Gadolin

Gadolin (Gd, łac. gadolinium) – pierwiastek chemiczny z grupy lantanowców o silnych własnościach ferromagnetycznych. Nazwany 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[a][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)PO
  4, zwany także piaskiem monacytowym;
• bastnezyt (Ce,La,Nd,Y,Pr)CO
  3F, dużo rzadszy niż monacyt.

Izotopy

Naturalnie występujący gadolin jest mieszaniną 5 izotopów stabilnych oraz 2 radioizotopów: 152
Gd ma czas połowicznego rozpadu ok. biliona lat, rozpadu 160
Gd nie zaobserwowano (teoretycznie powinien ulegać podwójnemu rozpadowi β do 160
Dy 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 153
Gd i 159
Gd jako wskaźniki promieniotwórcze. Trwałe izotopy 155
Gd i 157
Gd stosuje się w technice reaktorowej z uwagi na ich przekroje czynne pochłaniania neutronów termicznych (odpowiednio: 70 kb/atom, 160 kb/atom).

Tlenek gadolinu Gd
2O
3 umieszcza się w prętach kontrolnych reaktorów jądrowych i szkłach ochronnych, zaś borek gadolinu GdB
6 w prętach bezpieczeństwa i osłonach przed neutronami. Siarczany i inne związki gadolinu (np. gadobutrol^[7]) mają właściwości paramagnetyczne. Wykorzystuje się je jako kontrast w badaniach jądrowym rezonansem magnetycznym.

Tlenosiarczek gadolinu Gd
2O
2S domieszkowany terbem wykazuje zieloną fosforescencję. Jest stosowany w ekranach kineskopowych^[8] oraz jako scyntylator w obrazowaniu rentgenowskim^[9].

Gadolin jest wykorzystywany w stopach magnetokalorycznych, stosowanych w procesie rozmagnesowania adiabatycznego do uzyskiwania niskich temperatur^{[potrzebny przypis]}.

Inne właściwości

Ma dwie odmiany alotropowe. Krystalizuje w heksagonalnej, gęsto upakowanej formie α. W temperaturach powyżej 1235 °C przekształca się w formę β, o układzie regularnym ściennie centrowanym^[10].

Temperatura Curie gadolinu to 20 °C^[11].

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.