Gadolin

Gadolin (Gd, łac. gadolinium) – pierwiastek chemiczny z grupy lantanowców w układzie okresowym, posiadający silne własności ferromagnetyczne. Nazwa pochodzi od nazwiska fińskiego mineraloga i chemika Johana Gadolina. Został odkryty w 1880 r. przez Jeana Charles’a Galissarda de Marignac.

Gadolin

europ ← gadolin → terb
– ↑ Gd ↓ Cm 64 Gd
Wygląd
srebrzystobiały
Widmo emisyjne gadolinu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	gadolin, Gd, 64 (łac. gadolinium)
Grupa, okres, blok	–, 6, f
Stopień utlenienia	III
Właściwości metaliczne	lantanowiec
Właściwości tlenków	średnio zasadowe
Masa atomowa	157,25 ± 0,03[uwaga 1][1]
Stan skupienia	stały
Gęstość	7901 kg/m³
Temperatura topnienia	1313 °C[2]
Temperatura wrzenia	3273 °C[2]
Numer CAS	7440-54-2
PubChem	23982
Właściwości atomowe Promień • atomowy • van der Waalsa 188 (obl. 233) pm 111 pm (Gd3+) Konfiguracja elektronowa [Xe]4f75d16s2 Zapełnienie powłok 2, 8, 18, 25, 9, 2 (wizualizacja powłok) Elektroujemność • w skali Paulinga • w skali Allreda 1,20 1,11 Potencjały jonizacyjne I 593,4 kJ/mol II 1170 kJ/mol III 1990 kJ/mol
Właściwości fizyczne Ciepło parowania 359,4 kJ/mol Ciepło topnienia 10,05 kJ/mol Ciśnienie pary nasyconej 24,4 kPa (1585 K) Konduktywność 7,36×105 S/m Ciepło właściwe 230 J/(kg·K) Przewodność cieplna 10,6 W/(m·K) Układ krystalograficzny heksagonalny Twardość • w skali Mohsa 2,5 Prędkość dźwięku 2680 m/s (293,15 K) Objętość molowa 19,90×10−6 m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 150Gd {syn.} 1,8×106 lat α 146Sm 152Gd 0,20% 1,08×1014 lat α 2,205 148Sm 153Gd {syn.} 241,6 dni w.e. 0,103 0,098 0,069 153Eu 154Gd 2,18% stabilny izotop z 90 neutronami 155Gd 14,80% stabilny izotop z 91 neutronami 156Gd 20,47% stabilny izotop z 92 neutronami 157Gd 15,65% stabilny izotop z 93 neutronami 158Gd 24,84% stabilny izotop z 94 neutronami 159Gd {syn.} 18 godzin β− 0,948 0,958 159Tb 160Gd 21,28% >1,3×1021 lat β−β− 1,7 160Dy
Niebezpieczeństwa Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawie podanego źródła[3] Uwaga Zwroty H H261 Zwroty P P231+P232, P422 NFPA 704 Na podstawie podanego źródła[4] 0 0 1 W
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Występowanie

Gadolin występuje w skorupie ziemskiej w ilości 6 ppm (wagowo). Najważniejszymi minerałami gadolinu są:

• monacyt (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr)PO₄, zwany także piaskiem monacytowym;
• bastnezyt (Ce,La,Nd,Y,Pr)CO₃F, dużo rzadszy niż monacyt.

Ma kilka odmian alotropowych.

Izotopy

Naturalnie występujący gadolin jest mieszaniną 5 izotopów stabilnych oraz 2 radioizotopów, z których ¹⁵²Gd ma czas połowicznego rozpadu ok. bilion lat, a rozpadu ¹⁶⁰Gd nigdy nie zaobserwowano (teoretycznie powinien ulegać podwójnemu rozpadowi β do ¹⁶⁰Dy z T_½ >1,3×10²¹ lat)^[5]. Ponadto znanych jest 28 radioizotopów sztucznych o liczbach masowych od 136 do 169^[6].

Zastosowanie

Z izotopów sztucznych najszerzej wykorzystywane są ¹⁵³Gd i ¹⁵⁹Gd jako wskaźniki promieniotwórcze. Trwałe izotopy ¹⁵⁵Gd i ¹⁵⁷Gd stosuje się w technice reaktorowej, z uwagi na ich przekroje czynne na pochłanianie neutronów termicznych (odpowiednio: 70 kb/atom, 160 kb/atom).

Tlenek gadolinu Gd₂O₃ umieszcza się w prętach kontrolnych reaktorów jądrowych i szkłach ochronnych, zaś borek gadolinu GdB₆ w prętach bezpieczeństwa i osłonach przed neutronami. Siarczany i inne związki gadolinu mają właściwości paramagnetyczne – wykorzystuje się je jako kontrast w badaniach jądrowym rezonansem magnetycznym.

Tlenosiarczek gadolinu (Gd₂O₂S) domieszkowany terbem wykazuje zieloną fosforescencję i jest stosowany w ekranach CRT^[7] oraz jako scyntylator w obrazowaniu rentgenowskim^[8].

Gadolin wykorzystywany jest do tworzenia stopów magnetokalorycznych, stosowanych w procesie rozmagnesowania adiabatycznego do uzyskiwania niskich temperatur.

Związek gadolinu gadobutrol (nazwa handlowa: Gadovist) znajduje zastosowanie jako dożylny środek kontrastowy przy badaniu magnetycznym rezonansem jądrowym^[9].

Inne właściwości

Temperatura Curie gadolinu to 20 °C^[10].

Uwagi

1. Znane są próbki geologiczne, w których pierwiastek ten ma skład izotopowy odbiegający od występującego w większości źródeł naturalnych. Masa atomowa pierwiastka w tych próbkach może więc różnić się od podanej w stopniu większym niż wskazana niepewność. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.

Przypisy

1. ThomasT. Prohaska ThomasT. i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.).
2. David R.D.R. Lide David R.D.R. (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-14, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).
3. Gadolinium −40 mesh, 99% trace rare earth metals basis [online], karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich, 17 września 2021, numer katalogowy: 263060 [dostęp 2022-08-15]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
4. Gadolinium (nr 263060) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-04]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
5. F.A. Danevich, V.V. Kobychev, O.A. Ponkratenko, V.I. Tretyak, Yu.G. Zdesenko. Quest for double beta decay of ¹⁶⁰Gd and Ce isotopes. „Nuclear Physics A”. 694 (1–2), s. 375, 2001. DOI: 10.1016/S0375-9474(01)00983-6.
6. Universal Nuclide Chart. nucleonica. [dostęp 2011-05-02].
7. Nobuyuki Tsuda, Masaaki Tamatani, Fukaya Ajiro, Nagai Hitosi Projection CRT with a green emitting terbium activated lanthanum oxychloride phosphor exhibiting nearly constant light-output of elevated temperatures Patent US 5115306.
8. Edwin H. Land Photographic product having x-ray intensifier screen as an integral component of theimage receiving sheet Patent US 3185841.
9. Lesley J.L.J. Scott Lesley J.L.J., Gadobutrol: A Review in Contrast-Enhanced MRI and MRA, „Clin Drug Investig.”, 38 (8), 2018, s. 773–784, DOI: 10.1007/s40261-018-0674-9, PMID: 30006819, PMCID: PMC6153968.
10. CRC Handbook of Chemistry and Physics, David R.D.R. Lide (red.), wyd. 83, Boca Raton: CRC Press, 2002, s. 4-116, ISBN 978-0-8493-1556-5 (ang.).

Kontrola autorytatywna (pierwiastek chemiczny):

• LCCN: sh85052688
• GND: 4155786-4
• J9U: 987007555550305171

Encyklopedie internetowe:

• Britannica: science/gadolinium
• Treccani: gadolinio
• Universalis: gadolinium
• SNL: gadolinium
• Catalana: 0110874
• DSDE: gadolinium