ランタンは主にs過程（遅い中性子捕獲）によって、漸近巨星分枝（AGB）星で生成されます。ランタンはランタノイド系列（希土類元素）の最初の元素であり、その合成は4f電子殻の充填の始まりを示します。また、ランタンはr過程（速い中性子捕獲）によっても、超新星や中性子星の合体などの爆発的なイベントで大量に生成されます。太陽系におけるランタンの存在量に対するs過程とr過程の相対的な寄与は、約70％がs過程、30％がr過程であり、核合成の条件を追跡するのに適した元素です。
ランタンの宇宙存在量は、水素の原子数に対して約2.0×10⁻¹¹倍であり、金や白金などの重元素よりもはるかに多く、鉄よりは少ないです。ランタンは、セリウムやネオジムとともに、最も豊富な希土類元素の一つです。ランタンの存在は、恒星スペクトル中で希土類元素の存在量や金属量を決定するために使用され、特にs過程で生成された元素に富む古い恒星で重要です。
地球科学において、ランタンを基準とした希土類元素の存在比は、強力な診断ツールです。「希土類元素のスペクトル」（コンドライト正規化図）は、部分溶融、分別結晶化、隕石の風化などの地質学的プロセスを明らかにします。ランタンは最も軽い希土類元素であり、他の重い希土類元素よりもマグマ液を好む（不適合）性質が強いです。この系統的な変化により、岩石や惑星の歴史を追跡することができます。
コンドライト隕石は太陽系の原始的な構成要素と考えられており、ランタンを基準とした希土類元素の存在量は太陽とほぼ同じです。一部の分化隕石（例えばユークライト）における希土類元素の異常は、初期の惑星分化プロセスを示しています。バリウムとランタンの同位体研究は、太陽系前の核合成の年代を理解するのにも役立ちます。
ランタンの名前は、古代ギリシャ語の動詞λανθάνω（lanthánō、「隠れる、注目されない」）に由来します。この名前は、1839年にランタンを発見したカール・グスタフ・モサンダーによって選ばれました。ランタンはセリウム鉱石（セライト）の中に「隠れて」おり、セリウムが既に抽出されていたため、分離が難しかったからです。この名前は、化学的に非常に似ている希土類元素を分離することの歴史的な難しさを反映しています。
1839年、スウェーデンの化学者カール・グスタフ・モサンダー（1797-1858）は、純粋と思われていたセリウム酸化物を研究していました。希薄な酸でセリウム硝酸塩を処理し加熱することで、新しい土色の酸化物を得ました。これを「ランタナ」と名付け、ランタンを単離しました。同時に、「当時のセリウム」が実際にはセリウムとランタンの少なくとも2つの元素の混合物であることを発見しました。この発見は、希土類元素の系統的な分離の始まりを示しました。
純粋なランタン金属の単離は、その高い反応性と他の希土類元素との類似性のため、困難な作業でした。比較的純粋な金属は、1923年にH. KremersとR. Stevensによって、塩化物の溶融混合物の電気分解によって初めて生産されました。20世紀半ばにイオン交換と溶媒抽出技術が開発されるまで、高純度のランタンの工業的生産は実現しませんでした。
ランタンは天然の単体として存在しません。多くの希土類鉱物に含まれており、主な鉱物は以下の通りです：
主な生産国は、中国（生産と精製を圧倒的にリード）、アメリカ合衆国（マウンテンパス鉱山）、オーストラリア、ロシアです。年間生産量は数万トン（酸化物換算）の規模です。「希土類」に分類されていますが、ランタンは地殻中に比較的豊富に存在し（約35 ppm）、鉛やスズよりも多いです。価格は希土類の中では中程度ですが、中国の輸出政策や技術的需要によって変動します。
ランタン（記号La、原子番号57）は内部遷移元素であり、伝統的に周期表でランタノイド系列（希土類元素）の最初の元素として配置されていますが、その電子配置には4f電子がありません（このサブシェルは空です）。スカンジウムとイットリウムとともに第3族に属します。ランタンの原子は57個の陽子、通常82個の中性子（安定同位体 \(^{139}\mathrm{La}\) の場合）、および電子配置 [Xe] 5d¹ 6s² の57個の電子を持ちます。この配置は、5d電子を持つことで、4fサブシェルを満たす後のランタノイドと区別されます。
ランタンは銀白色の、展性・延性に富み、比較的柔らかい金属です。非常に反応性が高く、空気中で速やかに酸化します。
ランタンの融点は918 °C（1191 K）、沸点は3464 °C（3737 K）です。ランタンは2つの同素体を持ちます：α型（二重六方最密充填）は310 °Cまで安定、β型（面心立方）は310 °Cから融点まで安定です。この変態は、機械的および電気的性質に影響を与えます。
ランタンは非常に電気陽性で反応性の高い金属であり、アルカリ土類金属に似ています。空気中で速やかに酸化してLa₂O₃を形成します。水（冷水でも）と反応して水素を発生し、La(OH)₃を形成します。ほとんどの希薄な無機酸（HCl、H₂SO₄、HNO₃）に容易に溶解し、対応するLa³⁺塩を形成し、水素を発生します（HNO₃の場合は窒素酸化物が生成される）。
密度：6.162 g/cm³。
融点：1191 K（918 °C）。
沸点：3737 K（3464 °C）。
結晶構造（20 °C）：二重六方最密充填（DH）。
主な酸化状態：+3。
電子配置：[Xe] 5d¹ 6s²。
| 同位体 / 記号 | 陽子 (Z) | 中性子 (N) | 原子質量 (u) | 天然存在比 | 半減期 / 安定性 | 崩壊 / 備考 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ランタン-138 — \(^{138}\mathrm{La}\) | 57 | 81 | 137.907112 u | ≈ 0.090 % | 1.02×10¹¹ 年 | 原始放射性同位体。電子捕獲（66%）により \(^{138}\mathrm{Ba}\) に、β⁻崩壊（34%）により \(^{138}\mathrm{Ce}\) に崩壊する。La-BaおよびLa-Ce地球化学年代測定に使用される。 |
| ランタン-139 — \(^{139}\mathrm{La}\) | 57 | 82 | 138.906353 u | ≈ 99.910 % | 安定 | 安定かつ主要な同位体。天然のランタンのほとんどを占める。同位体測定の基準として使用される。 |
注記：
電子殻： 電子が原子核の周りにどのように配置されているか。
ランタンは57個の電子を6つの電子殻に持っています。その電子配置 [Xe] 5d¹ 6s² は特異な点があります：4fサブシェルは空（0電子）であり、1つの電子が5dサブシェルを占め、2つの電子が6s殻にあります。これはK(2) L(8) M(18) N(18) O(9) P(2)とも書け、完全な形式では1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 5d¹ 6s²となります。この非典型的な配置（5d¹ではなく4f¹）により、ランタンはランタノイドの中で特殊な位置を占めます。
K殻 (n=1)：2個の電子（1s²）。
L殻 (n=2)：8個の電子（2s² 2p⁶）。
M殻 (n=3)：18個の電子（3s² 3p⁶ 3d¹⁰）。
N殻 (n=4)：18個の電子（4s² 4p⁶ 4d¹⁰）。4fサブシェルは空。
O殻 (n=5)：9個の電子（5s² 5p⁶ 5d¹）。
P殻 (n=6)：2個の電子（6s²）。
ランタンは3個の価電子を持ちます：6s²の2個の電子と5d¹の1個の電子です。ランタンはこれら3個の電子を容易に失い、キセノン（Xe）の安定した電子配置に達します。これにより、ランタンの唯一で非常に安定した酸化状態は+3（La³⁺）となります。La³⁺イオンは無色（f電子がないため）で、大きなイオン半径を持ち、配位化学や地球化学的挙動（強い不適合性）に強く影響します。
一部のランタノイドとは異なり、ランタンは実質的に+2または+4の酸化状態を示しません。La²⁺（4f¹）またはLa⁴⁺（4f⁻¹）の配置は非常に不安定だからです。そのため、ランタンの化学は三価のカチオンLa³⁺によって支配され、典型的なイオン化合物（酸化物、水酸化物、ハロゲン化物、塩）を形成します。
ランタン金属は室温で空気中で速やかに酸化し、La₂O₃の層を形成します。加熱すると、同じ酸化物を形成するために激しく燃焼します：4La + 3O₂ → 2La₂O₃。La₂O₃は白色の塩基性酸化物で、水と反応してLa(OH)₃を形成し、空気中の二酸化炭素を容易に吸収して炭酸塩を形成します。
ランタンは冷水と反応し、温水との反応はさらに速く、水素を発生させ不溶性のLa(OH)₃を形成します：2La + 6H₂O → 2La(OH)₃ + 3H₂。ランタンは希薄な無機酸（HCl、H₂SO₄、HNO₃）に速やかに溶解し、対応するLa³⁺塩を形成し、水素を発生します（HNO₃の場合は窒素酸化物が生成される）。
ランタンはすべてのハロゲンと反応して三ハロゲン化物を形成します：2La + 3X₂ → 2LaX₃（X = F, Cl, Br, I）。フッ化ランタンLaF₃は特に水に不溶です。ランタンは高温で窒素と反応してLaNを形成し、炭素と反応してLaC₂を形成し、硫黄と反応してLa₂S₃を形成し、水素と反応してLaH₂/LaH₃を形成します。
これはランタンの最大の応用です。酸化ランタン（La₂O₃）は、精製所の流動接触分解（FCC）ユニットで使用されるゼオライト（Y型ゼオライト）に添加されます。その役割は二つあります：
ランタンがなければ、石油精製の効率は大幅に低下します。
ランタンを基とした合金（LaNi₅型またはより複雑な希土類合金、「ミシュメタル」）は、NiMH電池の負極（アノード）材料を構成します。これらの合金は、大量の水素を可逆的に吸蔵・放出します。NiMH電池は、Ni-Cd電池よりも安全で環境に優しく、ハイブリッド車（トヨタ・プリウスなど）、コードレス工具、電子機器に搭載されてきました。多くの分野でリチウムイオン電池に置き換えられていますが、一部の応用では依然として重要です。
LaNi₅合金は、その水素吸蔵能力から固体水素貯蔵のために研究されています。また、酸化ランタンは、メタンやバイオ燃料の水蒸気改質による水素生産用触媒の構成要素です。
酸化ランタン（La₂O₃）は、「高希土類含有ガラス」または「ランタンガラス」と呼ばれる特殊な光学ガラスの重要な成分です。これらのガラスは、非常に高い屈折率と低い分散（アッベ数）を持ちます。これらの特性により、高性能で軽量・コンパクトな対物レンズを製造でき、色収差を補正します。プロフェッショナルカメラのレンズ、望遠鏡、顕微鏡、フォトリソグラフィー装置に使用されています。
セリウムドープランタンブロミド（LaBr₃:Ce）は、革新的なシンチレータ材料です。ガンマ線やX線を可視光に変換し、非常に高いエネルギー分解能を持ち、従来のシンチレーター（NaI:Tl）を大きく上回ります。放射性物質の検出（セキュリティ、地球物理学）、医療画像、核物理学に使用されています。
ランタンチタネート（La₂Ti₂O₇）および関連材料は、強誘電体または圧電体としての興味深い特性を持ち、コンデンサー、センサー、不揮発性メモリに使用されます。
ミシュメタル（ドイツ語の「Mischmetall」、「混合金属」に由来）は、天然の希土類合金で、通常セリウム約50％、ランタン25-40％、ネオジム10-15％、および他の希土類元素と鉄の少量を含みます。これは希土類精製の経済的な副産物です。ランタンは、展性と発火性に寄与します。
ランタンおよびその化合物は、低から中程度の毒性を持つと考えられており、特に他の重金属と比較して低いです。しかし：
金属自体は微細粉末状態で発火性があり、不活性雰囲気下で取り扱う必要があります。
ランタンは自然環境中に低濃度で存在します。希土類鉱物の採掘と精製は、ランタンや他の元素を含む廃棄物（鉱山廃棄物、処理汚泥）を生成する可能性があり、モナザイトなどの鉱物に関連する天然の放射性（トリウム、ウラン）を含むことがあります。これらの廃棄物の管理は重要な環境課題です。ランタンは、土壌中での移動性が低く、毒性も低いため、主要な汚染物質とは見なされていません。
ランタンの使用が増加するにつれ、リサイクルが重要になってきています。主なリサイクル源は以下の通りです：
リサイクルは技術的には可能（水冶金プロセスによる）ですが、収集、ロジスティクス、経済的な収益性の変動によってしばしば妨げられます。
ランタンはエネルギー転換において戦略的な元素であり続けます：
主な課題は、中国以外からの供給源の多様化、利用効率の向上、堅牢なリサイクルルートの開発です。
原子のすべての形：古代の直感から量子力学まで 
核種の半減期：放射能と年代測定への影響 
元素周期表：歴史と構成 
なぜ生命は酸素にこれほど依存しているのか？ 
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リチウム (Li, Z = 3)：現代バッテリーの鍵となる元素 
ベリリウム (Be, Z = 4)：希少で優れた特性を持つ金属 
ホウ素 (B, Z = 5)：材料科学の鍵となる元素 
炭素
(C, Z = 6)：生命の元素 
窒素 (N, Z = 7)：大気中に豊富に存在する元素 
酸素 (O, Z = 8)：生命の中心となる元素 
フッ素 (F, Z = 9)：反応性の高い必須元素 
ネオン (Ne, Z = 10)：希ガスの貴族元素 
ナトリウム (Na, Z = 11)：反応性の高い多目的元素 
マグネシウム (Mg, Z = 12)：生物学と産業に不可欠な元素 
アルミニウム (Al, Z = 13)：軽量で多目的な元素 
ケイ素 (Si, Z = 14)：地球と現代技術の鍵となる元素 
リン (P, Z = 15)：生命に不可欠な基本元素 
硫黄 (S, Z = 16)：生命と産業に不可欠な元素 
塩素 (Cl, Z = 17)：化学産業と消毒の鍵となる元素 
アルゴン (Ar, Z = 18)：大気中の貴族元素 
