แลนทานอยด์ ( / ˈ l æ n θ ə n aɪ d / ) คือ ธาตุโลหะ 15 ชนิดที่มีเลขอะตอม 57–71 ตั้งแต่แลนทานัมถึงลูเทเซียมในตารางธาตุ ธาตุ 14 ตัวแรก (จนถึงอิตเตอร์เบียม ) บรรจุอยู่ในออร์บิทัล 4f ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}ลูเทเซียม (ธาตุที่ 71) มักถูกพิจารณาว่าเป็นแลนทานอยด์เช่นกัน แม้ว่าจะเป็นธาตุในบล็อก dและเป็นโลหะทรานซิชันก็ตาม IUPACระบุธาตุทั้ง 15 ชนิด ได้แก่ La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu ภายใต้ชื่อรวมว่าแลนทานอยด์ ( / ˈ l æ n θ ə n ɔɪ d / ) ซึ่งแนะนำว่าเป็นชื่อที่ถูกต้องทางเคมีมากกว่าสำหรับอนุกรมนี้^{[ 4 ]}

สัญลักษณ์ทางเคมีที่ไม่เป็นทางการLnใช้ในการอภิปรายทั่วไปเกี่ยวกับเคมีของแลนทานัมเพื่ออ้างถึงแลนทานัมใดๆ^{[ 5 ]}แลนทานัมทั้งหมด ยกเว้นหนึ่งตัว เป็น ธาตุ ในบล็อก fซึ่งสอดคล้องกับการเติมเปลือกอิเล็กตรอน 4f ลูเทเซียมเป็นธาตุในบล็อก d (ดังนั้นจึงเป็นโลหะทรานซิชันด้วย) [ 6 ] [ 7 ] และบนพื้นฐานนี้ การรวมลูเทเซียมจึงถูก^{ตั้งคำถามอย่างไรก็ตามเช่นเดียวกับ}ธาตุในกลุ่มเดียวกันอย่างสแกนเดียมและอิตเทรียมในกลุ่มที่ 3 ลูเทเซียมมีพฤติกรรมคล้ายกับธาตุอื่นๆ อีก 14 ตัว คำว่าธาตุหายากหรือโลหะหายากมักใช้เพื่อรวมธาตุในกลุ่มที่ 3 ที่เสถียร ได้แก่ Sc, Y และ Lu นอกเหนือจากธาตุ 4f ^{[ 8 ]}ธาตุแลนทานัมทั้งหมดสร้างแคตไอออนไตรวาเลนต์ Ln ³⁺ซึ่งเคมีส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยรัศมีไอออนซึ่งลดลงอย่างต่อเนื่องจากแลนทานัม (La) ไปจนถึงลูเทเซียม (Lu)

ในการนำเสนอตารางธาตุธาตุในกลุ่ม f มักจะแสดงเป็นสองแถวเพิ่มเติมด้านล่างของตารางหลัก^{[ 1 ]}ธรรมเนียมนี้เป็นเรื่องของสุนทรียศาสตร์และความสะดวกในการจัดรูปแบบโดยสิ้นเชิง ตารางธาตุแบบกว้างที่ใช้ไม่บ่อยนักจะแทรกอนุกรม 4f และ 5f ไว้ในตำแหน่งที่เหมาะสม โดยเป็นส่วนหนึ่งของแถวที่หกและเจ็ด (คาบ) ของตารางตามลำดับ

คำว่า "แลนทานอยด์" ถูกนำมาใช้โดยวิกเตอร์ โกลด์ชมิดท์ในปี พ.ศ. 2468 ^{[ 9 ] [ 10 ]}แม้ว่าจะมีอยู่มากมาย แต่คำศัพท์ทางเทคนิค "แลนทานอยด์" ก็ถูกตีความให้สะท้อนถึงความรู้สึกที่คลุมเครือของธาตุเหล่านี้ เนื่องจากมาจากภาษากรีก λανθανειν ( lanthanein ) ซึ่งหมายถึง "ซ่อนเร้น" ^{[ 11 ]}

คำนี้สะท้อนถึงคุณสมบัติของพวกมันที่ "ซ่อน" อยู่หลังกันและกันในแร่ธาตุ คำนี้มาจากแลนทานัมซึ่งถูกค้นพบครั้งแรกในปี พ.ศ. 2381 ในเวลานั้นเรียกว่าธาตุหายากชนิด ใหม่ ที่ "ซ่อนตัวอยู่" หรือ "หลบเลี่ยงการสังเกต" ในแร่ซีเรียม^{[ 12 ]}และเป็นเรื่องที่น่าขันที่แลนทานัมได้รับการระบุในภายหลังว่าเป็นธาตุแรกในชุดธาตุที่มีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายคลึงกันทั้งหมด และตั้งชื่อให้กับชุดธาตุทั้งหมด

ธาตุเหล่านี้เรียกว่าแลนทานอยด์ เนื่องจากธาตุในอนุกรมนี้มีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกับแลนทานัมเนื่องจากคำว่า "แลนทานอยด์" หมายถึง "เหมือนแลนทานัม" จึงมีการโต้แย้งว่าแลนทานัมไม่สามารถเป็นแลนทานอยด์ได้ตามหลักตรรกะ แต่สหภาพเคมีบริสุทธิ์และประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) ยอมรับการรวมแลนทานัมไว้โดยอาศัยการใช้งานทั่วไป^{[ 13 ]} คำแนะนำ ปัจจุบันของ IUPAC คือให้ ใช้ชื่อแลนทานอยด์ แทน แลนทานอยด์เนื่องจากคำต่อท้าย "-ide" นิยมใช้สำหรับไอออน ลบ ในขณะที่คำต่อท้าย "-oid" บ่งบอกถึงความคล้ายคลึงกับสมาชิกตัวใดตัวหนึ่งในตระกูลธาตุที่ประกอบอยู่^{[ 4 ] : IR-3.6} อย่างไรก็ตามแลนทานอยด์ยังคงใช้กันทั่วไป^{[ 13 ]}

คุณสมบัติของแลนทานอยด์เกิดจากลำดับการเติมอิเล็กตรอนในเปลือกของธาตุเหล่านี้ โดยเปลือกนอกสุด (6s) มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเหมือนกันสำหรับธาตุทั้งหมด และเปลือกที่ลึกกว่า (4f) จะถูกเติมอิเล็กตรอนอย่างต่อเนื่องเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้นจาก 57 ไปจนถึง 71 ^{[ 14 ]}เป็นเวลาหลายปีที่ส่วนผสมของธาตุหายากมากกว่าหนึ่งชนิดถูกพิจารณาว่าเป็นธาตุเดี่ยว เช่นนีโอดีเมียมและแพรซีโอดีเมียมถูกคิดว่าเป็นธาตุเดี่ยวไดดีเมียม^{[ 15 ]}ความแตกต่างเล็กน้อยมากในความสามารถในการละลายถูกนำมาใช้ในวิธีการทำให้บริสุทธิ์ด้วยตัวทำละลายและการแลกเปลี่ยนไอออนสำหรับธาตุเหล่านี้ ซึ่งต้องใช้ซ้ำหลายครั้งเพื่อให้ได้โลหะที่บริสุทธิ์ การใช้งานที่หลากหลายของโลหะบริสุทธิ์และสารประกอบของโลหะเหล่านี้สามารถอธิบายได้จากการเปลี่ยนแปลงที่ละเอียดอ่อนและเด่นชัดในคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ ไฟฟ้า แสง และแม่เหล็ก^{[ 14 ]}

คุณสมบัติบางประการของแลนทานอยด์

ธาตุเคมี	ลา	ซี	ปร.	เอ็นดี	พีเอ็ม	สม	ยู	จีดี	วัณโรค	ดาย	โฮ	เออร์	ทม	วายบี	ลู่
เลขอะตอม	57	58	59	60	61	62	63	64	65	66	67	68	69	70	71
ภาพ
ความหนาแน่น (กรัม/ซม³ )	6.162	6.770	6.77	7.01	7.26	7.52	5.244	7.90	8.23	8.540	8.79	9.066	9.32	6.90	9.841
จุดหลอมเหลว (°C)	920	795	935	1024	1042	1072	826	1312	1356	1407	1461	1529	1545	824	1652
จุดเดือด (°C)	3464	3443	3520	3074	3000	ค.ศ. 1794	1529	3273	3230	2567	2720	2868	1950	1196	3402
การจัดเรียงอิเล็กตรอนของอะตอม(ในสถานะแก๊ส)*	5d 1	4f 1 5d 1	4f 3	4f 4	4f 5	4f 6	4f 7	4f 7 5d 1	4f 9	4f 10	4f 11	4f 12	4f 13	4f 14	4f 14 5d 1
โครงตาข่ายโลหะ (RT)	dhcp	เอฟซีซี	dhcp	dhcp	dhcp	**	bcc	เอชซีพี	เอชซีพี	เอชซีพี	เอชซีพี	เอชซีพี	เอชซีพี	เอฟซีซี	เอชซีพี
รัศมีโลหะ (เมตร)	162	181.8	182.4	181.4	183.4	180.4	208.4	180.4	177.3	178.1	176.2	176.1	175.9	193.3	173.8
ค่าความต้านทานจำเพาะที่อุณหภูมิ 25 °C (μΩ·cm)	57–80 20 °C	73	68	64	—ไม่มีข้อมูล	88	90	134	114	57	87	87	79	29	79
ความไวต่อสนามแม่เหล็ก χ mol /10 −6 (cm 3 · mol −1 )	+95.9	+2500 (β)	+5530 (α)	+5930 (α)	—ไม่มีข้อมูล	+1278 (α)	+30900	+185000 (350 K)	+170000 (α)	+98000	+72900	+48000	+24700	+67 (β)	+183

* ระหว่างXe เริ่มต้น และ 6s สุดท้ายมีเปลือกอิเล็กตรอน ^{2 ชั้น}

**ธาตุ Sm มีโครงสร้างแบบอัดแน่นเหมือนกับธาตุแลนทานอยด์ส่วนใหญ่ แต่มีโครงสร้างซ้ำแบบ 9 ชั้นที่ไม่ธรรมดา

Gschneider และ Daane (1988) อธิบายแนวโน้มของจุดหลอมเหลวที่เพิ่มขึ้นตามลำดับ ( แลนทานัม (920 °C) – ลูเทเซียม (1622 °C)) ว่าเกิดจากระดับการผสมของออร์บิทัล 6s, 5d และ 4f เชื่อกันว่าการผสมจะสูงสุดในซีเรียม ซึ่งมีจุดหลอมเหลวต่ำที่สุดในบรรดาโลหะทั้งหมด คือ 795 °C ^{[ 16 ]} โลหะแลนทานัมมีความอ่อนนุ่ม ความแข็งของโลหะจะเพิ่มขึ้นตามลำดับ^{[ 13 ]}ยูโรเปียมมีความโดดเด่น เนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำที่สุดในลำดับที่ 5.24 g/cm³ ^และมีรัศมีโลหะใหญ่ที่สุดในลำดับที่ 208.4 pm สามารถเปรียบเทียบได้กับแบเรียม ซึ่งมีรัศมีโลหะ 222 pm เชื่อกันว่าโลหะนี้มีไอออน Eu²⁺ ขนาดใหญ่กว่า^และมีอิเล็กตรอนเพียงสองตัวในแถบนำไฟฟ้า อิตเตอร์เบียมยังมีรัศมีโลหะขนาดใหญ่ และมีการเสนอคำอธิบายที่คล้ายกัน^{[ 13 ]} ค่าความต้านทานของโลหะแลนทานัมค่อนข้างสูง โดยมีค่าตั้งแต่ 29 ถึง 134 μΩ·cm ค่าเหล่านี้สามารถเปรียบเทียบได้กับตัวนำที่ดี เช่น อะลูมิเนียม ซึ่งมีค่าความต้านทาน 2.655 μΩ·cm ยกเว้น La, Yb และ Lu (ซึ่งไม่มีอิเล็กตรอน f ที่ไม่จับคู่) แลนทานัมมีคุณสมบัติเป็นพาราแมกเนติกอย่างมาก และสิ่งนี้สะท้อนให้เห็นในค่าความไวต่อแม่เหล็กของพวกมัน แกโดลิเนียมจะกลายเป็นเฟอร์โรแมกเนติกที่อุณหภูมิต่ำกว่า 16 °C ( จุดคิวรี ) แลนทานัมที่หนักกว่าอื่นๆ ได้แก่ เทอร์เบียม ไดสโปรเซียม โฮลเมียม เออร์เบียม ทูเลียม และอิตเตอร์เบียม จะกลายเป็นเฟอร์โรแมกเนติกที่อุณหภูมิต่ำกว่ามาก^{[ 17 ]}

* ไม่รวมแกนหลัก [Xe] เริ่มต้น

การเปลี่ยนสถานะ f → f นั้นถูกห้ามโดยสมมาตร (หรือถูกห้ามโดยกฎของลาปอร์ต) ซึ่งเป็นความจริงสำหรับโลหะทรานซิชัน ด้วยเช่นกัน อย่างไรก็ตาม โลหะทรานซิชันสามารถใช้การเชื่อมโยงแบบไวโบรนิกเพื่อฝ่าฝืนกฎนี้ได้ วงโคจรวาเลนซ์ในแลนทานอยด์เกือบทั้งหมดไม่เกิดพันธะ ดังนั้นจึงมีการเชื่อมโยงแบบไวโบรนิกที่มีประสิทธิภาพน้อยมาก ส่งผลให้สเปกตรัมจากการเปลี่ยนสถานะ f → f นั้นอ่อนกว่าและแคบกว่าสเปกตรัมจากการเปลี่ยนสถานะ d → d มาก โดยทั่วไปแล้วสิ่งนี้ทำให้สีของสารประกอบเชิงซ้อนของแลนทานอยด์จางกว่าสีของสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะทรานซิชันมาก

เมื่อพิจารณาธาตุแลนทานอยด์จากซ้ายไปขวาในตารางธาตุวงโคจรอะตอม 4f ทั้งเจ็ด จะค่อยๆ เต็มมากขึ้นเรื่อยๆ (ดูด้านบนและตารางธาตุ § ตารางการจัดเรียงอิเล็กตรอน ) การจัดเรียงอิเล็กตรอนของอะตอมแลนทานอยด์ที่เป็นกลางในสถานะแก๊สส่วนใหญ่คือ [Xe]6s² ^{4fⁿโดย}ที่n น้อยกว่าเลขอะตอมZ อยู่ 56 ข้อยกเว้นคือ La, Ce, Gd และ Lu ซึ่งมี 4fⁿ⁻¹ ^{5d¹ (}ถึงแม้ว่า 4fⁿ ^{จะ เป็นสถานะกระตุ้นระดับต่ำสำหรับ La, Ce และ Gd ก็ตาม สำหรับ Lu เปลือก 4f เต็มแล้ว และอิเล็กตรอนตัวที่สิบห้าไม่มีทางเลือก อื่น}นอกจากเข้าไปอยู่ใน 5d) ยกเว้นลูเทเซียม วงโคจร 4f มีความว่องไวทางเคมีในธาตุแลนทานอยด์ทั้งหมดและก่อให้เกิดความแตกต่างอย่างมากระหว่างเคมีของแลนทานอยด์และเคมีของโลหะทรานซิชันออร์บิทัล 4f แทรกซึมเข้าไปในแกน [Xe] และแยกตัวออกมา ดังนั้นพวกมันจึงไม่ได้มีส่วนร่วมในการสร้างพันธะมากนัก นี่คือเหตุผลว่าทำไมผลของสนามผลึกจึงมีขนาดเล็กและทำไมพวกมันจึงไม่สร้างพันธะ π ^{[ 18 ]}เนื่องจากมีออร์บิทัล 4f เจ็ดออร์บิทัล จำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่จึงอาจสูงถึง 7 ซึ่งทำให้เกิดโมเมนต์แม่เหล็ก ขนาดใหญ่ ที่สังเกตได้ในสารประกอบแลนทานัม

การวัดโมเมนต์แม่เหล็กสามารถใช้ในการตรวจสอบการจัดเรียงอิเล็กตรอน 4f และนี่เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในการให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับพันธะเคมี^{[ 22 ]}การหดตัวของแลนทานัมกล่าวคือ การลดขนาดของไอออน Ln ³⁺จาก La ³⁺ (103 pm) เป็น Lu ³⁺ (86.1 pm) มักอธิบายได้จากการกำบังอิเล็กตรอน 5s และ 5p ที่ไม่ดีของอิเล็กตรอน 4f ^{[ 18 ]}

เคมีของแลนทานอยด์ถูกครอบงำด้วยสถานะออกซิเดชัน +3 และในสารประกอบ Ln ^IIIอิเล็กตรอน 6s และ (โดยปกติ) อิเล็กตรอน 4f หนึ่งตัวจะสูญหายไป และไอออนจะมีโครงสร้าง [Xe]4f ^{( n −1)} [ ^{23 ] ธาตุ}แลนทานอยด์ทั้งหมดแสดงสถานะออกซิเดชัน +3 นอกจากนี้ Ce ³⁺สามารถสูญเสียอิเล็กตรอน f ตัวเดียวเพื่อสร้าง Ce ⁴⁺ที่มีโครงสร้างอิเล็กตรอนที่เสถียรของซีนอน และ Eu ³⁺สามารถรับอิเล็กตรอนเพื่อสร้าง Eu ²⁺ที่มีโครงสร้าง f ⁷ซึ่งมีความเสถียรเพิ่มเติมจากเปลือกที่บรรจุครึ่งหนึ่ง นอกเหนือจาก Ce(IV) และ Eu(II) แล้ว ไม่มีแลนทานอยด์ใดที่เสถียรในสถานะออกซิเดชันอื่นนอกจาก +3 ในสารละลายในน้ำ

ในแง่ของศักยภาพการลด คู่ Ln ^0/3+เกือบจะเหมือนกันสำหรับแลนทานอยด์ทั้งหมด โดยอยู่ในช่วงตั้งแต่ −1.99 (สำหรับ Eu) ถึง −2.35 V (สำหรับ Pr) ดังนั้นโลหะเหล่านี้จึงมีฤทธิ์ลดสูง โดยมีอำนาจการลดที่คล้ายกับโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ เช่น Mg (−2.36 V) ^{[ 13 ]}

พลังงานไอออนไนเซชันของธาตุแลนทานอยด์สามารถนำมาเปรียบเทียบกับอะลูมิเนียมได้ ในกรณีของอะลูมิเนียม ผลรวมของพลังงานไอออนไนเซชันสามตัวแรกคือ 5139 กิโลจูลต่อโม^ลในขณะที่ธาตุแลนทานอยด์มีค่าอยู่ในช่วง 3455 – 4186 กิโลจูลต่อโม^ลซึ่งสอดคล้องกับคุณสมบัติที่ทำปฏิกิริยาได้สูงของธาตุแลนทานอยด์

ผลรวมของพลังงานไอออนไนเซชันสองค่าแรกของยูโรเปียม 1632 kJ·mol ⁻¹สามารถนำมาเปรียบเทียบกับของแบเรียม 1468.1 kJ·mol ⁻¹และพลังงานไอออนไนเซชันค่าที่สามของยูโรเปียมนั้นสูงที่สุดในกลุ่มแลนทานอยด์ ผลรวมของพลังงานไอออนไนเซชันสองค่าแรกของอิตเตอร์เบียมนั้นต่ำเป็นอันดับสองในอนุกรม และพลังงานไอออนไนเซชันค่าที่สามของมันสูงเป็นอันดับสอง พลังงานไอออนไนเซชันค่าที่สามที่สูงของ Eu และ Yb สัมพันธ์กับการเติมครึ่งหนึ่งของ 4f ⁷และการเติมสมบูรณ์ของ 4f ¹⁴ของซับเชลล์ 4f และความเสถียรที่ได้รับจากโครงสร้างดังกล่าวเนื่องจากพลังงานแลกเปลี่ยน^{[ 18 ]}ยูโรเปียมและอิตเตอร์เบียมสร้างสารประกอบคล้ายเกลือกับ Eu ²⁺และ Yb ²⁺ตัวอย่างเช่น ไดไฮไดรด์คล้ายเกลือ^{[ 24 ]}ทั้งยูโรเปียมและอิตเตอร์เบียมละลายในแอมโมเนียเหลว เกิดเป็นสารละลาย Ln ²⁺ (NH ₃ ) _xซึ่งแสดงให้เห็นถึงความคล้ายคลึงกับโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธอีกครั้ง^{[ 13 ]}

ความง่ายในการกำจัดอิเล็กตรอนตัวที่ 4 ในซีเรียมและ (ในระดับที่น้อยกว่าในพราซีโอดีเมียม) บ่งชี้ว่าเหตุใดจึงสามารถเกิดสารประกอบ Ce(IV) และ Pr(IV) ได้ ตัวอย่างเช่น จะเกิด CeO2 แทนที่จะเป็น Ce2O3 _{เมื่อซีเรียม}ทำ_{ปฏิกิริยา} กับออกซิเจน นอกจากนี้ Tb ยังมีสถานะ IV ที่เป็นที่รู้จักกันดี เนื่องจากการกำจัดอิเล็กตรอนตัวที่ 4 ในกรณีนี้จะทำให้เกิด การจัดเรียงอิเล็กตรอน ^4f7ที่เต็มครึ่งหนึ่ง

ค่าวาเลนซ์ที่เสถียรเพิ่มเติมของซีเรียมและยูโรเปียมหมายความว่าปริมาณของธาตุเหล่านี้ในหินบางครั้งอาจแตกต่างกันอย่างมากเมื่อเทียบกับธาตุหายากอื่นๆ: ดูความผิดปกติของซีเรียมและความผิดปกติของยูโรเปียม

การแยกธาตุแลนทานิดเป็นกระบวนการที่ต้องใช้แรงงานมากในเคมีอนินทรีย์เทคโนโลยีหลักคือการสกัดด้วยตัวทำละลายโดยทั่วไปแล้ว สารละลายไนเตรตในน้ำจะถูกสกัดลงในน้ำมันก๊าดที่มีไตร-เอ็น-บิวทิลฟอสเฟตการแยกอย่างสมบูรณ์จะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องโดยวิธีการแลกเปลี่ยนแบบสวนทาง^{[ 25 ]}

ในอดีต มีการใช้ การตกผลึกแบบเศษส่วนวิธีนี้ถูกนำมาใช้ในการแยกแลนทานัม (และธาตุที่เกี่ยวข้อง) ออกเป็นสามกลุ่ม ได้แก่ อิตเทรียม พราซีโอดีเมียม-นีโอดีเมียม-ซาแมเรียม ซีเรียม และอื่นๆ^{[ 25 ]}

ธาตุต่างๆ เคยถูกแยกออกจากกันด้วยโครมาโทกราฟีแบบแลกเปลี่ยนไอออนโดยมักจะใช้ร่วมกับลิแกนด์อะมิโนคาร์บอกซิเลต ที่สำคัญคือค่าคงที่ความเสถียรสำหรับการก่อตัวของ สารเชิงซ้อน EDTAเพิ่มขึ้นจาก log K ≈ 15.5 สำหรับ [La(EDTA)] ⁻เป็นlog K ≈ 19.8 สำหรับ [Lu(EDTA)] ^{− [ 13 ] [ 26 ]}

เมื่ออยู่ในรูปของสารเชิงซ้อนเชิงการประสานงาน แลนทานัมส่วนใหญ่จะอยู่ใน สถานะออกซิเดชัน +3 แม้ว่าโครงสร้าง 4f ที่เสถียรเป็นพิเศษก็สามารถให้ไอออน +4 (Ce, Pr, Tb) หรือ +2 (Sm, Eu, Yb) ได้เช่นกัน รูปแบบทั้งหมดเหล่านี้มีประจุบวกสูงมาก ดังนั้นไอออนของแลนทานัมจึงเป็นกรดลูอิสที่แข็ง^{[ 27 ]}สถานะออกซิเดชันยังมีความเสถียรมาก ยกเว้นSmI ₂ ^{[ 28 ]}และเกลือซีเรียม(IV) ^[ 29 ^{] แลนทานัม}ไม่ได้ถูกนำมาใช้ในเคมีรีดอกซ์อิเล็กตรอน 4f มีโอกาสสูงที่จะพบอยู่ใกล้กับนิวเคลียสและได้รับผลกระทบอย่างมากเมื่อประจุของนิวเคลียสเพิ่มขึ้นตามลำดับ ซึ่งส่งผลให้ รัศมีไอออนลดลงตามไปด้วยเรียกว่า การหดตัว ของ แลนทานัม

ความน่าจะเป็นต่ำของอิเล็กตรอน 4f ที่มีอยู่ในบริเวณด้านนอกของอะตอมหรือไอออนทำให้มีการทับซ้อนที่มีประสิทธิภาพน้อยมากระหว่างออร์บิทัลของไอออนแลนทานอยด์และลิแกนด์ ที่ยึดเหนี่ยว ดังนั้นสารประกอบ แลนทานอยด์จึงมักมีลักษณะ โคเวเลนต์น้อยหรือไม่มีเลยและไม่ได้รับอิทธิพลจากรูปทรงเรขาคณิตของออร์บิทัล การขาดปฏิสัมพันธ์ของออร์บิทัลยังหมายความว่าการเปลี่ยนแปลงโลหะมักมีผลกระทบต่อสารประกอบน้อยมาก (นอกเหนือจากขนาด) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะทรานซิชันสารประกอบถูกยึดไว้ด้วยกันโดย แรง ไฟฟ้าสถิต ที่อ่อนกว่า ซึ่งมีทิศทางรอบด้าน ดังนั้นลิแกนด์เพียงอย่างเดียวจึงเป็นตัวกำหนดสมมาตรและการประสานงานของสารประกอบปัจจัยสเตอริกจึงมีบทบาทสำคัญ โดยความอิ่มตัวในการประสานงานของโลหะจะสมดุลกับแรงผลักระหว่างลิแกนด์ ส่งผลให้เกิดรูปทรงเรขาคณิตการประสานงาน ที่หลากหลาย ซึ่งหลายแบบไม่สม่ำเสมอ^{[ 30 ]}และยังแสดงให้เห็นใน ลักษณะ ที่เปลี่ยนแปลง ได้ง่าย ของสารประกอบ อีกด้วย เนื่องจากไม่มีเหตุผลทางพลังงานที่จะจำกัดโครงสร้างให้อยู่ในรูปทรงเรขาคณิตเดียว การแลกเปลี่ยนลิแกนด์ภายในโมเลกุลและระหว่างโมเลกุลจึงเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งโดยทั่วไปจะส่งผลให้เกิดสารประกอบเชิงซ้อนที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วระหว่างโครงสร้างที่เป็นไปได้ทั้งหมด

กรดลูอิสแข็งทำให้พันธะเกิดการโพลาไรซ์เมื่อเกิดการประสานงาน จึงทำให้ความเป็นอิเล็กโทรฟิลของสารประกอบเปลี่ยนแปลงไป ตัวอย่างคลาสสิกคือการลดแบบลูเช่ [ ^{31 ] ขนาด} ที่ใหญ่ของไอออนประกอบกับพันธะไอออนิกที่ไม่เสถียร ทำให้แม้แต่ชนิดที่ประสานงานขนาดใหญ่ก็สามารถจับและแยกตัวได้อย่างรวดเร็ว ส่งผลให้อัตราการหมุนเวียนสูงมาก^{[ 32 ]}การขาดปฏิสัมพันธ์ของวงโคจรประกอบกับการหดตัวของแลนทานัมหมายความว่าแลนทานัมจะเปลี่ยนขนาดไปตลอดทั้งอนุกรม แต่เคมีของพวกมันยังคงเหมือนเดิมมาก ทำให้สามารถปรับแต่งสภาพแวดล้อมเชิงสเตอริกได้ง่าย และมีตัวอย่างที่ใช้สิ่งนี้เพื่อปรับปรุงกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาของสารเชิงซ้อน^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}และเปลี่ยนจำนวนนิวเคลียสของกลุ่มโลหะ^{[ 36 ] [ 37 ]}

อย่างไรก็ตาม การใช้สารเชิงซ้อนของแลนทานัมเป็นตัวเร่ง ปฏิกิริยาเอกพันธ์ ยังคงจำกัดอยู่เฉพาะในห้องปฏิบัติการเป็นส่วนใหญ่

ประมาณ 10% ของมูลค่าทางเศรษฐกิจของแลนทานอยด์นั้นมาจากการใช้งานในด้านตัวเร่งปฏิกิริยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้งานในกระบวนการปิโตรเคมี เช่น การอัลคิเลชัน การกำจัดโค้ก ถือว่ามีคุณค่าอย่างยิ่ง เซเรียมีประโยชน์เป็นพิเศษ^{[ 25 ]}

แลนทานอยด์ไตรวาเลนต์ส่วนใหญ่จะเกิดเป็นเกลือไอออนิก ไอออนไตรวาเลนต์เป็น ตัวรับที่ แข็งและเกิดสารเชิงซ้อนที่เสถียรกว่ากับลิแกนด์ที่เป็นผู้ให้ธาตุออกซิเจนมากกว่าลิแกนด์ที่เป็นผู้ให้ธาตุไนโตรเจน ไอออนขนาดใหญ่จะมีพิกัด 9 ในสารละลายในน้ำ [Ln(H ₂ O) ₉ ] ³⁺แต่ไอออนขนาดเล็กจะมีพิกัด 8 [Ln(H ₂ O) ₈ ] ³⁺มีหลักฐานบางอย่างที่แสดงว่าแลนทานอยด์รุ่นหลังมีโมเลกุลน้ำในวงโคจรการประสานงานรอบที่สองมากกว่า^{[ 38 ]}การเกิดสารเชิงซ้อนกับ ลิแกนด์ โมโนเดนเทตโดยทั่วไปจะอ่อนแอเนื่องจากเป็นการยากที่จะแทนที่โมเลกุลน้ำจากวงโคจรการประสานงานรอบแรก สารประกอบเชิงซ้อนที่แข็งแรงกว่าจะเกิดขึ้นกับลิแกนด์คีเลตเนื่องจากผลของคีเลตเช่น เตตระแอนไอออนที่ได้จาก 1,4,7,10-เตตระอะซาไซโคลโดเดเคน-1,4,7,10-เตตระอะซิติกแอซิด ( DOTA )

อนุพันธ์ไดวาเลนต์ที่พบได้บ่อยที่สุดของแลนทานอยด์คือ Eu(II) ซึ่งมีโครงสร้าง f ⁷ ที่เหมาะสม อนุพันธ์เฮไลด์ไดวาเลนต์เป็นที่รู้จักสำหรับแลนทานอยด์ทั้งหมด พวกมันเป็นเกลือทั่วไปหรือเป็น เกลือคล้าย อิเล็กไตรด์ ของ Ln(III) เกลือธรรมดา ได้แก่ YbI ₂ , EuI ₂และ SmI ₂เกลือคล้ายอิเล็กไตรด์ ซึ่งอธิบายว่าเป็น Ln ³⁺ , 2I ⁻ , e ⁻ได้แก่ LaI ₂ , CeI ₂และ GdI ₂ไอโอไดด์หลายชนิดสร้างสารเชิงซ้อนที่ละลายได้กับอีเทอร์ เช่น TmI ₂ (ไดเมทอกซีอีเทน) 3 _[ ^{39 ] ซา}มาเรียม(II) ไอโอไดด์ เป็นตัวรีดิวซ์ที่มีประโยชน์ สาร เชิงซ้อน Ln(II) สามารถสังเคราะห์ได้โดยปฏิกิริยา ทรานส์เมทัลเลชัน ช่วงปกติของสถานะออกซิเดชันสามารถขยายได้โดยการใช้ลิแกนด์ไซโคลเพนตาไดอีนิล ที่มีขนาดใหญ่ในเชิงสเตอริก ด้วยวิธีนี้แลนทานอยด์จำนวนมากสามารถแยกได้เป็นสารประกอบ Ln(II) ^{[ 40 ]}

Ce(IV) ในซีริกแอมโมเนียมไนเตรตเป็นสารออกซิไดซ์ที่มีประโยชน์ Ce(IV) เป็นข้อยกเว้นเนื่องจากมีแนวโน้มที่จะสร้างเปลือก f ที่ไม่เต็ม มิฉะนั้นแลนทานอยด์สี่วาเลนซ์จะหายาก อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็วๆ นี้ ได้มีการแสดงให้เห็นว่ามีสารประกอบเชิงซ้อน Tb(IV) ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]}และ Pr(IV) ^{[ 44 ]}อยู่

โลหะแลนทานัมทำปฏิกิริยาคายความร้อนกับไฮโดรเจนเพื่อสร้าง LnH2 _ไดไฮไดรด์^{[ 24 ]}ยกเว้น Eu และ Yb ซึ่งมีลักษณะคล้ายไฮไดรด์ของ Ba และ Ca (สารประกอบคล้ายเกลือที่ไม่นำไฟฟ้าและโปร่งใส) พวกมันจะสร้างสารประกอบสีดำที่ติดไฟได้และนำไฟฟ้าได้^{[ 49 ]}โดยที่โครงสร้างย่อยของโลหะเป็นลูกบาศก์แบบศูนย์กลางหน้า และอะตอม H ครอบครองตำแหน่งเตตระเฮดรัล^{[ 24 ]}การเติมไฮโดรเจนเพิ่มเติมจะสร้างไตรไฮไดรด์ซึ่งไม่เป็นไปตามสัดส่วนทางเคมีไม่นำไฟฟ้า และคล้ายเกลือมากขึ้น การก่อตัวของไตรไฮไดรด์เกี่ยวข้องกับการเพิ่มขึ้นของปริมาตร 8–10% และเชื่อมโยงกับการรวมตัวของประจุบนอะตอมไฮโดรเจนมากขึ้น ซึ่งกลายเป็นไอออนลบมากขึ้น ( ไอออน H− ไฮไดรด์^{) [ 24 ]}

เตตระเฮไลด์ที่รู้จักมีเพียงเตตระฟลูออไรด์ของซีเรียมพราซีโอดีเมียมเทอร์เบียมนีโอดีเมียม และไดสโปรเซียม โดยสองชนิดหลังรู้จักเฉพาะภายใต้สภาวะการแยกเมทริกซ์เท่านั้น^{[ 13 ] [ 55 ]} แลนทานอยด์ทั้งหมดสร้างไตรเฮไลด์กับฟลูออรีน คลอรีน โบรมีน และไอโอดีน พวกมันทั้งหมดมีจุดหลอมเหลวสูงและมีลักษณะเป็นไอออนเป็นหลัก^{[ 13 ]}ฟลูออไรด์ละลายน้ำได้เพียงเล็กน้อยและไม่ไวต่ออากาศ ซึ่งแตกต่างจากเฮไลด์อื่นๆ ที่ไวต่ออากาศ ละลายน้ำได้ง่าย และทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างออกโซเฮไลด์^{[ 56 ]}

ไตรเฮไลด์มีความสำคัญเนื่องจากสามารถเตรียมโลหะบริสุทธิ์จากพวกมันได้^{[ 13 ]} ในเฟสแก๊ส ไตรเฮไลด์มีโครงสร้างเป็นระนาบหรือเกือบเป็นระนาบ แลนทานอยด์ที่เบากว่าจะมีเปอร์เซ็นต์ของไดเมอร์ต่ำกว่า แลนทานอยด์ที่หนักกว่าจะ มีสัดส่วนสูงกว่า ไดเมอร์มีโครงสร้างคล้ายกับAl ₂ Cl ₆ ^{[ 57 ]}

ไดเฮไลด์บางชนิดเป็นตัวนำไฟฟ้า ในขณะที่ส่วนที่เหลือเป็นฉนวน รูปแบบที่เป็นตัวนำไฟฟ้าสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นสารประกอบอิเล็กไตรด์ Ln ^IIIซึ่งอิเล็กตรอนจะกระจายตัวอยู่ในแถบนำไฟฟ้า Ln ³⁺ (X ⁻ ) ₂ (e ⁻ ) ไดไอโอไดด์ทั้งหมดมีระยะห่างระหว่างโลหะกับโลหะค่อนข้างสั้น^{[ 50 ]} โครงสร้าง CuTi ₂ของแลนทานัม ซีเรียม และพราซีโอดีเมียมไดไอโอไดด์ พร้อมกับ HP-NdI ₂ประกอบด้วยโครงข่าย 4 ⁴ของอะตอมโลหะและไอโอดีนที่มีพันธะโลหะกับโลหะสั้น (393-386 La-Pr) ^{[ 50 ]}สารประกอบเหล่านี้ควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นโลหะสองมิติ (สองมิติในลักษณะเดียวกับที่กราไฟต์เป็น) ไดเฮไลด์ที่มีลักษณะคล้ายเกลือ ได้แก่ ไดเฮไลด์ของ Eu, Dy, Tm และ Yb การก่อตัวของสถานะออกซิเดชัน +2 ที่ค่อนข้างเสถียรสำหรับ Eu และ Yb มักจะอธิบายโดยความเสถียร (พลังงานแลกเปลี่ยน) ของ f ⁷ ที่เติมครึ่งหนึ่ง และ f ¹⁴ ที่เติมเต็ม GdI ₂มี โครงสร้าง MoS ₂ แบบชั้น เป็นแม่เหล็กเฟอร์โรและแสดงความต้านทานแม่เหล็ก มหาศาล ^{[ 50 ]}

สารประกอบ เซสควิฮาไลด์ Ln ₂ X ₃และ Ln ₇ I ₁₂ที่ระบุไว้ในตารางประกอบด้วยคลัสเตอร์ โลหะ คลัสเตอร์ Ln ₆ I ₁₂ที่แยกจากกันใน Ln ₇ I ₁₂และคลัสเตอร์ควบแน่นที่ก่อตัวเป็นโซ่ในเซสควิฮาไลด์ สแกนเดียมก่อตัวเป็นสารประกอบคลัสเตอร์ที่คล้ายกันกับคลอรีน Sc ₇ Cl ₁₂ ^{[ 13 ]}แตกต่างจากคลัสเตอร์โลหะทรานซิชันหลายชนิด คลัสเตอร์แลนทานัมเหล่านี้ไม่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโลหะกับโลหะที่แข็งแรง และนี่เป็นเพราะจำนวนอิเล็กตรอนวาเลนซ์ที่เกี่ยวข้องมีน้อย แต่กลับถูกทำให้เสถียรโดยอะตอมฮาโลเจนที่อยู่รอบข้าง^{[ 50 ]}

LaI และ TmI เป็นโมโนฮาไลด์ที่รู้จักเพียงสองชนิด LaI ซึ่งเตรียมจากปฏิกิริยาของ LaI ₃และโลหะ La มีโครงสร้างแบบ NiAs และสามารถเขียนสูตรได้เป็น La ³⁺ (I ⁻ )(e ⁻ ) ₂ ^{[ 53} ] TmI เป็นสารประกอบ Tm(I) ที่แท้จริง อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถแยกออกมาในสถานะบริสุทธิ์^{ได้[ 54 ]}

แลนทานอยด์ทั้งหมดก่อตัวเป็นเซสควิออกไซด์ Ln₂O₃ แลนทาน_อยด์ที่เบากว่า/ใหญ่กว่าจะใช้โครงสร้างหกเหลี่ยมที่มีการประสานงาน 7 ตำแหน่ง ในขณะที่แลนทานอยด์ที่หนักกว่า/เล็กกว่าจะใช้โครงสร้างลูกบาศก์ที่มีการประสานงาน 6 ตำแหน่ง "CM₂O₃ _" [ _{51 ]} ^เซสควิออกไซด์ทั้งหมดเป็นเบส และดูดซับน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศเพื่อสร้างคาร์บอเนต ไฮดรอกไซด์ และไฮดรอกซีคาร์บอเนต^{[ 58 ]}พวกมันละลายในกรดเพื่อสร้างเกลือ^{[ 18 ]}

ซีเรียมก่อตัวเป็นไดออกไซด์แบบสัดส่วนทางเคมี CeO2 _โดยที่ซีเรียมมีสถานะออกซิเดชัน +4 CeO2 _มีฤทธิ์เป็นเบสและละลายได้ยากในกรดเพื่อสร้างสารละลาย Ce4 ⁺ซึ่งสามารถแยกเกลือ Ce4 + ออกมา ได้เช่น ไนเตรตไฮเดรต Ce(NO3 ⁾ _4.5H2O CeO2 _{ใช้เป็น}ตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันในตัวแปลงเร่งปฏิกิริยา^{[ 18 ]} พ รา_เซโอดีเมียมและเทอร์เบียมก่อตัวเป็นออกไซด์ที่ไม่เป็นสัดส่วนทางเคมีที่มี Ln4 ⁺ [ ^{18 ]}แม้ว่าสภาวะปฏิกิริยาที่รุนแรงกว่าจะสามารถผลิต PrO2 และ TbO2 ที่เป็นสัดส่วนทางเคมี (หรือใกล้เคียงกับ_{สัดส่วน}ทาง_เคมี ) ^{ได้[ 13 ]}

ยูโรเปียมและอิตเตอร์เบียมก่อตัวเป็นโมโนออกไซด์คล้ายเกลือ EuO และ YbO ซึ่งมีโครงสร้างแบบร็อคซอลต์^{[ 18 ]} EuO เป็นสารแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกที่อุณหภูมิต่ำ^{[ 13 ]}และเป็นสารกึ่งตัวนำที่มีศักยภาพในการใช้งานในสปินโทรนิกส์ [ ^{59 ] ออกไซด์}ผสมEu ^II /Eu ^{III Eu} ₃ O ₄สามารถผลิตได้โดยการลด Eu ₂ O ₃ในกระแสไฮโดรเจน^{[ 58 ]}นีโอดีเมียมและซาแมเรียมก็ก่อตัวเป็นโมโนออกไซด์เช่นกัน แต่สารเหล่านี้เป็นของแข็งนำไฟฟ้าที่มันวาว^{[ 13 ]}แม้ว่าการมีอยู่ของซาแมเรียมโมโนออกไซด์จะถือว่าน่าสงสัย^{[ 58 ]}

แลนทานอยด์ทั้งหมดก่อตัวเป็นไฮดรอกไซด์ Ln(OH) ₃ยกเว้นลูเทเซียมไฮดรอกไซด์ซึ่งมีโครงสร้างลูกบาศก์ พวกมันมีโครงสร้าง หกเหลี่ยม _UCl3 ^{[ 58 ]}ไฮดรอกไซด์สามารถตกตะกอนได้จากสารละลายของ Ln3 ^{[ 18 ] นอกจาก}นี้ยังสามารถเกิดขึ้นได้จากปฏิกิริยาของเซสควิออกไซด์ Ln2O3 กับน้ำ แต่ถึงแม้ปฏิกิริยานี้จะเอื้อต่ออุณหพลศาสตร์ แต่ก็ช้าในเชิงจลนศาสตร์สำหรับสมาชิกที่หนักกว่าในอนุกรม [58] กฎของ Fajans ระบุว่าไอออน Ln3 + _ที่มี^{ขนาดเล็กกว่า}จะทำให้เกิด_{ขั้ว มากขึ้น และเกลือของพวกมันจะมีความแตกตัวเป็นไอออนน้อยลงตามไปด้วย ไฮดรอกไซด์ของแลนทานอยด์ที่หนัก} ^กว่าจะมีความเบสน้อยลง ตัวอย่างเช่น Yb(OH) ₃และ Lu(OH) _{3 ยังคงเป็นไฮดรอกไซ} ^ด์เบส แต่จะละลายในNaOH เข้มข้นร้อน [ ^{13 ]}

แลนทานอยด์ทั้งหมดก่อตัวเป็น Ln ₂ Q ₃ (Q= S, Se, Te) ^{[ 18 ]}เซสควิซัลไฟด์สามารถผลิตได้โดยปฏิกิริยาของธาตุหรือ (ยกเว้น Eu ₂ S ₃ ) การทำให้เป็นซัลไฟด์ของออกไซด์ (Ln ₂ O ₃ ) ด้วย H ₂ S ^{[ 18 ]}เซสควิซัลไฟด์ Ln ₂ S ₃โดยทั่วไปจะสูญเสียกำมะถันเมื่อถูกความร้อนและสามารถสร้างองค์ประกอบได้หลากหลายระหว่าง Ln ₂ S ₃และ Ln ₃ S ₄เซสควิซัลไฟด์เป็นฉนวน แต่ Ln ₃ S ₄ บางชนิด เป็นตัวนำโลหะ (เช่น Ce ₃ S ₄ ) ที่มีสูตร (Ln ³⁺ ) ₃ (S ²⁻ ) ₄ (e ⁻ ) ในขณะที่บางชนิด (เช่น Eu ₃ S ₄และ Sm ₃ S ₄ ) เป็นสารกึ่งตัวนำ^{[ 18 ]}โครงสร้างของเซสควิซัลไฟด์จะแตกต่างกันไปตามขนาดของโลหะแลนทานัม แลนทานัมที่เบาและใหญ่กว่าจะชอบอะตอมโลหะที่มีการประสานงาน 7 ตำแหน่ง แลนทานัมที่หนักที่สุดและเล็กที่สุด (Yb และ Lu) จะชอบการประสานงาน 6 ตำแหน่ง และโครงสร้างที่เหลือจะมีส่วนผสมของการประสานงาน 6 และ 7 ตำแหน่ง^{[ 18 ]}

การเกิดหลายรูปแบบเป็นเรื่องปกติในกลุ่มเซสควิซัลไฟด์^{[ 60 ]}สีของเซสควิซัลไฟด์จะแตกต่างกันไปตามโลหะแต่ละชนิดและขึ้นอยู่กับรูปแบบผลึก สีของแกมมาเซสควิซัลไฟด์ ได้แก่ La _{2 S 3 สีขาว/เหลือง; Ce 2 S 3 สี}แดง_เข้ม ; Pr ₂ S ₃สีเขียว_; Nd ₂ S 3 สีเขียวอ่อน; Gd ₂ S ₃สีทราย; Tb _{2 S} 3 _สีเหลืองอ่อน และ Dy ₂ S ₃สีส้ม^{[ 61 ]}เฉดสีของ γ-Ce ₂ S ₃สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเติม Na หรือ Ca ทำให้ได้เฉดสีตั้งแต่สีแดงเข้มไปจนถึงสีเหลือง^{[ 50 ] [ 61 ]}และเม็ดสีที่ใช้ Ce ₂ S ₃เป็นส่วนประกอบหลักนั้นถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์และถือเป็นสารทดแทนเม็ดสีที่มีแคดเมียมเป็นส่วนประกอบหลักที่มีความเป็นพิษต่ำ^{[ 61 ]}

แลนทานอยด์ทั้งหมดก่อตัวเป็นโมโนแคลโคเจไนด์ LnQ (Q = S, Se, Te) ^{[ 18 ]}โมโนแคลโคเจไนด์ส่วนใหญ่เป็นตัวนำไฟฟ้า ซึ่งบ่งชี้ถึงสูตร Ln ^III Q ²⁻ (e-) โดยที่อิเล็กตรอนอยู่ในแถบนำไฟฟ้า ข้อยกเว้นคือ SmQ, EuQ และ YbQ ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำหรือฉนวน แต่แสดงการเปลี่ยนสถานะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่เกิดจากความดัน^{[ 60 ]} สารประกอบ LnQ ₂เป็นที่รู้จัก แต่สารประกอบเหล่านี้ไม่มี Ln ^IVแต่เป็นสารประกอบ Ln ^IIIที่มีแอนไอออนโพลีแคลโคเจไนด์^{[ 62 ]}

ออกซีซัลไฟด์ Ln ₂ O ₂ S เป็นที่รู้จักกันดี พวกมันทั้งหมดมีโครงสร้างเดียวกันโดยมีอะตอม Ln ที่มีการประสานงาน 7 ตำแหน่ง และมีอะตอมกำมะถัน 3 อะตอมและอะตอมออกซิเจน 4 อะตอมเป็นเพื่อนบ้านใกล้เคียง^{[ 63 ]} การเติมธาตุแลนทานัมอื่นๆ ลงในสารเหล่านี้จะทำให้เกิดสารเรืองแสง ตัวอย่างเช่นแกโดลิเนียมออกซีซัลไฟด์ Gd ₂ O ₂ S ที่เติม Tb ³⁺จะสร้างโฟตอนที่มองเห็นได้เมื่อฉายรังสีเอกซ์พลังงานสูง และใช้เป็นสารเรืองแสงในเครื่องตรวจจับแผงเรียบ^{[ 64 ]} เมื่อเติมมิชเมทัล ซึ่งเป็นโลหะผสมของโลหะแลนทานัม ลงในเหล็กหลอมเหลวเพื่อกำจัดออกซิเจนและกำมะถัน จะได้ออกซีซัลไฟด์ที่เสถียรซึ่งก่อตัวเป็นของแข็งที่ไม่สามารถผสมกันได้^{[ 18 ]}

แลนทานัมทั้งหมดก่อตัวเป็นโมโนไนไตรด์ LnN ที่มีโครงสร้างแบบร็อคซอลต์ โมโนไนไตรด์ได้รับความสนใจเนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพที่ผิดปกติ มีรายงานว่า SmN และ EuN เป็น " โลหะกึ่งตัวนำ " ^{[ 50 ]} NdN, GdN, TbN และ DyN เป็นเฟอร์โรแมกเนติก ส่วน SmN เป็น แอนติเฟอร์โรแมกเนติก ^{[ 65 ]}กำลังมีการศึกษาการประยุกต์ใช้ในด้านสปินโทรนิกส์^{[ 59 ]} CeN นั้นผิดปกติเนื่องจากเป็นตัวนำโลหะ ซึ่งแตกต่างจากไนไตรด์อื่นๆ และเซเรียมพนิคไทด์อื่นๆ ด้วย คำอธิบายอย่างง่ายคือ Ce ⁴⁺ N ³⁻ (e–) แต่ระยะห่างระหว่างอะตอมนั้นเหมาะสมกับสถานะไตรวาเลนต์มากกว่าสถานะเตตระวาเลนต์ มีคำอธิบายที่แตกต่างกันหลายประการ^{[ 66 ]} ไนไตรด์สามารถเตรียมได้โดยปฏิกิริยาของโลหะแลนทานัมกับไนโตรเจน เมื่อโลหะแลนทานัมถูกเผาในอากาศ จะมีการผลิตไนไตรด์บางส่วนพร้อมกับออกไซด์^{[ 18 ]}วิธีการสังเคราะห์ทางเลือกอื่นคือปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงของโลหะแลนทานัมกับแอมโมเนียหรือการสลายตัวของแลนทานัมเอไมด์ Ln(NH ₂ ) ₃การได้สารประกอบที่มีสัดส่วนทางเคมีที่บริสุทธิ์และผลึกที่มีความหนาแน่นของข้อบกพร่องต่ำนั้นพิสูจน์แล้วว่าทำได้ยาก^{[ 59 ]}แลนทานัมไนไตรด์มีความไวต่ออากาศและไฮโดรไลซิสทำให้เกิดแอมโมเนีย^{[ 49 ]}

สารประกอบไพนไทด์อื่นๆ เช่น ฟอสฟอรัส อาร์เซนิก แอนติโมนี และบิสมัท ยังทำปฏิกิริยากับโลหะแลนทานัมเพื่อสร้างโมโนไพนไทด์ LnQ โดยที่ Q = P, As, Sb หรือ Bi นอกจากนี้ยังสามารถผลิตสารประกอบอื่นๆ ได้หลากหลายชนิดด้วยสัดส่วนทางเคมีที่แตกต่างกัน เช่น LnP ₂ , LnP ₅ , LnP ₇ , Ln ₃ As, Ln ⁵ _As 3 _และ LnAs ₂ ^{[ 67} ]

สารประกอบคาร์ไบด์ของธาตุแลนทานอยด์มีอัตราส่วนทางเคมีที่แตกต่างกันไป การไม่มีอัตราส่วนทางเคมีที่แน่นอนเป็นเรื่องปกติ ธาตุแลนทานอยด์ทั้งหมดสามารถสร้างสารประกอบ LnC₂ _และ Ln₂C₃ _{ซึ่ง ทั้งสอง สารประกอบนี้}ประกอบด้วยหน่วย C₂

ไดคาร์ไบด์ ยกเว้น EuC ₂เป็นตัวนำโลหะที่มี โครงสร้าง แคลเซียมคาร์ไบด์และสามารถกำหนดสูตรได้เป็น Ln ³⁺ C ₂ ²⁻ (e–) ความยาวพันธะ CC ยาวกว่าในCaC ₂ซึ่งมีแอนไอออน C ₂ ²⁻แสดงให้เห็นว่าออร์บิทัลแอนติบอนดิงของแอนไอออน C ₂ ²⁻มีส่วนเกี่ยวข้องในแถบการนำไฟฟ้า ไดคาร์ไบด์เหล่านี้ไฮโดรไลซิสเพื่อสร้างไฮโดรเจนและส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอน^{[ 68 ]} EuC _{2 และ YbC 2}ในระดับที่น้อยกว่าไฮโดรไลซิสแตกต่างกัน ทำให้เกิดอะเซทิลีน (อีไทน์) ในเปอร์เซ็นต์ที่สูงกว่า^{[ 69 ]}

เซสควิคาร์ไบด์ Ln ₂ C ₃สามารถกำหนดสูตรได้เป็น Ln ₄ (C ₂ ) ₃สารประกอบเหล่านี้ใช้โครงสร้าง Pu ₂ C ₃ ^{[ 50 ]}ซึ่งได้รับการอธิบายว่ามีแอนไอออน C ₂ ²⁻ในรูบิสฟีนอยด์ที่เกิดจากเพื่อนบ้าน Ln ใกล้เคียงแปดตัว^{[ 70 ]} พันธะ CC มีความยาวน้อยกว่าในไดคาร์ไบด์ ยกเว้น Ce ₂ C ₃ [ ^{68 ] ซึ่งบ่งชี้ ว่า}อิเล็กตรอนโลหะที่กระจายตัวไม่ได้เติมเต็มออร์บิทัลแอนติบอนดิง CC ^{[ 71 ]}

แลนทานอยด์บางชนิดมีสัดส่วนทางเคมีที่อุดมไปด้วยคาร์บอนอื่นๆ เช่น Ln ₃ C ₄ (Ho-Lu) ที่มีหน่วย C, C ₂และ C ₃ ^{[ 72 ]} Ln ₄ C ₇ (Ho-Lu) ที่มีอะตอม C และหน่วย C ₃ ^{[ 73 ]}และ Ln ₄ C ₅ (Gd-Ho) ที่มี หน่วยC และ C ₂ ^{[ 74 ]}

คาร์ไบด์ที่มีโลหะเป็นองค์ประกอบหลักประกอบด้วยอะตอม C แทรกอยู่และไม่มีหน่วย C ₂หรือ C ₃ได้แก่ Ln ₄ C ₃ (Tb และ Lu); Ln ₂ C (Dy, Ho, Tm) ^{[ 75 ] [ 76 ]}และ Ln ₃ C ^{[ 50 ]} (Sm-Lu) ซึ่งจะไฮโดรไลซ์เป็นมีเทน^{[ 77 ]}

แลนทานอยด์ทั้งหมดก่อตัวเป็นโบไรด์จำนวนหนึ่ง โบไรด์ "ระดับสูง" (LnB _xโดยที่ x > 12) เป็นฉนวน/สารกึ่งตัวนำ ในขณะที่โบไรด์ระดับต่ำมักจะเป็นตัวนำ โบไรด์ระดับต่ำมีสัดส่วนทางเคมีเป็น LnB ₂ , LnB ₄ , LnB ₆และ LnB ₁₂ ^{[ 78} ] กำลังมีการศึกษาการประยุกต์ใช้ในด้านสปินโทรนิกส์^{[ 59 ]}ช่วงของโบไรด์ที่เกิดจากแลนทานอยด์สามารถเปรียบเทียบได้กับโบไรด์ที่เกิดจากโลหะทรานซิชัน โบไรด์ที่มีโบรอนมากเป็นลักษณะเฉพาะของแลนทานอยด์ (และหมู่ 1–3) ในขณะที่โลหะทรานซิชันมักจะก่อตัวเป็นโบไรด์ "ระดับต่ำ" ที่มีโลหะมาก^{[ 79 ] โบ}ไรด์ของแลนทานอยด์มักจะถูกจัดกลุ่มร่วมกับโลหะหมู่ 3 ซึ่งมีลักษณะคล้ายคลึงกันหลายประการในด้านปฏิกิริยา สัดส่วนทางเคมี และโครงสร้าง โดยรวมแล้วสิ่งเหล่านี้เรียกว่าโบริดของธาตุหายาก^{[ 78 ]}

มีการใช้วิธีการหลายวิธีในการผลิตแลนทานัมโบไรด์ ซึ่งรวมถึงปฏิกิริยาโดยตรงของธาตุต่างๆ การลด Ln₂O₃ _{ด้วยโบรอน}การ_ลดโบรอนออกไซด์ B₂O₃ _และ Ln₂O₃ ร่วมกับคาร์บอน การลดโลหะออกไซด์ด้วยโบรอนคาร์ไบด์ B₄C _[ ^{78 ] [ 79 ] [ 80 ] [ 81 ] การ}ผลิต ตัวอย่างที่มีความบริสุทธิ์สูง _นั้นพิสูจน์แล้วว่าทำได้ยาก^{[ 81 ]} ผลึกเดี่ยวของโบไร ด์ ที่มี _{จำนวน}อะตอมมากขึ้นได้รับการปลูกในโลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ (เช่น Sn, Cu, Al) ^{[ 78 ]}

ไดโบไรด์ LnB ₂ได้รับการรายงานสำหรับ Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb และ Lu ทั้งหมดมีโครงสร้าง AlB ₂ เหมือนกัน ซึ่งประกอบด้วยชั้นกราไฟต์ของอะตอมโบรอน การเปลี่ยนผ่านเฟอร์โรแมกเนติกที่อุณหภูมิต่ำสำหรับ Tb, Dy, Ho และ Er TmB ₂เป็นเฟอร์โรแมกเนติกที่ 7.2 K ^{[ 50 ]}

เตตระโบไรด์ LnB4 _ได้รับการรายงานสำหรับแลนทานอยด์ทั้งหมด ยกเว้น EuB4 _โดยทั้งหมดมีโครงสร้าง_UB4 เหมือนกัน โครงสร้างนี้มีซับแลตติซของโบรอนซึ่งประกอบด้วยโซ่ของกลุ่ม B6 _{ทรง แปดเหลี่ยมที่เชื่อมต่อกันด้วยอะตอมของโบรอน ขนาด ของ}เซลล์หน่วยลดลงตามลำดับจาก LaB4 _ไปจนถึง LuB4 _เตตระโบไรด์ของแลนทานอยด์ที่เบากว่าจะหลอมเหลวและสลายตัวเป็น LnB6 [ ₈₁ ^{]ความพยายาม}ในการสร้าง EuB4 _ล้มเหลว^{[ 80 ]} LnB4 เป็นตัวนำที่ดี^{[ 78 ]}และโดยทั่วไปเป็นแอนติเฟอร์โรแมกเนติก^{[ 50 ]}

เฮกซาโบไรด์ LnB6 _ได้รับการรายงานสำหรับแลนทานัมทั้งหมด พวกมันทั้งหมดมีโครงสร้าง_CaB6 ซึ่งประกอบด้วยคลัสเตอร์ B6 _พวกมันไม่เป็นสัดส่วนทางเคมีเนื่องจากข้อบกพร่องของแคตไอออน เฮกซาโบไรด์ของแลนทานัมที่เบากว่า (La – Sm) หลอมเหลวโดยไม่สลายตัว EuB6 _สลายตัวเป็นโบรอนและโลหะ และแลนทานัมที่หนักกว่าสลายตัวเป็น LnB4 _{ยกเว้น} YbB6 _ซึ่งสลายตัวเป็น YbB12 _ความเสถียรมีความสัมพันธ์บางส่วนกับความแตกต่างในความผันผวนระหว่างโลหะแลนทานัม^{[ 81 ]}ใน EuB6 _และ YbB6 _โลหะมีสถานะออกซิเดชัน +2 ในขณะที่ในเฮกซาโบไรด์แลนทานัมที่เหลือคือ +3 นี่เป็นเหตุผลที่อธิบายความแตกต่างในการนำไฟฟ้า อิเล็กตรอนพิเศษในเฮกซาโบไรด์ Ln3 ^เข้าสู่แถบนำไฟฟ้า EuB ₆เป็นสารกึ่งตัวนำ ส่วนที่เหลือเป็นตัวนำที่ดี^{[ 50 ] [ 81 ]} LaB ₆และCeB ₆เป็นตัวปล่อยเทอร์มิออนิก ซึ่งใช้ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนเป็นต้น^{[ 82 ]}

โดเดคาโบไรด์ LnB ₁₂เกิดจากแลนทานอยด์ที่มีน้ำหนักมากและขนาดเล็กกว่า แต่ไม่เกิดจากโลหะที่มีน้ำหนักเบากว่า เช่น La – Eu ยกเว้น YbB ₁₂ (ซึ่ง Yb มีวาเลนซ์ระดับกลางและเป็นฉนวนคอนโด ) โดเดคาโบไรด์ทั้งหมดเป็นสารประกอบโลหะ พวกมันทั้งหมดมี โครงสร้าง UB ₁₂ ซึ่งประกอบด้วยโครงร่างสามมิติของ กลุ่มคลัสเตอร์ B _{12 รูปทรงลูกบาศก์แปดเหลี่ยม} ^{[ 78 ]}

บอไรด์ LnB ₆₆ ที่มีอะตอมมากกว่านั้น เป็นที่รู้จักกันสำหรับโลหะแลนทานัมทั้งหมด องค์ประกอบเป็นเพียงค่าประมาณเนื่องจากสารประกอบเหล่านี้ไม่ใช่สัดส่วนทางเคมี^{[ 78 ]}สารประกอบเหล่านี้ทั้งหมดมีโครงสร้าง ที่ซับซ้อนคล้ายกัน โดยมีอะตอมมากกว่า 1600 อะตอมในหน่วยเซลล์ โครงสร้างย่อยลูกบาศก์ของโบรอนประกอบด้วยไอโคซาฮีดราขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นจากไอโคซาฮีดรา B 12 ตรงกลาง^{ล้อมรอบด้วยไอโคซาฮีดรา B 12 อีก 12 อัน (B 12 ) 12 [ 78 ]}_บอไร_ด์ที่_มีอะตอม_{มากกว่า}^ที่ซับซ้อน^อื่นๆ เช่น LnB ₅₀ (Tb, Dy, Ho Er Tm Lu) และ LnB ₂₅ (Gd, Tb, Dy, Ho, Er) เป็นที่รู้จักกัน และสารประกอบเหล่านี้มีไอโคซาฮีดราของโบรอนอยู่ในโครงสร้างโบรอน^{[ 78 ]}

พันธะ σระหว่างแลนทานัมกับคาร์บอนเป็นที่รู้จักกันดี อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอิเล็กตรอน 4f มีโอกาสน้อยที่จะอยู่ในบริเวณด้านนอกของอะตอม จึงมี การทับซ้อน ของวงโคจร ที่มีประสิทธิภาพน้อย ส่งผลให้เกิดพันธะที่มี ลักษณะ ไอออนิก อย่างมีนัยสำคัญ ด้วยเหตุนี้ สารประกอบออร์กาโนแลนทานัมจึงแสดงพฤติกรรมคล้ายคาร์บานไอออน ซึ่งแตกต่างจากพฤติกรรมในสารประกอบออร์ กาโนเมทัลลิกของโลหะทราน ซิชัน เนื่องจากขนาดที่ใหญ่ แลนทานัมจึงมีแนวโน้มที่จะสร้างอนุพันธ์ออร์กาโนเมทัลลิกที่เสถียรมากขึ้นกับลิแกนด์ขนาดใหญ่เพื่อให้ได้สารประกอบเช่น Ln[CH(SiMe ₃ ) ₃ ] ^{[ 83 ]}อะนาล็อกของยูราโนซีนได้มาจากไดลิธิโอไซโคลออกตาเตตราอีน Li ₂ C ₈ H ₈สารประกอบแลนทานัม(II) อินทรีย์ก็เป็นที่รู้จักเช่นกัน เช่น Cp* ₂ Eu ^{[ 39 ]}

ไอออนแลนทานอยด์ไตรวาเลนต์ทั้งหมด ยกเว้นแลนทานัมและลูเทเซียม มีอิเล็กตรอน f ที่ไม่จับคู่ (การถ่ายโอนประจุจากลิแกนด์ไปยังโลหะยังคงสามารถทำให้เกิดการครอบครอง f ที่ไม่เป็นศูนย์ได้แม้ในสารประกอบ La(III)) ^{[ 84 ]}อย่างไรก็ตาม โมเมนต์แม่เหล็กจะเบี่ยงเบนไปจากค่าสปินอย่างเดียวอย่างมากเนื่องจากการจับคู่สปิน-ออร์บิต ที่แข็งแกร่ง จำนวนอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่สูงสุดคือ 7 ใน Gd ³⁺โดยมีโมเมนต์แม่เหล็ก 7.94 BMแต่โมเมนต์แม่เหล็กที่ใหญ่ที่สุดที่ 10.4–10.7 BM แสดงโดย Dy ³⁺และ Ho ³⁺อย่างไรก็ตาม ใน Gd ³⁺อิเล็กตรอนทั้งหมดมีสปินขนานกัน และคุณสมบัตินี้มีความสำคัญสำหรับการใช้สารประกอบแกโดลิเนียมเป็นสารเพิ่มความคมชัดในการสแกน MRI

การแยกสนามผลึกค่อนข้างเล็กสำหรับไอออนแลนทานัมและมีความสำคัญน้อยกว่าการจับคู่สปิน-ออร์บิตในแง่ของระดับพลังงาน^{[ 13 ]}การเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนระหว่างออร์บิทัล f ถูกห้ามโดยกฎของลาปอร์ตยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากลักษณะ "ฝังตัว" ของออร์บิทัล f การจับคู่กับการสั่นสะเทือนของโมเลกุลจึงอ่อนแอ ดังนั้น สเปกตรัมของไอออนแลนทานัมจึงค่อนข้างอ่อนและแถบการดูดกลืนก็แคบเช่นกัน แก้วที่มีโฮลเมียมออกไซด์และสารละลายโฮลเมียมออกไซด์ (โดยปกติในกรดเปอร์คลอริก ) มีจุดยอดการดูดกลืนแสงที่คมชัดในช่วงสเปกตรัม 200–900 นาโนเมตร และสามารถใช้เป็น มาตรฐานการสอบเทียบ ความยาวคลื่นสำหรับสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ แบบออปติคอ ล^{[ 85 ]}และมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์^{[ 86 ]}

เนื่องจากการเปลี่ยนผ่าน ff ถูกห้ามโดยกฎของ Laporte เมื่ออิเล็กตรอนถูกกระตุ้นแล้ว การสลายตัวกลับสู่สถานะพื้นฐานจะช้า ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในเลเซอร์เนื่องจากทำให้การผกผันของประชากรเกิดขึ้นได้ง่ายเลเซอร์ Nd:YAGเป็นหนึ่งในเลเซอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ยูโรเปียมเจือปนอิตเทรียมวานาเดตเป็นฟอสฟอร์สีแดง ตัวแรก ที่ทำให้สามารถพัฒนาจอโทรทัศน์สีได้^{[ 87 ]}ไอออนแลนทานัมมีคุณสมบัติการเรืองแสงที่โดดเด่นเนื่องจากวงโคจร 4f ที่เป็นเอกลักษณ์ การเปลี่ยนผ่าน ff ที่ถูกห้ามโดยกฎของ Laporte สามารถกระตุ้นได้โดยการกระตุ้นลิแกนด์ "เสาอากาศ" ที่ถูกผูกไว้ ซึ่งนำไปสู่แถบการปล่อยแสงที่คมชัดตลอดช่วงแสงที่มองเห็นได้ อินฟราเรดใกล้ และอินฟราเรด และอายุการเรืองแสงที่ค่อนข้างยาวนาน^{[ 88 ]}

ซามาร์ส ไคต์และแร่ธาตุที่คล้ายกันประกอบด้วยแลนทาไนด์ร่วมกับธาตุต่างๆ เช่นแทนทาลัมไนโอเบียมแฮฟเนียมเซอร์โคเนียมวานาเดียมและไทเทเนียมจากหมู่4และหมู่ 5ซึ่งมักอยู่ในสถานะออกซิเดชันที่คล้ายกัน โมนาไซต์เป็นฟอสเฟตของโลหะหมู่ 3 + แลนทาไนด์ + แอคติไนด์จำนวนมาก และถูกขุดขึ้นมาโดยเฉพาะเพื่อเอาธาตุทอเรียมและธาตุหายากบางชนิด โดยเฉพาะแลนทานัม อิตเทรียม และซีเรียม ซีเรียมและแลนทานัม รวมถึงธาตุหายากอื่นๆ มักถูกผลิตเป็นโลหะที่เรียกว่ามิชเมทัลซึ่งมีส่วนผสมของธาตุเหล่านี้ในปริมาณที่แตกต่างกัน โดยมีซีเรียมและแลนทานัมเป็นส่วนประกอบหลัก มีการใช้งานโดยตรง เช่น หินเหล็กไฟสำหรับจุดไฟ และแหล่งกำเนิดประกายไฟอื่นๆ ซึ่งไม่จำเป็นต้องมีการทำให้บริสุทธิ์ของโลหะเหล่านี้อย่างละเอียด^{[ 14 ]}

นอกจากนี้ยังมีแร่ธาตุที่มีแลนทานัมเป็นองค์ประกอบหลักในกลุ่มธาตุที่ 2 เช่น อิตโทรแคลไซต์ อิ ต โทรเซอไรต์และอิตโทรฟลูออไรต์ ซึ่งมีปริมาณอิตเทรียม ซีเรียม แลนทานัม และอื่นๆ ที่แตกต่างกัน^{[ 89 ]}แร่ธาตุที่มีแลนทานัมเป็นองค์ประกอบหลักอื่นๆ ได้แก่บาสต์เนไซต์ ฟลอเรนไซต์เชอร์ โนไว ต์เพ อ ร์ รอ ฟ สไกต์ ซีโนไทม์ เซอไรต์ กาโด ลิ ไน ต์แลนทา ไนต์ เฟอร์กูโซ ไนต์ โพลีเค รส บลอมสแตรนไดน์ฮาเลนิ อุไซต์ มิเซไรต์ โล พา ไรต์เลเพอร์ สันไนต์ ยู เซไนต์ซึ่งทั้งหมดนี้มีช่วงความเข้มข้นของธาตุสัมพัทธ์ที่หลากหลาย และอาจระบุด้วยธาตุที่เด่นกว่า เช่นโมนาไซต์-(Ce ) ธาตุหมู่ 3 ไม่พบในรูป แร่ ธาตุบริสุทธิ์แบบเดียวกับทองคำ เงิน แทนทาลัม และธาตุอื่นๆ บนโลก แต่อาจพบได้ในดินบนดวงจันทร์ นอกจากนี้ยังพบว่ามีเฮไลด์ที่หายากมากของซีเรียม แลนทานัม และคาดว่าแลนทานัม เฟลด์สปาร์และการ์เนตอื่นๆอีกด้วย^{[ 90 ]}

การหดตัว ของแลนทานอยด์เป็นสาเหตุของการแบ่งแยกทางธรณีเคมีครั้งใหญ่ที่แบ่งแลนทานอยด์ออกเป็นแร่ที่อุดมไปด้วยแลนทานอยด์ชนิดเบาและชนิดหนัก โดยแร่ชนิดหนักมักเกี่ยวข้องและมีอิตเทรียมเป็นองค์ประกอบหลัก การแบ่งแยกนี้สะท้อนให้เห็นใน "ธาตุหายาก" สองชนิดแรกที่ถูกค้นพบ ได้แก่อิตเทรีย (ค.ศ. 1794) และซีเรีย (ค.ศ. 1803) การแบ่งแยกทางธรณีเคมีทำให้แลนทานอยด์ชนิดเบามีอยู่ในเปลือกโลกมากกว่า แต่แลนทานอยด์ชนิดหนักมีอยู่ในเนื้อโลกมากกว่า ผลที่ได้คือ แม้ว่าจะพบแหล่งแร่ขนาดใหญ่ที่อุดมไปด้วยแลนทานอยด์ชนิดเบา แต่แหล่งแร่ขนาดใหญ่สำหรับแลนทานอยด์ชนิดหนักกลับมีน้อย แร่หลักคือโมนาไซต์และบาสต์เนไซต์ ทรายโมนาไซต์มักมีธาตุแลนทานอยด์ครบทุกชนิด แต่บาสต์เนไซต์มักขาดธาตุหนักบางชนิด ธาตุแลนทานอยด์เป็นไปตามกฎออดโด-ฮาร์กินส์ กล่าว คือ ธาตุที่มีเลขอะตอมเป็นเลขคี่จะมีปริมาณน้อยกว่าธาตุที่มีเลขอะตอมเป็นเลขคู่

ธาตุแลนทานัมสามชนิดมีไอโซโทปกัมมันตรังสีที่มีครึ่งชีวิตยาวนาน ( ¹³⁸ La, ¹⁴⁷ Sm และ¹⁷⁶ Lu) ซึ่งสามารถใช้ในการหาอายุของแร่ธาตุและหินจากโลก ดวงจันทร์ และอุกกาบาตได้^{[ 91 ]}โพรมีเทียมเป็นธาตุที่มนุษย์สร้างขึ้น อย่างแท้จริง เนื่องจากไอโซโทปทั้งหมดของมันเป็นกัมมันตรังสีที่มีครึ่งชีวิตสั้นกว่า 20 ปี

ธาตุแลนทานัมและสารประกอบของธาตุเหล่านี้มีประโยชน์หลายอย่าง แต่ปริมาณที่ใช้ค่อนข้างน้อยเมื่อเทียบกับธาตุอื่นๆ มีการใช้แลนทานัมประมาณ 15,000 ตันต่อปีในฐานะตัวเร่งปฏิกิริยาและในการผลิตแก้ว ปริมาณ 15,000 ตันนี้คิดเป็นประมาณ 85% ของการผลิตแลนทานัมทั้งหมด อย่างไรก็ตาม จากมุมมองด้านมูลค่า การใช้งานในสารเรืองแสงและแม่เหล็กมีความสำคัญมากกว่า^{[ 25 ]}

อุปกรณ์ที่ใช้ธาตุแลนทานัม ได้แก่ ตัวนำ ยิ่งยวด แม่เหล็กหา ยากฟลักซ์สูง ซามาเรียม - โคบอลต์และนีโอดีเมียม-เหล็ก- โบรอนโลหะ ผสมแมกนีเซียม เครื่องขัดเงาอิเล็กทรอนิกส์ ตัวเร่งปฏิกิริยาการกลั่น และ ส่วนประกอบ รถยนต์ไฮบริด (โดยหลักคือแบตเตอรี่และแม่เหล็ก) ^{[ 92 ]}ไอออนแลนทานัมถูกใช้เป็นไอออนแอคทีฟในวัสดุเรืองแสงที่ใช้ใน งาน อิเล็กโทรออปติกโดยเฉพาะอย่างยิ่ง เลเซอร์ Nd:YAGเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ที่เจือด้วยเออร์เบียมเป็นอุปกรณ์สำคัญในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสง ฟอสฟอร์ ที่มีสารเจือแลนทานัมยังใช้กันอย่างแพร่หลายใน เทคโนโลยี หลอดภาพรังสีแคโทดเช่น โทรทัศน์ CRT โทรทัศน์สีรุ่นแรกๆ มีสีแดงคุณภาพต่ำ ยูโรเปียมในฐานะสารเจือฟอสฟอร์ทำให้สามารถผลิตฟอสฟอร์สีแดงคุณภาพดีได้ ทรงกลมอิตเทรียมไอรอนการ์เนต (YIG) สามารถทำหน้าที่เป็นตัวเรโซเนเตอร์ไมโครเวฟที่ปรับได้

ออกไซด์ของแลนทานัมถูกผสมกับทังสเตนเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติที่อุณหภูมิสูงสำหรับการเชื่อม TIGโดยใช้แทนธอร์เรียมซึ่งค่อนข้างอันตรายในการใช้งาน ผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันประเทศหลายอย่างยังใช้ธาตุแลนทานัม เช่นแว่นมองกลางคืนและเครื่องวัดระยะ เรดาร์ SPY -1ที่ใช้ใน เรือรบที่ติดตั้ง Aegis บางลำ และระบบขับเคลื่อนแบบไฮบริดของเรือพิฆาตชั้นArleigh Burkeล้วนใช้แม่เหล็กธาตุหายากในความสามารถที่สำคัญ^{[ 93 ]} ราคาของแลนทานัมออกไซด์ที่ใช้ในการแตกตัวเร่งปฏิกิริยาของของเหลวเพิ่มขึ้นจาก 5 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัมในช่วงต้นปี 2010 เป็น 140 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัมในเดือนมิถุนายน 2011 ^{[ 94 ]}

แลนทานอยด์ส่วนใหญ่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเลเซอร์และเป็นสารเจือปน (ร่วม) ในเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงแบบเจือปน ตัวอย่างเช่น ในเครื่องขยายสัญญาณใยแก้วนำแสงแบบเจือปน Er ซึ่งใช้เป็นตัวทวนสัญญาณในลิงก์การส่งสัญญาณใยแก้วนำแสงภาคพื้นดินและใต้น้ำที่ส่งข้อมูลอินเทอร์เน็ต องค์ประกอบเหล่านี้เบี่ยงเบน รังสี อัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดและมักใช้ในการผลิตเลนส์แว่นกันแดด การใช้งานอื่นๆ สรุปไว้ในตารางต่อไปนี้: ^{[ 95 ]}

สารประกอบเชิงซ้อน Gd( DOTA ) ถูกนำมาใช้ใน การ ถ่าย ภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

มีการเสนอให้ใช้สารผสมที่มีแลนทานอยด์ทั้งหมดซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาอะตอมเดี่ยวสำหรับการลดคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 ₎ ด้วยไฟฟ้า เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) โดยมีประสิทธิภาพฟาราเดย์มากกว่า 90% ^{[ 96 ]}

ไทเทเนียมออกไซด์ของแลนทานัมLn₂ที₂โอ₇มีศักยภาพในการจัดเก็บกากกัมมันตรังสีสารประกอบเหล่านี้สามารถรวมแอคติไนด์ กัมมันตรังสี ได้และยังคงทนต่อความเสียหายจากรังสี ความต้านทานนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นอสัณฐานวิกฤตของแลนทาไนด์แต่ละชนิด อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะเป็นอสัณฐานวิกฤตจะลดลงเมื่อรัศมีไอออนของแลนทาไนด์ลดลง ดังนั้น แลนทาไนด์ที่มีรัศมีไอออนเล็กกว่าจึงมีความต้านทานต่อรังสีสูงกว่าแลนทาไนด์ที่มีรัศมีไอออนใหญ่กว่า^{[ 97 ] [ 98 ]}

สารประกอบแลนทานอยด์สามารถใช้สำหรับการถ่ายภาพด้วยแสงได้ การใช้งานถูกจำกัดด้วยความไม่เสถียรของสารประกอบ^{[ 99 ]}

การใช้งานบางอย่างขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการเรืองแสงที่เป็นเอกลักษณ์ของคีเลตหรือคริปเตต ของ แลนทานัม^{[ 100 ] [ 101 ]}ซึ่งเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานนี้เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงสโตกส์ ขนาดใหญ่ และอายุการปล่อยแสงที่ยาวนานมาก (ตั้งแต่ไมโครวินาทีถึงมิลลิวินาที ) เมื่อเทียบกับฟลูออโรฟอร์แบบดั้งเดิม (เช่นฟลูออเรสซีนอัลโลไฟโคไซยา นิน ไฟโคเอริ ทรินและโรดามีน )

ของเหลวทางชีวภาพหรือซีรั่มที่ใช้กันทั่วไปในการวิจัยเหล่านี้ประกอบด้วยสารประกอบและโปรตีนหลายชนิดที่มีคุณสมบัติเรืองแสงตามธรรมชาติ ดังนั้น การใช้การวัดการเรืองแสงแบบคงที่แบบดั้งเดิมจึงมีข้อจำกัดอย่างมากในด้านความไวของการวิเคราะห์ สารเรืองแสงที่มีอายุยืนยาว เช่น แลนทานอยด์ เมื่อรวมกับการตรวจจับแบบแยกเวลา (ความล่าช้าระหว่างการกระตุ้นและการตรวจจับการปล่อยแสง) จะช่วยลดการรบกวนจากการเรืองแสงแบบฉับพลันได้

การตรวจวัดฟลูออเรสเซน ซ์แบบเวลาจำเพาะ (Time-resolved fluorometry หรือ TRF)ร่วมกับ การถ่ายโอนพลังงานเรโซแนนซ์แบบฟอร์สเตอร์ (Förster resonance energy transfer หรือ FRET)เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสำหรับนักวิจัยด้านการค้นพบยา: การถ่ายโอนพลังงานเรโซแนนซ์แบบฟอร์สเตอร์แบบเวลาจำเพาะ หรือ TR-FRET TR-FRET ผสานคุณสมบัติที่มีพื้นหลังต่ำของ TRF เข้ากับรูปแบบการวิเคราะห์แบบเอกพันธ์ของ FRET ส่งผลให้การวิเคราะห์มีความยืดหยุ่น ความน่าเชื่อถือ และความไวสูงขึ้น รวมถึงมีปริมาณงานที่สูงขึ้นและมีผลบวกเท็จ/ผลลบเท็จน้อยลง

วิธีนี้เกี่ยวข้องกับสารเรืองแสงสองชนิด ได้แก่ สารให้พลังงานและสารรับพลังงาน การกระตุ้นสารเรืองแสงที่เป็นตัวให้พลังงาน (ในกรณีนี้คือสารประกอบไอออนแลนทานอยด์) ด้วยแหล่งพลังงาน (เช่น หลอดไฟแฟลชหรือเลเซอร์) จะทำให้เกิดการถ่ายโอนพลังงานไปยังสารเรืองแสงที่เป็นตัวรับพลังงาน หากสารทั้งสองอยู่ใกล้กันในระยะที่กำหนด (เรียกว่ารัศมีของฟอร์สเตอร์ ) จากนั้นสารเรืองแสงที่เป็นตัวรับพลังงานจะปล่อยแสงออกมาที่ความยาวคลื่นเฉพาะของมัน

ธาตุแลนทานอยด์สองชนิดที่ใช้กันทั่วไปในการทดสอบทางชีววิทยาแสดงไว้ด้านล่าง พร้อมด้วยสีย้อมตัวรับที่เกี่ยวข้อง รวมถึงความยาวคลื่นการกระตุ้นและการปล่อยแสง และ ค่า การเลื่อนสโตกส์ ที่เกิดขึ้น (การแยกความยาวคลื่นการกระตุ้นและการปล่อยแสง)

ปัจจุบันมีงานวิจัยที่แสดงให้เห็นว่าธาตุแลนทานอยด์สามารถใช้เป็นสารต้านมะเร็งได้ บทบาทหลักของแลนทานอยด์ในงานวิจัยเหล่านี้คือการยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งซีเรียมและแลนทานัมได้รับการศึกษาถึงบทบาทในการเป็นสารต้านมะเร็ง

หนึ่งในองค์ประกอบเฉพาะจากกลุ่มแลนทานัมที่ได้รับการทดสอบและใช้งานคือซีเรียม (Ce) มีการศึกษาที่ใช้สารประกอบโปรตีน-ซีเรียมเพื่อสังเกตผลของซีเรียมต่อเซลล์มะเร็ง ความหวังคือการยับยั้งการแพร่กระจายของเซลล์และส่งเสริมความเป็นพิษต่อเซลล์^{[ 102 ]}ตัวรับทรานสเฟอร์รินในเซลล์มะเร็ง เช่น เซลล์มะเร็งเต้านมและเซลล์เยื่อบุผิวปากมดลูก ส่งเสริมการแพร่กระจายของเซลล์และความร้ายแรงของมะเร็ง^{[ 102 ]}ทรานสเฟอร์รินเป็นโปรตีนที่ใช้ในการขนส่งธาตุเหล็กเข้าสู่เซลล์และจำเป็นต่อการช่วยเซลล์มะเร็งในการจำลองดีเอ็นเอ ทรานสเฟอร์รินทำหน้าที่เป็นปัจจัยการเจริญเติบโตสำหรับเซลล์มะเร็งและขึ้นอยู่กับธาตุเหล็ก เซลล์มะเร็งมีระดับตัวรับทรานสเฟอร์รินสูงกว่าเซลล์ปกติมากและพึ่งพาธาตุเหล็กอย่างมากสำหรับการแพร่กระจาย^{[ 102 ]}

ในด้านการถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) มีการใช้สารประกอบที่มีแกโดลิเนียมอย่างแพร่หลาย^{[ 103 ]}

ลักษณะทางโฟโตไบโอโลยี กิจกรรมต้านมะเร็ง ต้านลูคีเมีย และต้านเอชไอวีของแลนทานอยด์กับคูมารินและสารประกอบที่เกี่ยวข้องได้รับการพิสูจน์โดยกิจกรรมทางชีวภาพของสารเชิงซ้อน^{[ 104 ]}

ซีเรียมแสดงผลลัพธ์เป็นสารต้านมะเร็งเนื่องจากมีโครงสร้างและชีวเคมีคล้ายคลึงกับเหล็ก ซีเรียมอาจจับกับทรานสเฟอร์รินแทนที่เหล็ก จากนั้นจึงถูกนำเข้าสู่เซลล์มะเร็งโดยเอนโดไซโทซิสที่อาศัยตัวรับทรานสเฟอร์ริน^{[ 102 ]}การจับของซีเรียมกับทรานสเฟอร์รินแทนที่เหล็กจะยับยั้งการทำงานของทรานสเฟอร์รินในเซลล์ ซึ่งจะสร้างสภาพแวดล้อมที่เป็นพิษต่อเซลล์มะเร็งและทำให้การเจริญเติบโตของเซลล์ลดลง นี่คือกลไกที่เสนอสำหรับผลของซีเรียมต่อเซลล์มะเร็ง แม้ว่ากลไกที่แท้จริงอาจซับซ้อนกว่าในการที่ซีเรียมยับยั้งการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน เซลล์มะเร็ง HeLaที่ศึกษาในหลอดทดลอง ความสามารถในการอยู่รอดของเซลล์ลดลงหลังจากได้รับการรักษาด้วยซีเรียมเป็นเวลา 48 ถึง 72 ชั่วโมง เซลล์ที่ได้รับการรักษาด้วยซีเรียมเพียงอย่างเดียวมีความสามารถในการอยู่รอดลดลง แต่เซลล์ที่ได้รับการรักษาด้วยทั้งซีเรียมและทรานสเฟอร์รินมีการยับยั้งการทำงานของเซลล์อย่างมีนัยสำคัญมากขึ้น^{[ 102 ]}

ธาตุเฉพาะอีกชนิดหนึ่งที่ได้รับการทดสอบและใช้เป็นสารต้านมะเร็งคือแลนทานัม โดยเฉพาะอย่างยิ่งแลนทานัมคลอไรด์ (LaCl3 ₎ไอออนของแลนทานัมใช้เพื่อส่งผลต่อระดับของ let-7a และไมโครอาร์เอ็นเอ miR-34a ในเซลล์ตลอดวงจรเซลล์ เมื่อไอออนของแลนทานัมถูกนำเข้าสู่เซลล์ในร่างกายหรือในหลอดทดลอง มันจะยับยั้งการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วและกระตุ้นให้เกิดอะพอพโทซิสของเซลล์มะเร็ง (โดยเฉพาะเซลล์มะเร็งปากมดลูก) ผลกระทบนี้เกิดจากการควบคุม let-7a และไมโครอาร์เอ็นเอโดยไอออนของแลนทานัม^{[ 105 ]}กลไกของผลกระทบนี้ยังไม่ชัดเจน แต่เป็นไปได้ว่าแลนทานัมทำงานในลักษณะเดียวกับซีเรียมและจับกับลิแกนด์ที่จำเป็นสำหรับการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็ง

เนื่องจากมีการกระจายตัวอย่างเบาบางในเปลือกโลกและความสามารถในการละลายในน้ำต่ำ แลนทานอยด์จึงมีปริมาณน้อยในชีวภาค และเป็นเวลานานที่ไม่เป็นที่ทราบกันว่าก่อตัวเป็นส่วนประกอบตามธรรมชาติของโมเลกุลทางชีวภาพใดๆ ในปี 2550 มีการค้นพบ เมทานอลดีไฮโดร จีเนสชนิดใหม่ ที่ใช้แลนทานอยด์เป็นโคแฟคเตอร์ ของเอนไซม์อย่างเคร่งครัด ในแบคทีเรียจากไฟลัมVerrucomicrobiotaชื่อMethylacidiphilum fumariolicumแบคทีเรียชนิดนี้พบว่าสามารถอยู่รอดได้ก็ต่อเมื่อมีแลนทานอยด์อยู่ในสิ่งแวดล้อม^{[ 106 ]} เมื่อเปรียบเทียบกับ ธาตุอื่นๆ ที่ไม่ใช่ธาตุอาหาร แลนทานอยด์ที่ไม่เป็นกัมมันตรังสีจัดอยู่ในกลุ่มที่มีความเป็นพิษต่ำ^{[ 25 ]}ความต้องการทางโภชนาการแบบเดียวกันนี้ยังพบในMethylorubrum extorquensและMethylobacterium radiotoleransด้วย

• แอกทิไนด์คือธาตุที่มีน้ำหนักมากกว่าในกลุ่มธาตุแลนทาไนด์
• ธาตุกลุ่มที่ 3
• โพรบแลนทานอยด์

• ฮอลแมน, อาร์โนลด์ เอฟ.; วิเบิร์ก, เอกอน; วิเบิร์ก, นิลส์ (2007) Lehrbuch der Anorganischen Chemie (ภาษาเยอรมัน) (102 เอ็ด) วอลเตอร์ เดอ กรอยเตอร์. ไอเอสบีเอ็น 978-3-11-017770-1.

• แบบจำลอง Sparkle ของแลนทานัมใช้ในเคมีเชิงคำนวณของสารประกอบเชิงซ้อนแลนทานัม
• สถิติและข้อมูลเกี่ยวกับแร่หายากของ USGS ถูกเก็บถาวรไว้เมื่อวันที่ 15 ตุลาคม 2545 ที่Wayback Machine
• อนา เดอ เบทเทนคอร์ต-ดิอาส: เคมีของแลนทานอยด์และวัสดุที่มีแลนทานอยด์เป็นองค์ประกอบ
• เอริค สเซอร์รี, 2007, ตารางธาตุ: เรื่องราวและความสำคัญของมัน,สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด, นิวยอร์ก, ISBN 9780195305739