ランタノイドとアクチノイドが周期表の下にあるのはなぜ？

本来の位置

第6周期の原子番号をたどってみましょう。セシウム（55）、バリウム（56）の次は、ハフニウム（72）へ飛びます。この隙間を、ランタン（57）からルテチウム（71）までの15元素が埋めます。第7周期にも、ラジウム（88）とラザホージウム（104）の間に同じ隙間があり、アクチニウム（89）からローレンシウム（103）までの15元素が埋めます。

多くの周期表では、第3族のその位置に「57〜71」や「89〜103」と書かれた目印が置かれています。この2つの行を所定の位置に入れると、第6周期と第7周期はそれぞれ32元素になり、表は18列ではなく32列になります。この幅の広い配置は、長周期型、または32列の周期表とよばれます。

fブロック

ランタノイドとアクチノイドはfブロックを構成します。これらの行では、電子は主に、最外殻より2つ内側の殻のf副殻に加わります。ランタノイドでは4f、アクチノイドでは5fです。f副殻には14個の電子が入るので、fブロックの幅は14列です。

各行には15元素が並び、fブロックの14列より1つ多くなっています。これは、ランタンとルテチウムのどちらもランタノイドに、アクチニウムとローレンシウムのどちらもアクチノイドに数えられる一方で、各組のうち本当に第3族に属するのは片方だけだからです。それがどちらの組であるべきかは、化学者のあいだでまだ議論されています。

加わる電子が原子のとても深いところにあるため、最外殻の電子は各行を通してほとんど変わりません。ランタノイドはすべて 6s² で終わり、たとえばネオジムは [Xe] 4f⁴ 6s² です。そのため、ランタノイドは化学的に互いにとてもよく似ていて、分離するのが非常に困難です。

ランタノイド

ランタノイドは、スカンジウムとイットリウムとあわせて、レアアース（希土類元素）とよばれることがよくあります。名前に反して、ほとんどは地殻に特別に少ないわけではなく、広く散らばっていて互いに分離しにくいのです。

ほとんどはやわらかく銀白色の金属で、ふつう+3のイオンになります。多くが現代の技術に欠かせません。ネオジムはモーター、ヘッドホン、風力タービン用の強力な永久磁石に、サマリウムは耐熱性のサマリウム–コバルト磁石に、ユウロピウムは画面やランプの蛍光体に、ガドリニウムはMRI検査の造影剤に使われます。系列を通して原子はわずかに小さくなり、このサイトのデータでは、ランタンの240 pmからルテチウムの221 pmまで縮みます。この効果をランタノイド収縮といいます。

アクチノイド

アクチノイドはすべて放射性です。自然界に多量に存在するのはトリウムとウランだけです。アクチニウムとプロトアクチニウムはウランやトリウムの鉱石中にごく微量存在し、ネプツニウムとプルトニウムも微量ありますが、ウランより後の元素はほとんどすべて、原子炉や粒子加速器でつくられます。

ウランとプルトニウムは原子力の燃料で、アメリシウム241は多くの家庭用煙感知器に使われています。アクチノイドは、ランタノイドよりも幅広い電荷を示します。たとえばウランは+3、+4、+5、+6になりえます。ノーベリウムやローレンシウムなどの最も重いアクチノイドは、ごく微量しかつくられたことがありません。

周期表での読み方

ランタノイドやアクチノイドを調べるときは、下の行に印刷されていても、周期は6か7であることを覚えておきましょう。ネオジム（60）は第6周期、ウラン（92）は第7周期です。fブロックの列は番号のついた18の族に含まれないため、多くの周期表ではこれらの元素の族番号が空欄になっています。

範囲を覚える簡単な方法があります。ランタノイドの行はバリウム（56）の直後から、アクチノイドの行はラジウム（88）の直後から始まります。バリウムとラジウムは、それぞれの列の下にある第2族の金属です。