ランタノイド

1世紀にわたる分離の歴史

ランタノイドの物語は、1787年、ストックホルム近郊のイッテルビーにある採石場で見つかった黒い石から始まる。1794年、ヨハン・ガドリンがその中に新しい土を発見した。その後120年をかけて、化学者たちはこの土と、セリアと呼ばれる別の土が、ほぼ見分けのつかない十数種類の元素の混合物であることを突き止めていった。

分離するには、同じ物質を何百回、何千回と溶かしては再結晶させる必要があり、1回ごとにひとつの元素がわずかに濃縮されるだけだった。発見が主張された多くの「元素」が、のちに混合物だと判明した。ランタノイドがいくつあるべきかを化学者が正確に言えるようになったのは、1913年のヘンリー・モーズリーによるX線の研究以降のことである。

なぜこれほど似ているのか

ランタンからルテチウムへ進むにつれて、新しい電子は4f副殻に入っていく。4f副殻は外側の電子の下、原子の奥深くに埋もれている。化学的なふるまいを決める外側の電子はほとんど変わらないため、ランタノイドはほぼ同じようにふるまい、ほとんどすべてが3価の陽イオンになる。

とはいえ、4f電子がまったく影響しないわけではない。4f電子は多くのランタノイドイオンに鋭い色と強い磁性を与え、また系列を進むにつれて原子をわずかに小さくする。ランタノイド収縮と呼ばれるこの効果は、その下に位置する元素の化学にも影響を及ぼしている。

現代技術のなかの希土類

その名前とは裏腹に、希土類の多くは希少ではない。セリウムは銅とほぼ同じくらいありふれている。「希」というのは、散らばって存在するため濃縮や精製が難しいという意味である。今日、希土類は現代技術に欠かせない存在となっている。

• ネオジム（ジスプロシウムと組み合わせて）：電気自動車のモーター、風力タービン、ヘッドホンに使われる最強の永久磁石
• ユウロピウムとテルビウム：ディスプレイや省エネランプの赤色・緑色の蛍光体
• エルビウム：インターネットを支える光ファイバーケーブルの増幅器
• セリウム：ガラスの研磨、触媒コンバーター
• ガドリニウム：MRI検査の造影剤

採掘と供給

世界の希土類の大部分は中国で採掘・処理されており、多くの国にとって戦略上の懸念となっている。採掘によって放射性のトリウムやウランの残渣が生じることもあり、環境面と供給面の両方のリスクを減らすため、新たな供給源やリサイクル技術の開発が進められている。