Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
家 » ランタニド収縮

ランタニド収縮

1925
  • Victor Goldschmidt
Laboratory experiment on lanthanide elements in inorganic chemistry.

(画像はイメージです)

ランタノイド収縮とは、ランタノイド元素(ランタンからルテチウムまで)の原子半径およびイオン半径が原子番号の増加に伴って着実に減少する現象である。この現象は、4f電子による原子核電荷の遮蔽効果が低いことに起因する。その結果、ランタノイドに続く第6周期元素は、第5周期元素と同様に、予想外に小さくなる。

ランタノイド収縮は、fブロック元素の周期的な傾向を説明する無機化学の基本概念です。セリウムからルテチウムへとランタノイド系列を進むにつれて、原子核に陽子が1個、4f副殻に電子が1個ずつ追加されます。4f軌道は大きく拡散しているため、原子核の正電荷の増加から外殻価電子(5d軌道と6s軌道)を遮蔽する能力が非常に低くなります。その結果、これらの外殻電子が受ける実効的な核電荷は系列全体にわたって著しく増加します。この強い引力によって価電子は原子核に引き寄せられ、原子半径とイオン半径の両方が徐々に減少します。

この収縮は、周期表でランタノイドに続く元素(ハフニウム、タンタル、タングステンなどの第6周期遷移金属)の化学に大きな影響を与えます。ランタノイド系列全体にわたる原子サイズの減少は、第5周期から第6周期へ族を下がる際に予想される原子サイズの増加をほぼ完全に相殺します。その結果、ハフニウムの原子半径(159 pm)は、そのすぐ上の元素であるジルコニウム(160 pm)とほぼ同じになります。このサイズと電子配置の類似性により、これらの元素の化学的性質は驚くほど似通っており、自然界で共存することが多く、分離が化学において最も困難なものの1つとなっています。ニオブ/タンタルやモリブデン/タングステンなどのペアでも同様の効果が見られます。さらに、有効核電荷の増加と原子サイズの縮小は、ランタノイド以降の元素の高密度と高いイオン化エネルギーに寄与しています。

UNESCO Nomenclature: 2206
無機化学

タイプ

化学的性質

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ボーアの原子模型の発展
  • ランタノイド元素の発見
  • 量子力学と原子軌道理論の定式化
  • モーズリーの法則:原子番号とX線スペクトルの関係

アプリケーション

  • ランタニド同士の化学的分離
  • ジルコニウムとハフニウムの化学的性質が極めて類似しているため、分離が難しいことを説明している。
  • 金やプラチナなどのポストランタノイド元素の高密度化に寄与する
  • influences the coordination chemistry and catalytic activity of lanthanide compounds

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • designing novel 触媒 by exploiting the subtle size differences in lanthanide ions
  • developing advanced separation techniques based on size-selective chelation agents
  • creating new alloys with tailored densities by mixing post-lanthanide elements
  • engineering phosphors where emission wavelength is fine-tuned by the lanthanide ion’s environment, influenced by its size
  • developing high-permittivity dielectrics using hafnium oxide, whose properties are a consequence of the contraction
  • creating size-specific drug delivery nanoparticles using lanthanide-doped materials
  • designing new contrast agents for mri with enhanced relaxivity based on lanthanide ion size
  • developing advanced solid-state electrolytes for batteries where ion mobility is controlled by lattice spacing, influenced by lanthanide doping
  • creating new scintillators for radiation detection with optimized light output based on host lattice and lanthanide ion size
  • synthesizing single-molecule magnets where the magnetic anisotropy is tuned by the lanthanide ion’s coordination environment, which is size-dependent
関連キーワード:ランタニド収縮、原子半径、fブロック、遮蔽効果、ランタニド、周期律、地球化学、ジルコニウム、ハフニウム、ビクター・ゴールドシュミット。

歴史的背景

ランタニド収縮

1921
1924
1924
1925
1926
1927
1927
1921
1922
1924
1925
1926
1926
1927
1927

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

フルサイズの画像とダウンロードは、登録会員のみが100%無料で利用できます。