のランタンを含むミッシュメタル合金です。打ちつけると、ランタンが燃料に火をつける明るい火花を生み出します。同じ技術は、溶接電極や舞台用火工品にも使われています。
起源
地殻に39 mg/kg存在し、77%の元素より存在度が高い
「希土類」と呼ばれているにもかかわらず、ランタンは地殻中で鉛の3倍も多く存在します。「希少」という呼び名は、これらの元素を天然の状態から分離・精製することが極めて難しいことに由来します。
化学式:(Ce,La)CO₃F
La含有量:25-35%
主な鉱床:マウンテン・パス(カリフォルニア)、バヤン・オボ(中国)
化学式:(Ce,La,Nd,Th)PO₄
La含有量:15-25%
主な鉱床:オーストラリア、インド、ブラジル、南アフリカ
ランタンは、アルカリ性火成岩やカーボナタイト中での分別結晶作用によって形成されます。マグマ活動の末期過程や風化生成物中に濃集し、フッ素鉱物や炭酸塩鉱物と共存することがよくあります。
取り扱い
ランタンとその化合物は一般に中程度の危険性があると考えられており、安全に取り扱うには特別な注意が必要です。
吸入の危険:ランタンの粉じんは、呼吸器の刺激や肺の損傷を引き起こす可能性があります。微細な粒子に長期間さらされると、じん肺(肺の瘢痕化)を生じることがあります。
直ちに被災者を新鮮な空気の場所へ移してください。呼吸困難が続く場合は、医師の診察を受けてください。
15分間、きれいな水で洗い流してください。簡単に外せる場合はコンタクトレンズを外してください。医師の診察を受けてください。
影響を受けた部分を石けんと水で洗ってください。汚染された衣服を脱いでください。
水で口をすすいでください。吐かせないでください。直ちに医師の診察を受けてください。
ランタン化合物は水生生物に生物濃縮される可能性があるため、水路に放出しないでください。廃棄物は、認可を受けた有害廃棄物処理施設を通じて処分してください。
簡単な回答
ランタン(記号La)は周期表の元素57で、6周期のランタノイドです。 最初のランタノイドで、誰も気づかないまま36年間セリウムの中に隠れていた元素です。 室温では固体です。
[Xe] 5d¹ 6s²で、2, 8, 18, 18, 9, 2という分布の電子殻が6個あります。ランタンの融点は1193 K(919.9 °C)、沸点は3737 K(3463.9 °C)です。
ランタンの標準原子量は138.905 uです。これは天然に存在する同位体の加重平均であるため、整数になることはほとんどありません。
ランタンの密度は6.162 g/cm³です。水は1.0 g/cm³なので、ランタンの塊は約6.2倍重いです。
ランタンのポーリング電気陰性度は1.1です。この尺度は、電子を最も引きつけにくいフランシウムの0.70から、最も引きつけやすいフッ素の3.98までです。 このように低い値は、最外殻の電子を容易に放出して陽イオンを形成することを意味します。
ランタンは1839年にCarl Gustav Mosanderによって発見されました。 ギリシャ語のlanthanein、「隠れている」にちなんで名付けられました。
地球の地殻におけるランタンの割合は約39 mg/kgで、珍しいものの希少ではありません。