地球と人と
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Essay■ 6_91 ランタノイド:レアアース2
Letter■ 分析・2学期制
Words ■ 北海道も暑くなってきました。


(2011.07.28)
  レアアースの中で、ランタノイドと呼ばれる元素群は、化学的性質が似ています。ランタノイドは大局的な挙動は似ているのですが、少しの性質の違いが、トレーサーとして利用されています。ランタノイドについて紹介します。


Essay■ 6_91 ランタノイド:レアアース2

 レアアース(希土類元素)は、地球では稀な元素です。前回は、自然界でそのような状態で産出(産状)するのかを示しました。
  21世紀にはいろいろな分野で利用されているのですが、工業的に利用されるようになってきたのは、20世紀後半からです。その時の主な産地はアメリカ合衆国でした。1980年代になって中国でも産出が始まり、現在では、90%以上を占めるようになってきました。日本を中心として急激な需要があるのですが、中国の埋蔵量も限りあることと、政治的な問題もあるために、新たな供給元の開発が模索されています。
  レアアースの需要がなぜあるのかを考えるために、その化学的性質をまずは、みていきましょう。元素の性質を考えるときは、周期律表を参照することが、まずはスタートとなります。
  レアアースは、周期律表では、左から3列目(第3族と呼ばれている)にある元素で、4行目(第4周期と呼びます)からスタートしています。同じ列にある元素は、似た化学的挙動をします。
  レアアースは、4行目のスカンジウム(Sc、原子番号21、第4周期)から始まり、イットリウム(Y、原子番号39、第5周期)に次いで、6行目(第6周期)にある15個の元素群です。ひとつの元素占めるべき位置に、15個の元素が入っていて、ランタノイドと呼ばれています。スカンジウム、イットリウム、そして15個のランタノイドをあわせて17種の元素を、レアアースと呼んでいます。
  第7周期でもランタノイドと同じように15個の元素群があり、アクチノイドと呼ばれていますが、レアアースとはされていません。
  ランタニドを羅列しておきますと、次のようになります。

元素番号 名称      元素記号
  57   ランタン     La
  58   セリウム     Ce
  59   プラセオジム   Pr
  60   ネオジム     Nd
  61   プロメチウム   Pm
  62   サマリウム    Sm
  63   ユウロピウム   Eu
  64   ガドリニウム   Gd
  65   テルビウム    Tb
  66   ジスプロシウム Dy
  67   ホルミウム   Ho
  68   エルビウム    Er
  69   ツリウム    Tm
  70   イッテルビウム  Yb
  71   ルテチウム    Lu

 ランタニドは、周期律表で同じ枠(第3族、第6周期)の位置あるため、化学的に似た性質をもっています。
  元素の性質を決める上で外側の電子の数や状態が重要になります。電子は、原子核の周りをめぐる軌道があり、軌道毎にめぐる電子の数が決まっています。ただしすべて偶数です。原子番号の小さいものでは、電子は内側の軌道から満たしていきます。原子番号が大きくなると外側にも電子が満たされていきます。
  ランタノイドは、外側の軌道(5d軌道と6s軌道と呼ばれるもの)には、3個の電子が常に入っている状態になっています。そして、より内側の4fと呼ばれる軌道に、順番に電子が入ってきます。4f軌道には14個の電子が入ります。4f軌道に入る電子の数(0個から14個まで)だけ同じ軌道に収まるので、ランタノイドという似た15種の元素群ができるのです。アクチノイドも同じ仕組です。
  そして、いちばん外側に3個の電子があるため、原子価は+3になり、性質が似てきます。ランタノイド全体として似た挙動になり、挙動を伴にすることが多くなります。ただし、元素によっては、化学的状態によっては、+2価(Sm、Eu、Yb)や+4価(Ce、Pr、Tb)価になることもあります。そのような原子価の違いが、元素ごとの挙動を違ったものとするため、化学的状態の読み取るためのトレーサーとして利用されてきました。
  ではレアアースは、現代の工業において、どのような利用をされているのかを、次回見ていきましょう。


Letter■ 分析・2学期制 

・分析・
私はランタノイドの一連の分析はしたことがありません。
しかし、年代測定に利用するために、
ネオジムとサマリウムの2つの元素は
精度良く分析していました。
ただ、2つの元素では、ランタノイドとしての
挙動を吟味することは少々乱暴なので
単純に年代測定として利用していました。
しかし、レアアースである
スカンジウムやイットリウムは分析をして
その化学的性質を利用して、
議論に使っていました。

・2学期制・
いよいよ7月も終わろうとしています。
多くの学校は夏休みになったことでしょう。
我が家の子供達も夏休みにはいりました。
長男の中学校は2学期制、
次男の小学校も来年度から2学期制を導入するそうです。
多くの2学期制では、9月に学期の境目がきます。
私のいる大学も実は
2学期制(セメスターと呼んでいます)になっています。
しかし、大学の前期では、
8月までに講義や試験をして終わらせてしまいます。
その分、前期の終わりがきつくなってしまいます。
そこまでして、夏休みに終わらせることに
こだわる必要はあるのでしょうか。
いろいろ理由はあるのでしょうが、
制度を変えるのはなかなか大変なので
とりあえず私は静観でしょうか。


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