ランタノイド

周期表のランタノイド
水素ヘリウム
リチウムベリリウムボロン炭素窒素酸素フッ素ネオン
ナトリウムマグネシウムアルミニウムシリコンリン硫黄塩素アルゴン
カリウムカルシウムスカンジウムチタンバナジウムクロムマンガン鉄コバルトニッケル銅亜鉛ガリウムゲルマニウム砒素セレン臭素クリプトン
ルビジウムストロンチウムイットリウムジルコニウムニオブモリブデンテクネチウムルテニウムロジウムパラジウム銀カドミウムインジウム錫アンチモンテルルヨウ素キセノン
セシウムバリウムランタンセリウムプラセオジムネオジムプロメチウムサマリウムユーロピウムガドリニウムテルビウムジスプロシウムホルミウムエルビウムツリウムイッテルビウムルテチウムハフニウムタンタルタングステンレニウムオスミウムイリジウム白金金水銀（元素）タリウム鉛ビスマスポロニウムアスタチンラドン
フランシウムラジウムアクチニウムトリウムプロトアクチニウムウランネプツニウムプルトニウムアメリシウムキュリウムバークリウムカリホルニウムアインシュタイニウムフェルミウムメンデレビウムノーベリウムローレンシウムラザホージウムドブニウムシーボーギウムボーリウムハッシウムマイトネリウムダルムシュタットレントゲンコペルニシウムニホニウムフレロビウムモスコビウムリバモリウムテネシンオガネソン
Part of a series on the
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Periodic table history
Sets of elements
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By metallic classification
By other characteristics
Elements
List of chemical elements
Properties of elements
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ランタニド（/ ˈ l æ n θ ə n aɪ d /）は、原子番号57～70のランタンからイッテルビウムまでの14種類の金属化学元素のいずれかである。この系列のIUPAC推奨標準名はランタノイド （ / ˈ l æ n θ ə n ɔɪ d / ）である。周期表では、これらは4f軌道を占める。 [ 1] [2] [3]ルテチウム（元素番号71）はdブロック元素であり遷移金属であるにもかかわらず、ランタニドとみなされることもある。

非公式の化学記号Lnは、ランタノイド化学の一般的な議論では、あらゆるランタノイドを指すのに使用されています。[4]ランタノイドは 1 つを除いてすべてf ブロック元素であり、4f電子殻が満たされています。ルテチウムは d ブロック元素 (したがって遷移金属でもある) であり、[5] [6]この根拠からルテチウムを含めるかどうかは疑問視されてきましたが、第 3 族の同族元素であるスカンジウムやイットリウムのように、他の 14 と同様に振舞います。希土類元素または希土類金属という用語は、4f 元素に加えて、安定した第 3 族元素である Sc、Y、および Lu を含めて使用されることがよくあります。[7]すべてのランタノイド元素は三価の陽イオン Ln 3+を形成し、その化学的性質は主にイオン半径によって決まり、イオン半径はランタン (La) からルテチウム (Lu) まで着実に減少します。

周期表の表記では、fブロック元素は通常、表本体の下に2行追加して示される。[1]この表記法は、見た目と書式設定の実用性のみを考慮したものであり、めったに使用されない幅広の周期表では、4f系列と5f系列をそれぞれ表の6行目と7行目（周期）の一部として適切な位置に挿入する。

語源

「ランタニド」という用語は、1925年にヴィクター・ゴールドシュミットによって導入されました。 [8] [9]ランタニドという専門用語は、豊富に存在するにもかかわらず、ギリシャ語のλανθανειν（ lanthanein）「隠れている」に由来し、これらの元素の捉えどころのない感覚を反映していると解釈されています。 [10]

この言葉は、天然における存在量ではなく、鉱物の中で互いの背後に「隠れている」という性質を反映しています。この用語は、1838年に初めて発見されたランタンに由来しています。当時、ランタンはセリウム鉱物の中に「隠れている」「気づかれない」いわゆる新希土類元素でした[11]。そして皮肉なことに、ランタンは後に化学的に類似した一連の元素の最初の元素として特定され、その一連の元素全体にその名称が与えられました。

これらの元素は、ランタンと化学的に類似しているため、ランタニドと呼ばれます。「ランタニド」は「ランタンのような」という意味であるため、ランタンは論理的にランタニドにはなり得ないという議論もありましたが、国際純正応用化学連合（IUPAC）は、一般的な用法に基づき、ランタンをランタニドに含めることを認めています。[12]現在のIUPACの推奨では、ランタニドではなくランタノイドという名称を使用することになっています。これは、負イオンには接尾辞「-ide」が適しているのに対し、「-oid」は、その元素族のいずれかのメンバーとの類似性を示すためです。[13] : IR-3.6 ただし、ランタニドは依然として一般的に使用されています。[12]

元素の物理的性質

ランタノイドの特性は、これらの元素の電子殻が満たされる順序に起因します。最外殻（6s）はすべての元素で同じ構成を持ち、より深い殻（4f）は原子番号が57から71へと増加するにつれて、電子が徐々に満たされていきます。[14]長年にわたり、複数の希土類元素の混合物は単一の元素であると考えられてきました。例えば、ネオジムとプラセオジムは単一の元素であるジジムであると考えられていました。[15]これらの元素の溶媒精製法やイオン交換精製法では、溶解度のわずかな差が利用されており、精製された金属を得るには繰り返しの適用が必要です。精製された金属とその化合物の多様な用途は、電子的、電気的、光学的、磁気的特性における微妙かつ顕著な変化に起因しています。[14]

ランタノイドのいくつかの性質
化学元素ラセ広報ンド午後小欧州連合神様結核ダイホーえーTMYbルー
原子番号575859606162636465666768697071
画像
密度（g/cm 3）6.1626.7706.777.017.267.525.2447.908.238.5408.799.0669.326.909.841
融点（℃）9207959351024104210728261312135614071461152915458241652
沸点（℃）346434433520307430001794152932733230256727202868195011963402
原子の電子配置
（気相）*		5d 14f 1 5d 14f 34f 44f 54f 64f 74f 7 5d 14f 94f 104階11階4f 124階13階4階14階4f 14 5d 1
金属格子（RT）DHCPFCCCDHCPDHCPDHCP**bcchcphcphcphcphcphcpFCCChcp
金属半径（pm）162181.8182.4181.4183.4180.4208.4180.4177.3178.1176.2176.1175.9193.3173.8
25℃における抵抗率（μΩ·cm）57～80℃
20℃		736864—8890134114578787792979
磁化率
χ mol /10 −6 (cm 3 · mol −1 )		+95.9+2500 (β)+5530 (α)+5930 (α)—+1278 (α)+30900+185000
(350 K)		+170000 (α)+98000+72900+48000+24700+67 (β)+183

* 初期のXeと最後の6s 2電子殻 の間

** Smは、ほとんどのランタノイドと同様に密に詰まった構造をしていますが、珍しい9層の繰り返し構造をしています。

Gschneider と Daane (1988) は、系列全体にわたって融点が上昇する傾向 (ランタン(920 °C) からルテチウム (1622 °C)) は、6s、5d、4f 軌道の混成の程度によるものだとしている。混成はセリウムで最大になると考えられており、セリウムの融点は全元素の中で最も低く、795 °C である。[16]ランタノイド金属は柔らかく、硬度は系列全体にわたって増加する。[12]ユーロピウムは、密度が 5.24 g/cm 3で最も低く、金属半径が 208.4 pm と系列全体の中で最も大きいため、際立っている。これは、金属半径が 222 pm であるバリウムと比較できる。この金属には、より大きな Eu 2+イオンが含まれ、伝導帯には電子が 2 つしかないと考えられている。イッテルビウムも大きな金属半径を持ち、同様の説明が示唆されている。[12]ランタノイド金属の 抵抗率は比較的高く、29～134 μΩ·cmである。これらの値は、抵抗率2.655 μΩ·cmのアルミニウムなどの良導体と比較できる。La、Yb、Lu（不対f電子を持たない）を除き、ランタノイドは強い常磁性を示し、これは磁化率に反映されている。ガドリニウムは16℃（キュリー点）以下で強磁性となる。その他の重いランタノイド、すなわちテルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムは、はるかに低い温度で強磁性となる。[17]

ランタノイドイオンの電子配置と色
化学元素ラセ広報ンド午後小欧州連合神様結核ダイホーえーTMYbルー
原子番号575859606162636465666768697071
Ln 3+電子配置* [18]4f 04階1階4階2階4f 34f 44f 54f 64f 74f 84f 94f 104階11階4f 124階13階

4階14階

Ln 3+半径（pm）[12]1031029998.39795.894.793.892.391.290.1898886.886.1
水溶液中のLn4 +イオンの色[19]—オレンジイエロー黄色青紫————赤茶色オレンジイエロー—————
水溶液中のLn3 +イオンの色[18]無色無色緑バイオレットピンク淡黄色無色無色V. 淡いピンク淡黄色黄色薔薇淡い緑無色無色
水溶液中のLn2 +イオンの色[12]—————血のように赤い無色—————紫赤黄緑色—

* 初期[Xe]コアを含まない

f → f遷移は対称禁制（またはラポルト禁制）であり、これは遷移金属にも当てはまります。しかし、遷移金属は振電結合を利用してこの規則を破ることができます。ランタノイドの価電子軌道はほぼ完全に非結合性であるため、有効な振電結合はほとんど起こりません。そのため、f → f遷移のスペクトルはd → d遷移のスペクトルよりもはるかに弱く、幅も狭くなります。一般的に、このためランタノイド錯体の色は遷移金属錯体の色よりもはるかに薄くなります。

水溶液中のランタニドイオンのおおよその色[12] [20] [21]
酸化状態575859606162636465666768697071
+2小2以上ユーロピウム2+Tm 2+Yb 2+
+3ラ3+Ce 3+Pr 3+Nd 3+午後3時以降小3以上欧州3+Gd 3+結核3+Dy 3+ホ3+エル3+Tm 3+Yb 3+ル3+
+4Ce 4+レベル4以上Nd 4+結核4+Dy 4+

4f軌道の効果

周期表でランタノイドを左から右に見ていくと、7 つの4f 原子軌道は次第に満たされていきます (上記および周期表 § 電子配置表を参照)。ほとんどの中性気相ランタノイド原子の電子配置は [Xe]6s 2 4f nであり、ここでnは原子番号Zより 56 小さい。例外は La、Ce、Gd、および Lu で、4f n −1 5d 1となります(ただし、この場合でも 4f nは La、Ce、および Gd の励起状態は低いです。Lu の場合は 4f 殻が既に満たされているため、15 番目の電子は 5d に入るしかありません)。ルテチウムを除き、4f 軌道はすべてのランタノイドで化学的に活性であり、ランタノイド化学と遷移金属化学の間に大きな違いを生み出します。 4f軌道は[Xe]核を貫通して孤立しているため、結合にはあまり関与しません。これが結晶場効果が小さく、π結合を形成しない理由を説明しています。[18] 4f軌道は7つあるため、不対電子の数は最大7個にもなり、ランタノイド化合物で観測される大きな磁気モーメントを生み出します。

磁気モーメントの測定は4f電子配置を調べるのに用いることができ、これは化学結合を理解する上で有用なツールである。[22]ランタノイド収縮、すなわちLn3 +イオンのサイズがLa3 +（103 pm）からLu3 +（86.1 pm）に縮小する現象は、4f電子による5s電子と5p電子の遮蔽が不十分であることで説明されることが多い。[18]

化学と化合物

ランタノイド酸化物：中央上から時計回りに：プラセオジム、セリウム、ランタン、ネオジム、サマリウム、ガドリニウム

ランタノイドの化学は+3の酸化状態が支配的で、Ln III化合物では6s電子と（通常）1つの4f電子が失われ、イオンは[Xe]4f （n −1）の構成をとる。[23]すべてのランタノイド元素は+3の酸化状態を示す。さらに、Ce 3+は1つのf電子を失って、キセノンの安定した電子構成を持つCe 4+を形成することができる。また、Eu 3+は電子を得て、半分満たされた殻によるさらなる安定性を持つf 7構成のEu 2+を形成することができる。Ce(IV)とEu(II)を除いて、ランタノイドのどれも水溶液中で+3以外の酸化状態で安定しない。

還元電位に関して言えば、Ln 0/3+対は全てのランタノイドにおいてほぼ同じであり、-1.99 V（Euの場合）から-2.35 V（Prの場合）の範囲である。したがって、これらの金属は還元力が非常に強く、Mgなどのアルカリ土類金属（-2.36 V）と同程度の還元力を持つ。[12]

ランタニドの酸化状態

ランタノイドのイオン化エネルギーはアルミニウムと比較することができます。アルミニウムの最初の3つのイオン化エネルギーの合計は5139 kJ·mol −1ですが、ランタノイドは3455～4186 kJ·mol −1の範囲にあります。これはランタノイドの非常に反応性の高い性質と相関しています。

ユーロピウムの最初の2つのイオン化エネルギーの合計は1632 kJ·mol −1で、バリウムの1468.1 kJ·mol −1と比較でき、ユーロピウムの3番目のイオン化エネルギーはランタノイドの中で最も高い。イッテルビウムの最初の2つのイオン化エネルギーの合計は系列中で2番目に低く、3番目のイオン化エネルギーは2番目に高い。EuとYbの高い3番目のイオン化エネルギーは、4fサブシェルの半分満たされた4f 7と完全に満たされた4f 14、そして交換エネルギーによるそのような配置によってもたらされる安定性と相関している。[18]ユーロピウムとイッテルビウムは、Eu 2+およびYb 2+と塩のような化合物、例えば塩のような二水素化物を形成する。 [24]ユーロピウムとイッテルビウムはどちらも液体アンモニアに溶解してLn2 + (NH3 ) x溶液を形成し、これもアルカリ土類金属との類似性を示しています。[12]

セリウム、そして（程度は低いがプラセオジムでも）第4電子の除去が比較的容易であることから、Ce(IV)化合物とPr(IV)化合物が生成される理由が示唆されます。例えば、セリウムが酸素と反応すると、Ce 2 O 3ではなくCeO 2が生成されます。また、TbはIV状態であることがよく知られており、この場合、第4電子を除去すると4f 7配置が半分満たされます。

Ce と Eu の追加の安定原子価は、岩石中のそれらの存在比が他の希土類元素に比べて大幅に変化する場合があることを意味します。セリウム異常およびユーロピウム異常を参照してください。

ランタノイドの分離

隣接するランタノイド元素のイオン半径は類似しているため、天然鉱石やその他の混合物では、これらの元素を互いに分離することが困難です。歴史的には、カスケード法と分別結晶化という非常に手間のかかる方法が使用されてきました。ランタノイドイオンはわずかに異なる半径を持つため、その塩の格子エネルギーとイオンの水和エネルギーがわずかに異なり、溶解度にわずかな差が生じます。式 Ln(NO 3 ) 3 ·2NH 4 NO 3 ·4H 2 O の塩を使用できます。工業的には、これらの元素は溶媒抽出によって互いに分離されます。通常、硝酸塩の水溶液はトリ-n-ブチルリン酸を含む灯油に抽出されます。形成される錯体の強度はイオン半径が小さくなるにつれて増加するため、有機相への溶解度が増加します。向流交換法を使用することで、完全な分離を連続的に達成できます。これらの元素は、 EDTA錯体形成の安定度定数が[La(EDTA)] −の場合はlog K ≈ 15.5から[Lu(EDTA)] −の場合はlog K ≈ 19.8に増加するという事実を利用して、イオン交換クロマトグラフィーによって分離することもできる。[12] [25]

錯体化学と触媒

配位錯体の形では、ランタノイドは圧倒的に +3 の酸化状態で存在しますが、特に安定な 4f 構成では +4 (Ce、Pr、Tb) または +2 (Sm、Eu、Yb) イオンを与えることもあります。これらの形態はすべて強い電気陽性であるため、ランタノイドイオンは硬いルイス酸です。[26]酸化状態も非常に安定しています。SmI 2 [ 27 ]とセリウム(IV) 塩[28]を除いて、ランタノイドは酸化還元化学には使用されません。4f 電子は原子核の近くにある可能性が高いため、系列全体で核電荷が増加すると強く影響を受けます。その結果、イオン半径がそれに応じて減少し、ランタノイド収縮と呼ばれます。

4f 電子が原子またはイオンの外側の領域に存在する確率が低いため、ランタニドイオンの軌道と結合リガンドの軌道の重なりは実際にはほとんどありません。そのため、ランタニド錯体は通常、共有結合性がほとんどないかまったくなく、軌道形状の影響を受けません。軌道相互作用がないということは、遷移金属と比較した場合、金属を変えても通常、錯体にほとんど影響がないことを意味します (サイズを除く)。錯体は全方向性のより弱い静電力によってまとめられているため、リガンドのみが錯体の対称性と配位を決定します。したがって、立体要因が支配的となり、金属の配位飽和がリガンド間の反発とバランスをとっています。この結果、多様な配位形状が生じ、その多くは不規則であり、 [29]錯体の高度な流動性としても現れています。エネルギー的に単一の構造に固定される理由がないため、分子内および分子間の配位子交換が急速に起こります。その結果、複合体はあらゆる可能な構造の間を急速に変化します。

これらの特徴の多くは、ランタニド錯体を効果的な触媒にしている。硬いルイス酸は配位結合によって結合を分極させ、化合物の求電子性を変化させることができる。その典型的な例としては、ルーシェ還元が挙げられる。イオンのサイズが大きく、不安定なイオン結合と相まって、かさばる配位種であっても結合・解離が速く、非常に高い回転率が得られる。そのため、わずか数モル%の添加量で優れた収率が得られる場合が多い。[30]軌道相互作用が欠如していることとランタニドの収縮が相まって、ランタニドは系列全体でサイズが変化するものの、その化学的性質はほぼ同じままである。これにより立体環境の調整が容易になり、これを利用して錯体の触媒活性を向上させた例[31] [32] [33]や金属クラスターの核性を変化させた例[34] [35]がある。

それにもかかわらず、ランタノイド錯体の均一触媒としての利用は主に実験室レベルに限られており、工業規模で使用されている例は現在ほとんどありません。[36]ランタノイドは錯体以外にも様々な形で存在し、その多くは工業的に有用です。特にランタノイド金属酸化物は、様々な工業プロセスにおいて不均一触媒として使用されています。

Ln(III)化合物

三価ランタニドは主にイオン性塩を形成する。三価イオンはハードアクセプターであり、窒素供与性配位子よりも酸素供与性配位子とより安定な錯体を形成する。大きいイオンは水溶液中で9配位[Ln(H 2 O) 9 ] 3+であるが、小さいイオンは8配位[Ln(H 2 O) 8 ] 3+である。後者のランタニドは第二配位圏に多くの水分子を持つという証拠がある。[37]一座配位子との錯形成は、第一配位圏から水分子を置換することが難しいため、一般に弱い。1,4,7,10-テトラアザシクロドデカン-1,4,7,10-四酢酸（ DOTA）から誘導されるテトラアニオンなどのキレート配位子との錯体形成はキレート効果によりより強い錯体を形成する。

六水和物のランタニド硝酸塩のサンプル。左から右へ：La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。

Ln(II)およびLn(IV)化合物

ランタニドの最も一般的な二価誘導体はEu(II)であり、これは好ましいf 7配置を達成する。二価ハロゲン化物誘導体はすべてのランタニドで知られている。これらは従来の塩またはLn(III)「エレクトライド」のような塩である。単純な塩にはYbI 2、EuI 2、SmI 2などがある。エレクトライドのような塩（Ln 3+、2I −、e −と記述される）にはLaI 2、CeI 2、GdI 2などがある。多くのヨウ化物はエーテルと可溶性錯体を形成し、例えばTmI 2（ジメトキシエタン）3 などがある。[38] ヨウ化サマリウム(II)は有用な還元剤である。Ln(II)錯体は金属交換反応によって合成できる。立体的にかさ高いシクロペンタジエニル配位子を用いることで通常の酸化状態の範囲を広げることができ、多くのランタニドをLn(II)化合物として単離することができる。[39]

硝酸セリウムアンモニウム中のCe(IV)は有用な酸化剤です。Ce(IV)はf殻が満たされない傾向があるため例外です。それ以外の四価ランタノイドは稀です。しかしながら、最近、Tb(IV) [40] [41] [42]およびPr(IV) [43]錯体の存在が示されました。

水素化物

ランタノイド金属は水素と発熱反応を起こし、二水素化物LnH 2を形成する。[24] BaやCaの水素化物（非伝導性で透明な塩のような化合物）に類似するEuとYbを除いて、これらは黒色で自然発火性の導電性化合物を形成する[48]。この場合、金属のサブ格子は面心立方で、H原子は四面体サイトを占める。[24]さらに水素化すると、非化学量論的で非伝導性で、より塩のような三水素化物を生成する。三水素化物の形成は体積比8～10%の増加と関連しており、これは水素原子上の電荷の局在化が進み、より陰イオン性（H −水素化物陰イオン）となることに関連している。[24]

ハロゲン化物

知られている四ハロゲン化物は、セリウム、プラセオジム、テルビウム、ネオジム、ジスプロシウムの四フッ化物のみであり、最後の2つはマトリックス分離条件下でのみ知られている。[12] [54]ランタノイドはすべて、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素と三ハロゲン化物を形成する。これらはすべて高融点であり、主にイオン性である。[12]フッ化物は水にわずかに溶け、空気の影響を受けない。これは、空気に敏感で、水に容易に溶け、高温で反応してオキソハロゲン化物を形成する他のハロゲン化物とは対照的である。[55]

三ハロゲン化物は、純粋な金属を調製できるため重要であった。[12]気相では、三ハロゲン化物は平面状またはほぼ平面状であり、軽いランタノイドでは二量体の割合が低く、重いランタノイドでは二量体の割合が高くなる。二量体はAl 2 Cl 6に類似した構造を有する。[56]

二ハロゲン化物の中には導電性のものがあるが、残りは絶縁体である。導電性の形態は、電子が伝導帯 Ln 3+ (X − ) 2 (e − ) に非局在化したLn IIIエレクトライド化合物と考えることができる。すべての二ヨウ化物は、金属間距離が比較的短い。[49]ランタン、セリウム、プラセオジムの二ヨウ化物のCuTi 2構造は、HP-NdI 2とともに、短い金属間結合 (393-386 La-Pr) を持つ4 4ネットの金属原子とヨウ素原子を含む。 [49]これらの化合物は二次元金属 (グラファイトと同じように二次元) と考えるべきである。塩のような二ハロゲン化物には、Eu、Dy、Tm、および Yb のものがある。 EuとYbの比較的安定した+2酸化状態の形成は、通常、半分満たされた状態（f 7）と完全に満たされた状態（f 14）の安定性（交換エネルギー）によって説明されます。GdI 2は層状のMoS 2構造を持ち、強磁性であり、巨大磁気抵抗を示します。[49]

表に記載されているセスキハライドLn 2 X 3およびLn 7 I 12化合物には、金属クラスター、 Ln 7 I 12中の個別のLn 6 I 12クラスター、およびセスキハライド中に鎖状に凝縮したクラスターが含まれています。スカンジウムは塩素と類似のクラスター化合物Sc 7 Cl 12を形成します[12]。多くの遷移金属クラスターとは異なり、これらのランタノイドクラスターは強い金属間相互作用を示さず、これは関与する価電子の数が少ないためであり、代わりに周囲のハロゲン原子によって安定化されます[49] 。

モノハライドとして知られているのはLaIとTmIの2​​種類だけです。LaIはLaI 3とLa金属の反応で生成され、NiAs型構造を持ち、La 3+ (I − )(e − ) 2と表記されます。[52] TmIは真のTm(I)化合物ですが、純粋な状態で単離されていません。[53]

酸化物と水酸化物

すべてのランタノイドは三二酸化物（Ln 2 O 3 ）を形成する。軽い／大きなランタノイドは六方晶系の7配位構造をとり、重い／小さなランタノイドは立方晶系の6配位構造「CM 2 O 3」をとる。[50]すべての三二酸化物は塩基性であり、空気中の水と二酸化炭素を吸収して炭酸塩、水酸化物、および水酸化炭酸塩を形成する。[57]これらは酸に溶解して塩を形成する。[18]

セリウムは化学量論的な二酸化物であるCeO 2を形成し、ここでセリウムの酸化数は+4である。CeO 2 は塩基性であり、酸に溶解しにくいCe 4+溶液を形成する。この溶液からCe IV塩（例えば、水和硝酸塩Ce(NO 3 ) 4・5H 2 O）を単離することができる。CeO 2 は触媒コンバーターの酸化触媒として使用される。[18]プラセオジムとテルビウムはLn IVを含む非化学量論的酸化物を形成するが、[18]より極端な反応条件では化学量論的（または化学量論的に近い）PrO 2とTbO 2が生成されることがある。[12]

ユーロピウムとイッテルビウムは、岩塩構造を持つ塩のような一酸化物EuOとYbOを形成する。[18] EuOは低温で強磁性を示し[12] 、スピントロニクスへの応用が期待される半導体である。[58] Eu II / Eu III混合酸化物Eu 3 O 4は、水素気流中でEu 2 O 3を還元することで生成できる。 [57]ネオジムとサマリウムも一酸化物を形成するが、これらは光沢のある導電性固体である。[12]一酸化サマリウムの存在は疑わしいと考えられている。[57]

すべてのランタノイドは水酸化物Ln(OH) 3を形成する。立方晶構造を持つ水酸化ルテチウムを除き、それらは六方晶系UCl 3構造を有する。[57]水酸化物はLn IIIの溶液から沈殿することができる。[18]また、三二酸化物Ln 2 O 3と水の反応によっても水酸化物が形成されるが、この反応は熱力学的には有利であるものの、この系列のより重い元素では速度論的に遅い。[57] ファジャンの法則によれば、より小さなLn 3+イオンはより分極性が高く、その塩はそれに応じてイオン性が低くなる。より重いランタノイドの水酸化物は塩基性が低くなり、例えばYb(OH) 3とLu(OH) 3は依然として塩基性水酸化物であるが、高温の濃NaOHに溶解する。[12]

カルコゲニド（S、Se、Te）

すべてのランタノイドはLn 2 Q 3（Q = S、Se、Te）を形成する。[18]セスキ硫化物は、元素の反応、または（Eu 2 S 3を除く）酸化物（Ln 2 O 3 ）をH 2 Sで硫化することによって生成される。 [18]セスキ硫化物Ln 2 S 3 は、加熱すると一般に硫黄を失い、Ln 2 S 3とLn 3 S 4の間のさまざまな組成を形成することができる。セスキ硫化物は絶縁体であるが、一部のLn 3 S 4は（Ln 3+）3（S 2−）4（e − ）で定式化される金属導体（例：Ce 3 S 4 ）であり、その他（例：Eu 3 S 4、Sm 3 S 4）は半導体である。[18]セスキ硫化物は、Ln金属の大きさに応じて構造が異なります。軽くて大きいランタノイドは7配位の金属原子を、重くて小さいランタノイド（YbとLu）は6配位を、残りのランタノイドは6配位と7配位が混在した構造をとります。[18]

セスキ硫化物には多形性が見られる。[59]セスキ硫化物の色は金属によって異なり、多形性に依存する。γ-セスキ硫化物の色は、La 2 S 3（白/黄色）、Ce 2 S 3（暗赤色）、Pr 2 S 3（緑色）、Nd 2 S 3（薄緑色）、Gd 2 S 3（砂色）、Tb 2 S 3（薄黄色）、Dy 2 S 3（オレンジ色）である。[60] γ-Ce 2 S 3の色合いは、NaまたはCaをドープすることで暗赤色から黄色まで変化させることができる。[49] [60] Ce 2 S 3ベースの顔料は商業的に使用されており、カドミウムベースの顔料の低毒性代替品と見なされている。[60]

すべてのランタノイドはモノカルコゲニドLnQ（Q = S、Se、Te）を形成する。[18]モノカルコゲニドの大部分は導電性を示し、電子が伝導帯にあるLn III Q 2−（e-）の化学式で表される。例外として、SmQ、EuQ、YbQは半導体または絶縁体であるが、圧力誘起転移により伝導状態へ遷移する。[59]化合物LnQ 2は知られているが、これはLn IVを含まず、ポリカルコゲニドアニオンを含むLn III化合物である。[61]

オキシ硫化物Ln 2 O 2 Sはよく知られており、7配位のLn原子と、近傍原子として3つの硫黄原子と4つの酸素原子を持つ同じ構造を持っています。[ 62]これらを他のランタノイド元素でドープすると、蛍光体が生成されます。例えば、 Tb 3+をドープしたガドリニウムオキシ硫化物（Gd 2 O 2 S）は、高エネルギーX線を照射すると可視光子を発生し、フラットパネル検出器のシンチレーターとして使用されます。 [63]ランタノイド金属の合金であるミッシュメタルを溶鋼に加えて酸素と硫黄を除去すると、混ざり合わない固体を形成する安定したオキシ硫化物が生成されます。[18]

プニクチド（グループ15）

すべてのランタノイドは、岩塩構造を持つ一窒化物LnNを形成する。これらの一窒化物は、その特異な物理的性質から注目を集めている。SmNとEuNは「半金属」であると報告されている。[49] NdN、GdN、TbN、DyNは強磁性であり、SmNは反強磁性である。[64]スピントロニクス分野への応用が研究されている。[58] CeNは金属導体であるため、他の窒化物や他のセリウムニクタイドとは対照的である。単純な説明はCe 4+ N 3− (e–)であるが、原子間距離は四価状態よりも三価状態の方が適切である。様々な説明が提示されている。[65]これらの窒化物は、ランタン金属と窒素の反応によって生成される。ランタン金属を空気中で燃焼させると、酸化物とともに窒化物も生成される。[18]代替合成法としては、ランタニド金属とアンモニアの高温反応、またはランタニドアミド（Ln(NH 2 ) 3 ）の分解が挙げられる。純粋な化学量論組成の化合物や欠陥密度の低い結晶を得ることは困難であることが判明している。[58]ランタニド窒化物は空気に敏感で、加水分解してアンモニアを生成する。[48]

他のプニクチドであるリン、ヒ素、アンチモン、ビスマスもランタノイド金属と反応してモノプニクチドLnQ（Q = P、As、Sb、またはBi）を形成する。さらに、LnP 2、LnP 5、LnP 7、Ln 3 As、Ln 5 As 3、LnAs 2など、様々な化学量論比の化合物が生成される。 [66]

炭化物

ランタノイド元素については、様々な化学量論の炭化物が知られています。非化学量論性のものも一般的です。すべてのランタノイド元素はLnC 2とLn 2 C 3を形成し、どちらもC 2ユニットを含みます。

EuC 2を除くジカーバイドは、カルシウムカーバイド構造を持つ金属伝導体であり、Ln 3+ C 2 2− (e–)と表される。CC結合長は、C 2 2−アニオンを含むCaC 2よりも長く、C 2 2−アニオンの反結合軌道が伝導帯に関与していることを示している。これらのジカーバイドは加水分解されて水素と炭化水素の混合物を生成する。[67] EuC 2と、それよりは少ないがYbC 2は加水分解の仕方が異なり、アセチレン（エチン）の割合が高い。[68]

セスキ炭化物Ln 2 C 3はLn 4 (C 2 ) 3と表記される。これらの化合物はPu 2 C 3構造[49]をとり、これは8つの近傍Ln原子によって形成されるビスフェノイドホールにC 2 2-アニオンを有すると説明されている。 [69] CC結合はCe 2 C 3 を除いてジ炭化物よりも伸長が小さく、[67]これは非局在化した金属電子がCC反結合軌道を満たしていないことを示している。[70]

いくつかのランタノイドでは、他の炭素に富む化学量論が知られている。Ln 3 C 4 (Ho-Lu) は C、C 2、C 3ユニットを含む。[71] Ln 4 C 7 (Ho-Lu) は C 原子と C 3ユニットを含む。 [72] Ln 4 C 5 (Gd-Ho) は C と C 2ユニットを含む。[73]

金属を豊富に含む炭化物は格子間炭素原子を含み、C 2またはC 3ユニットは含まない。これらはLn 4 C 3 (TbおよびLu)、Ln 2 C (Dy、Ho、Tm) [74] [75]、およびLn 3 C [49] (Sm-Lu)である。これらは加水分解されてメタンとなる。[76]

ホウ化物

すべてのランタノイド元素は、いくつかのホウ化物を形成します。「高ホウ化物」（LnB x 、ただしx > 12）は絶縁体／半導体ですが、低ホウ化物は通常導電性です。低ホウ化物の化学量論は、LnB 2、LnB 4、LnB 6、LnB 12です。[77]スピントロニクス分野への応用が研究されています。[58]ランタノイド元素によって形成されるホウ化物の範囲は、遷移金属によって形成されるホウ化物の範囲と比較することができます。ホウ素を多く含むホウ化物はランタノイド元素（および第1～3族元素）に典型的ですが、遷移金属元素では金属を多く含む「低ホウ化物」を形成する傾向があります。[78]ランタノイド元素のホウ化物は通常、反応性、化学量論、構造において多くの類似点を持つ第3族金属と同じグループに分類されます。これらは総称して希土類ホウ化物と呼ばれます。[77]

ランタニドホウ化物を製造する多くの方法が使用されてきたが、その中には、元素の直接反応、ホウ素によるLn 2 O 3の還元、炭素とホウ素酸化物、B 2 O 3、Ln 2 O 3の還元、炭化ホウ素、B 4 Cによる金属酸化物の還元などがある。[77] [78] [79] [80]高純度のサンプルを製造することは困難であることが判明している。[80]高純度ホウ化物の単結晶は、低融点金属（Sn、Cu、Alなど）で成長している。[77]

二ホウ化物LnB 2は、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luで報告されています。いずれもホウ素原子のグラファイト層を含むAlB 2構造を有しています。Tb 、Dy、Ho、Erは低温で強磁性転移を示します。TmB 2 は7.2 Kで強磁性を示します。[49]

四ホウ化物LnB 4は、EuB 4 を除くすべてのランタノイドで報告されており、すべて同じUB 4 構造を有する。この構造は、ホウ素原子で結合した八面体B 6クラスターの鎖からなるホウ素サブ格子を有する。単位胞はLaB 4からLuB 4へと順次小さくなる。より軽いランタノイドの四ホウ化物は分解してLnB 6となる[80]。EuB 4 を合成する試みは失敗している[79]。LnB 4は良導体[77]であり、典型的には反強磁性体である[49] 。

六ホウ化物 LnB 6は全てのランタノイドで報告されている。それらはすべて CaB 6 構造を持ち、B 6クラスターを含む。それらは陽イオン欠陥のため非化学量論的である。軽いランタノイド (La – Sm) の六ホウ化物は分解することなく溶融し、EuB 6 はホウ素と金属に分解し、重いランタノイドは LnB 4に分解するが、YbB 6は例外で、 YbB 12 を形成する。安定性はランタノイド金属間の揮発性の差に部分的に相関している。[80] EuB 6と YbB 6では金属の酸化状態は +2 であるが、その他のランタノイド六ホウ化物では +3 である。これは伝導率の違い、つまり Ln III六ホウ化物の余分な電子が伝導帯に入ることを合理的に説明している。 EuB 6は半導体であり、残りは良導体である。[49] [80] LaB 6とCeB 6は熱イオン放出体であり、例えば走査型電子顕微鏡に使用されている。[81]

十二ホウ化物LnB 12は、より重い小さなランタノイドによって形成され、より軽い大きな金属La – Eu によって形成されることはありません。YbB 12（Ybが中間の原子価を取り、近藤絶縁体となる）を除き、十二ホウ化物はすべて金属化合物です。それらはすべて、立方八面体B 12クラスターの3次元骨格を含むUB 12 構造を有します。[77]

ランタノイド金属の高ホウ化物LnB 66が知られている。これらの化合物は非化学量論的であるため、組成は近似値である。[77]これらはすべて、単位格子に1600個以上の原子を含む同様の複雑な構造を持つ。ホウ素立方格子の格子構造には、中心のB 12イコサヘドラとその周囲を囲む12個のB 12 (B 12 ) 12からなる超イコサヘドラが含まれる。[77]他に、高ホウ化物LnB 50 (Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu) やLnB 25 (Gd, Tb, Dy, Ho, Er) が知られており、これらはホウ素骨格にホウ素イコサヘドラを含む。[77]

有機金属化合物

ランタニド-炭素σ結合はよく知られているが、4f電子が原子の外側領域に存在する確率が低いため、有効な軌道の重なりが少なく、結果として結合は顕著なイオン性を示す。そのため、有機ランタニド化合物は遷移金属有機金属化合物とは異なり、カルバニオンのような挙動を示す。ランタニドは分子が大きいため、かさ高い配位子とより安定な有機金属誘導体を形成し、Ln[CH(SiMe 3 ) 3 ]のような化合物を与える傾向がある。 [82]ウラノセンの類似体はジリチオシクロオクタテトラエン、Li 2 C 8 H 8から誘導される。Cp* 2 Euなどの有機ランタニド(II)化合物も知られている。 [38]

物理的特性

ランタノイド元素のサンプル（プロメチウムを除く）

磁気および分光学

ランタンとルテチウムを除くすべての三価ランタニドイオンは、不対 f 電子を持っています。 （それでもなお、配位子から金属への電荷移動により、La(III) 化合物でもゼロ以外の f 占有率が生成される可能性があります。）[83]しかし、強いスピン軌道相互作用のため、磁気モーメントはスピンのみの値から大きく外れます。不対電子の最大数は 7 で、磁気モーメントは 7.94 BMの Gd 3+ですが、最大の磁気モーメントは 10.4～10.7 BM で、 Dy 3+と Ho 3+によって示されます。ただし、Gd 3+ではすべての電子が平行スピンを持ち、この特性はMRIスキャンの造影剤としてのガドリニウム錯体の使用にとって重要です。

10%過塩素酸中の4%酸化ホルミウムの溶液を、波長校正標準として石英キュベットに永久的に融合したもの

ランタノイドイオンの結晶場分裂は比較的小さく、エネルギー準位に関してはスピン軌道相互作用よりも重要度が低い。[12] f軌道間の電子遷移はラポルトの法則によって禁制されている。さらに、f軌道は「埋もれている」ため、分子振動との相互作用は弱い。その結果、ランタノイドイオンのスペクトルは比較的弱く、吸収帯も同様に狭い。酸化ホルミウムを含むガラスおよび酸化ホルミウム溶液（通常は過塩素酸溶液）は、200～900 nmのスペクトル範囲に鋭い光吸収ピークを有し、分光光度計の波長校正標準として使用できる[84]。市販されている[85] 。

ff遷移はラポルト禁制であるため、電子が励起されると基底状態への減衰は緩やかになります。そのため、反転分布を容易に実現できるため、レーザー用途に適しています。Nd :YAGレーザーは広く使用されています。ユーロピウムをドープしたイットリウムバナデートは、カラーテレビの開発を可能にした最初の赤色蛍光体でした。 [86]ランタノイドイオンは、その独特の4f軌道により、顕著な発光特性を有しています。ラポルト禁制のff遷移は、結合した「アンテナ」配位子の励起によって活性化されます。これにより、可視光、近赤外光、赤外光全体にわたって鋭い発光帯が得られ、比較的長い発光寿命が得られます。[87]

発生

サマルスカイトや類似の鉱物には、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、バナジウム、チタンなどの第4族および第5族の元素と関連したランタノイドが含まれており、多くの場合、同様の酸化状態にあります。モナザイトは、多数の第3族、ランタノイド、アクチノイド金属のリン酸塩であり、特にトリウム含有量と特定の希土類元素、特にランタン、イットリウム、セリウムのために採掘されています。セリウム、ランタン、および他の希土類元素は、セリウムとランタンを主成分とするこれらの元素のさまざまな混合物を含むミッシュメタルと呼ばれる金属として生成されることが多く、これらの金属のいずれかを大規模に精製する必要のない、ライターのフリントやその他の火花源などの直接的な用途があります。[14]

また、イットリウム、セリウム、ランタンなどの含有量が変化する、イットロ方解石、イットロセライト、イットロフルオライトなどの第2族元素に基づくランタノイド含有鉱物もあります。 [88]その他のランタノイド含有鉱物には、バストネサイト、フロレンサイト、チェルノバイト、ペロブスカイト、ゼノタイム、セライト、ガドリン石、ランタノナイト、ファーガソン石、ポリクレース、ブロムストランド石、ハレニウス石、ミゼライト、ロパライト、レペルソン石、ユークセナイトなどがあり、これらはすべて相対的な元素濃度の範囲を持ち、モナズ石-(Ce)のように、優勢な濃度で示されることがあります。第3族元素は、地球上の金、銀、タンタルなどのように天然鉱物として存在していませんが、月の土壌中には存在する可能性があります。また、セリウム、ランタン、そしておそらく他のランタノイド、長石、ガーネットなどの非常に稀なハロゲン化物も存在することが知られています。[89]

ランタノイド収縮は、ランタノイドを軽ランタノイドに富む鉱物と重ランタノイドに富む鉱物に分ける大きな地球化学的分断の原因であり、後者はほぼ必然的にイットリウムと関連し、イットリウムが主成分となる。この分断は、最初に発見された2つの「希土類元素」、イットリア（1794年）とセリア（1803年）に反映されている。この地球化学的分断により、軽ランタノイドは地殻に、重ランタノイドはマントルに多く存在するようになった。その結果、軽ランタノイドに富む大規模な鉱体は発見されているものの、重ランタノイドの大規模な鉱体はそれに応じて少ない。主要な鉱石はモナザイトとバストネサイトである。モナザイトの砂は通常、すべてのランタノイド元素を含むが、バストネサイトには重元素が不足している。ランタノイドはオッド・ハーキンスの法則に従います。つまり、奇数番目の元素は偶数番目の元素よりも存在量が少ないのです。

ランタノイド元素のうち3つは半減期の長い放射性同位体（138 La、147 Sm、176 Lu）を持ち、地球、月、隕石の鉱物や岩石の年代測定に使用できます。[90] プロメチウムは事実上人工元素であり、その同位体はすべて放射性で半減期は20年未満です。

アプリケーション

産業

ランタノイド元素とその化合物は多くの用途がありますが、消費量は他の元素に比べて比較的少ないです。ランタノイドは年間約15,000トンが触媒やガラス製造に消費されています。この15,000トンは、ランタノイド生産量の約85%に相当します。しかし、価値の観点から見ると、蛍光体や磁石への応用の方が重要です。[91]

ランタニド元素が使われているデバイスには、超伝導体、サマリウムコバルトおよびネオジム鉄ホウ素高磁束希土類磁石、マグネシウム合金、電子研磨機、精​​製触媒、ハイブリッド車の部品（主に電池と磁石）などがあります。[92]ランタニドイオンは、オプトエレクトロニクス用途、最も有名なのはNd:YAGレーザーで使用される発光材料の活性イオンとして使用されています。エルビウムドープ光ファイバー増幅器は光ファイバー通信システムの重要なデバイスです。ランタニドをドープした蛍光体も、テレビなどのブラウン管技術で広く使用されています。初期のカラーテレビCRTは赤色の品質が悪かったため、蛍光体ドーパントとしてユーロピウムを使用することで高品質の赤色蛍光体が可能になりました。イットリウム鉄ガーネット（YIG）球は、同調可能なマイクロ波共振器として機能できます。

ランタニド酸化物は、TIG溶接における高温特性を向上させるため、タングステンと混合され、作業に多少の危険性があったトリウムの代替として使用されています。また、暗視ゴーグルや測距儀など、多くの防衛関連製品にもランタニド元素が使用されています。一部のイージス艦に搭載されているSPY-1レーダーや、アーレイ・バーク級駆逐艦のハイブリッド推進システムでは、いずれも希土類磁石が臨界容量で使用されています。[93]流動接触分解に使用されるランタン酸化物の価格は、2010年初頭の1キログラムあたり5ドルから、2011年6月には1キログラムあたり140ドルに上昇しました。[94]

ランタノイド元素のほとんどは、レーザーやドープ光ファイバー光増幅器の（共）ドーパントとして広く利用されています。例えば、インターネットトラフィックを伝送する地上および海底光ファイバー伝送リンクの中継器として使用されるエルビウムドープ光ファイバー増幅器などがその例です。これらの元素は紫外線や赤外線を偏向させるため、サングラスのレンズの製造に広く使用されています。その他の用途は、以下の表にまとめられています。[95]

応用パーセンテージ
触媒コンバーター45%
石油精製触媒25%
永久磁石12%
ガラス研磨とセラミック7%
冶金7%
リン光体3%
他の1%

複合体 Gd( DOTA ) は磁気共鳴画像法に使用されます。

単一原子触媒として作用するすべてのランタニドを含む混合物は、二酸化炭素（CO2 ）を一酸化炭素（CO）に電気還元し、90％を超えるファラデー効率を実現することが提案されている。[96]

ライフサイエンス

ランタニド錯体は光学イメージングに用いることができるが、その応用範囲は錯体の不安定性によって制限される。 [97]

いくつかの用途では、ランタニドキレートまたはクリプテートのユニークな発光特性が利用されています。[98] [99]これらは、従来の蛍光体（フルオレセイン、アロフィコシアニン、フィコエリトリン、ローダミンなど）と比較して、ストークスシフトが大きく、発光寿命が極めて長い（マイクロ秒からミリ秒）ため、この用途に適しています。

これらの研究用途で一般的に使用される生体液や血清には、天然に蛍光を発する化合物やタンパク質が多数含まれています。そのため、従来の定常蛍光測定法では、アッセイ感度に重大な限界が生じます。ランタノイドなどの長寿命蛍光色素と時間分解検出（励起と発光の検出の間に遅延時間を設ける）を組み合わせることで、即時蛍光干渉を最小限に抑えることができます。

時間分解蛍光測定（TRF）とフェルスター共鳴エネルギー移動（FRET）を組み合わせることで、創薬研究者にとって強力なツールが実現します。それが時間分解フェルスター共鳴エネルギー移動（TR-FRET）です。TR-FRETは、TRFの低バックグラウンド特性とFRETのホモジニアスアッセイフォーマットを組み合わせたものです。このアッセイは、スループットの向上と偽陽性/偽陰性の減少に加え、柔軟性、信頼性、感度の向上を実現します。

この方法では、ドナーとアクセプターという2つの蛍光体を使用します。ドナー蛍光体（この場合はランタノイドイオン錯体）をエネルギー源（フラッシュランプやレーザーなど）で励起すると、両者が一定の距離（フェルスター半径と呼ばれる）内にある場合、アクセプター蛍光体へのエネルギー移動が生じます。すると、アクセプター蛍光体は、その固有の波長で光を発します。

生命科学アッセイで最も一般的に使用される 2 つのランタニドと、それに対応するアクセプター色素、励起波長と発光波長、および結果として生じるストークス シフト(励起波長と発光波長の分離) を以下に示します。

ドナー励起⇒発光λ（nm）アクセプター励起⇒発光λ（nm）ストークスシフト（nm）
欧州3+340⇒615アロフィコシアニン615⇒660320
結核3+340⇒545フィコエリトリン545⇒575235

医療用途の可能性

現在、ランタノイド元素が抗がん剤として使用できることを示す研究が行われています。これらの研究におけるランタノイドの主な役割は、がん細胞の増殖を抑制することです。特に、セリウムとランタンは抗がん剤としての役割について研究されています。

ランタノイド族元素の中で、これまで試験・使用されてきたものの一つがセリウム（Ce）です。タンパク質-セリウム複合体を用いて、セリウムが癌細胞に及ぼす影響を観察する研究が行われています。その目的は、細胞増殖を抑制し、細胞毒性を促進することでした。[100]乳がん細胞や子宮頸部上皮細胞などの癌細胞に存在するトランスフェリン受容体は、癌細胞の増殖と悪性度を高めます。[100]トランスフェリンは、鉄を細胞内に輸送するタンパク質であり、癌細胞のDNA複製を助けるために必要です。トランスフェリンは癌細胞の増殖因子として作用し、鉄に依存しています。癌細胞は正常細胞よりもはるかに多くのトランスフェリン受容体を有し、増殖において鉄に大きく依存しています。[100]

磁気共鳴画像法（MRI）の分野では、ガドリニウムを含む化合物が広く利用されている。[101]

クマリンおよびその関連化合物を含むランタニドの光生物学的特性、抗癌作用、抗白血病作用、抗HIV作用は、複合体の生物学的活性によって実証されている。[102]

セリウムは、鉄との構造および生化学的類似性から、抗がん剤としての効果が実証されています。セリウムは鉄の代わりにトランスフェリンに結合し、トランスフェリン受容体を介したエンドサイトーシスによってがん細胞に取り込まれると考えられます。[100]セリウムが鉄の代わりにトランスフェリンに結合すると、細胞内のトランスフェリンの活性が阻害されます。これにより、がん細胞にとって毒性のある環境が作り出され、細胞増殖が抑制されます。これがセリウムががん細胞に及ぼす作用のメカニズムとして提案されていますが、実際のメカニズムはセリウムががん細胞の増殖を阻害するより複雑なものである可能性があります。具体的には、 in vitroで研究されたHeLaがん細胞において、セリウム処理後48～72時間で細胞生存率が低下しました。セリウムのみを投与した細胞では細胞生存率が低下しましたが、セリウムとトランスフェリンの両方を投与した細胞では、細胞活動に対するより顕著な阻害が認められました。[100]

抗がん剤として試験・使用されているもう一つの特定の元素はランタン、より具体的には塩化ランタン（LaCl 3）である。ランタンイオンは、細胞周期を通して細胞内のlet-7aとマイクロRNA miR-34aのレベルに影響を与えるために使用される。ランタンイオンを生体内または試験管内で細胞に導入すると、癌細胞（特に子宮頸癌細胞）の急速な増殖が抑制され、アポトーシスが誘導された。この効果は、ランタンイオンによるlet-7aとマイクロRNAの調節によって引き起こされた。[103]この効果のメカニズムはまだ不明であるが、ランタンがセリウムと同様に作用し、癌細胞の増殖に必要なリガンドに結合する可能性がある。

磁気共鳴画像法（MRI）の分野では、ガドリニウムを含む化合物が広く利用されています。

生物学的影響

ランタノイドは地殻中にまばらに分布し、水溶性が低いため、生物圏での利用可能性は低く、長い間、自然に生物学的分子の一部を形成することは知られていなかった。2007年、ランタノイドを酵素補因子として厳密に使用する新しいメタノール脱水素酵素が、ヴェルコミクロビオタ門の細菌、メチルアシディフィラム・フマリオリカムで発見された。この細菌は、環境中にランタノイドが存在する場合にのみ生存することが判明した。[104]他のほとんどの非食物元素と比較して、非放射性ランタノイドは毒性が低いと分類されている。[91]同じ栄養要件は、メチロールブルム・エクストルケンスとメチロバクテリウム・ラジオトレランスでも観察されている。

参照

注記

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引用元

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  • エリック・セリ、2007年、『周期表：その歴史と意義』オックスフォード大学出版局、ニューヨーク、ISBN 9780195305739
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