酸化ランタン(III)

酸化[ランタン]：特性、構造、用途

酸化[ランタン]（化学式：La₂O₃）は、希土類元素の一つであるランタンと酸素からなる無機化合物です。白色の無臭粉末で、水には溶けません。しかし、希酸には溶解し、pHによって異なる結晶構造を示すことが知られています。

物理的・化学的性質

酸化[ランタン]は吸湿性があり、空気中に放置すると水分を吸収して水酸化ランタンに変化します。p型半導体の性質を示し、バンドギャップは約5.8 eVです。室温における抵抗率は10 kΩ・cm程度で、温度上昇に伴って低下します。注目すべきは、希土類酸化物の中でも最も低い格子エネルギーと、非常に高い比誘電率（約27）を持つ点です。

結晶構造

酸化[ランタン]の結晶構造は温度によって変化します。低温では六方晶系（A-M₂O₃型）の構造をとり、ランタンイオン(La³⁺)は酸素イオン(O²⁻)7個に囲まれた配位構造を形成します。高温になると、立方晶系（C-M₂O₃型）に転移し、ランタンイオンは6個の酸素イオンに囲まれます。

歴史と元素発見

酸化[ランタン]は、[ガドリン石]]の分析・分解を通じて発見された複数の希土類元素の発見に繋がりました。ガドリン石の分析から、セリウム、ランタン、イットリウム、エルビウム、テルビウムなどが順次発見されました。これらの元素の多くは、19世紀にカール・グスタフ・モサンダーによって分離・同定されました。 具体的には、[[セリウム]、[ランタン]、[エルビウム]、[テルビウム]、[イットリウム]、[イッテルビウム]、[ホルミウム]、[ツリウム]、[スカンジウム]、[プラセオジム]、[ネオジム]、[ジスプロシウム]などです。

合成方法

酸化[ランタン]は様々な方法で合成できます。例えば、塩化[ランタン][水]]溶液を加水分解・脱水させる方法や、硫化ランタン]と二酸化炭素を反応させる方法などがあります。六方晶系の酸化[ランタン]を得るには、塩化[ランタン]溶液を基板上に噴霧し、加[水分解と脱水の2段階を経て生成する方法が用いられます。また、水酸化[[ランタン]を沈殿させ、加熱することで酸化[ランタン]を得る方法も知られています。

化学的反応と用途

酸化[ランタン]は、様々な化学反応に関与します。例えば、特定の強誘電体材料（例：LaドープBi₄Ti₃O₁₂）の添加剤として利用され、光学材料にも使用されています。光学ガラスへの添加は、ガラスの屈折率、化学的耐久性、機械的強度を向上させる効果があります。

具体的な用途としては、光学ガラスの製造、圧電材料・熱電材料の原料、自動車の排気ガス浄化触媒、X線イメージング増感スクリーン、蛍光体、絶縁体・導電性セラミックなどがあります。また、メタンの酸化カップリング反応の研究にも用いられています。さらに、La2O3膜は、化学気相成長法、原子層堆積法、熱酸化法、スパッタリング法、噴霧熱分解法など様々な方法で作成でき、その膜厚や結晶構造を制御することで、様々な用途への応用が期待されています。

近年では、ガスタングステンアーク溶接（TIG溶接）において、トリウムを含んだ電極の代替として、La2O3タングステン電極が注目されています。これは、トリウムの放射能に関する安全性の懸念を解消するためです。

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