ランタノイド収縮とは?
らんたのいどしゅうしゅく
ランタノイド収縮とは、ランタノイド元素(原子番号57〜71)において原子番号が増えるほど原子・イオンの半径が縮小していく現象です。
ランタノイド収縮(lanthanoid contraction)とは、周期表のランタノイド系列(ランタン La・原子番号57からルテチウム Lu・71まで)において、原子番号が1ずつ増えるにしたがって原子半径およびイオン半径が少しずつ小さくなっていく現象を指します。
通常、同一周期内で原子番号が増えると核電荷(陽子数)が増え、電子を引き寄せる力が増加するため原子半径はある程度小さくなります。ランタノイド収縮が特別なのは、4f軌道に電子が順番に加えられていくためです。4f軌道の電子は内殻に存在しますが、核電荷の増大を遮蔽する(シールドする)効果が小さく、外側の電子が強く引き付けられます。その結果、系列全体を通じて半径が継続的に縮小し、その総量は比較的大きくなります。
ランタノイド収縮が引き起こす重要な結果の一つは、第5周期と第6周期の遷移金属の原子半径がほぼ同等になることです。たとえばジルコニウム(Zr)とハフニウム(Hf)、ニオブ(Nb)とタンタル(Ta)は非常に似た半径と化学的性質を示し、自然界の鉱物中でも常に共存して分離が困難です。
この収縮現象は希土類元素の分離精製を難しくする一方で、類似した物性を活かした材料設計(蛍光体・磁性材料・触媒)にも利用されています。
使い方・例文
「ランタノイド収縮の影響でハフニウムはジルコニウムと原子半径がほぼ等しくなるため、精錬・分離の工業プロセスで特別な処理が必要となる。」
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