Gadolinio
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| Generalità | |||||||||
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| Nome, Simbolo, Numero atomico | gadolinio, Gd, 64 | ||||||||
| Serie chimica | lantanidi | ||||||||
| Gruppo, Periodo, Blocco | --, 6, f | ||||||||
| Densità, Durezza | 7901 kg/m3, n.d. | ||||||||
| Aspetto | bianco argenteo Immagine mancante Gd,64.jpg aspetto del gadolinio | ||||||||
| Proprietà atomiche | |||||||||
| Peso atomico | 157,25 amu | ||||||||
| Raggio atomico (calc.) | 188 (233) pm | ||||||||
| Raggio covalente | nessun dato | ||||||||
| Raggio di van der Waals | nessun dato | ||||||||
| Configurazione elettronica | [Xe]6s25d14f7 | ||||||||
| elettroni (e-) per livello energetico | 2, 8, 18, 25, 9, 2 | ||||||||
| Stati di ossidazione | 3 (debolmente basico) | ||||||||
| Struttura cristallina | esagonale | ||||||||
| Proprietà fisiche | |||||||||
| Stato a temperatura ambiente | solido (ferromagnetico) | ||||||||
| Punto di fusione | 1585 K (1312°C) | ||||||||
| Punto di ebollizione | 3523 K (3250°C) | ||||||||
| Volume molare | 19,90 × 10-6 m3/mol | ||||||||
| Calore di evaporazione | 359,4 kJ/mol | ||||||||
| Calore di fusione | 10,05 kJ/mol | ||||||||
| Tensione di vapore | 2,44 × 104 Pa a 1585 K | ||||||||
| Velocità del suono | 2680 m/s a 293,15 K | ||||||||
| Varie | |||||||||
| Elettronegatività | 1,2 (scala di Pauling) | ||||||||
| Calore specifico | 230 J/(kg*K) | ||||||||
| Conducibilità elettrica | 7,36 × 105/m ohm | ||||||||
| Conducibilità termica | 10,6 W/(m*K) | ||||||||
| Energia di prima ionizzazione | 593,4 kJ/mol | ||||||||
| Energia di seconda ionizzazione | 1170 kJ/mol | ||||||||
| Energia di terza ionizzazione | 1990 kJ/mol | ||||||||
| Energia di quarta ionizzazione | 4250 kJ/mol | ||||||||
| Isotopi più stabili | |||||||||
| iso | NA | TD | DM | DE | DP | ||||
| 152Gd | 0,20% | 1,08 × 1014 anni | α | 2,205 | 148Sm | ||||
| 154Gd | 2,18% | Gd è stabile con 90 neutroni | |||||||
| 155Gd | 14,80% | Gd è stabile con 91 neutroni | |||||||
| 156Gd | 20,47% | Gd è stabile con 92 neutroni | |||||||
| 157Gd | 15,65% | Gd è stabile con 93 neutroni | |||||||
| 158Gd | 24,84% | Gd è stabile con 94 neutroni | |||||||
| 160Gd | 21,86% | 1,3 × 1021 anni | β-β- | n.d. | 160Dy | ||||
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iso = isotopo | |||||||||
Il gadolinio è l'elemento chimico di numero atomico 64. Il suo simbolo è Gd.
| Indice |
Caratteristiche
Il gadolinio è un metallo delle cosiddette terre rare; ha aspetto bianco-argenteo, è duttile e malleabile. Cristallizza a temperatura ambiente in una forma α esagonale compatta, scaldato a 1508 K si trasforma in una forma cristallina β cubica a corpo centrato.
A differenza degli altri lantanidi, il gadolinio è relativamente stabile all'aria, purché secca. In presenza di umidità, si copre rapidamente del proprio ossido che, scrostandosi, espone all'attacco nuove superfici di metallo vivo. Reagisce lentamente con l'acqua e si scioglie negli acidi diluiti.
Il gadolinio ha la sezione d'urto verso la cattura di neutroni termici più alta di qualsiasi materiale noto (49.000 barn), ma ha anche un'elevata velocità di esaurimento che ne limita l'utilità come materiale di fabbricazione delle barre di controllo dei reattori nucleari.
Il gadolinio diventa superconduttivo a temperature inferiori a 1,083 K. È fortemente magnetico a temperatura ambiente ed è l'unico metallo non appartenente al gruppo dei metalli di transizione a mostrare proprietà magnetiche.
Applicazioni
Il gadolinio viene usato per produrre granati all'ittrio-gadolinio, utilizzati nei dispositivi a microonde; sali di gadolinio sono impiegati anche per produrre fosfori per i televisori a colori.
Soluzioni di composti di gadolinio trovano impiego come mezzo di contrasto intravenoso nella risonanza magnetica nucleare a scopo diagnostico.
Il gadolinio viene inoltre usato per la produzione di compact disc e di dispositivi di memoria per computers. Trova infine impiego anche in sistemi di spegnimento di emergenza in reattori nucleari, in special modo in reattori di tipo CANDU.
Il gadolinio possiede insolite proprietà metallurgiche; per semplice addizione dell'1% di gadolinio al ferro, al cromo ed alle loro leghe se ne migliora la lavorabilità e la resistenza alle alte temperature ed all'ossidazione.
L'elevato momento magnetico del gadolinio e la sua bassa temperatura di Curie - vicina alla temperatura ambiente - rende il gadolinio idoneo alla realizzazione di sensori magnetici di temperatura.
Storia
Nel 1880, il chimico svizzero Jean Charles Galissard de Marignac osservò le linee spettrali del gadolinio in campioni di didimio e di gadolinite. Fu poi il francese Paul Émile Lecoq de Boisbaudran a separare la gadolinia (ovvero l'ossido digadolinio (III) dall'ittria di Mosander nel 1886. L'elemto puro è stato isolato solo in tempi relativamente recenti.
Come il minerale gadolinite, il gadolinio deve il suo nome al chimico e geologo finlandese Johan Gadolin.
Ruolo biologico
Il gadolinio non ha alcun ruolo biologico noto.
Disponibilità
Il gadolinio in natura non si trova allo stato nativo, ma solo combinato in minerali quali la gadolinite, la monazite e la bastnasite.
Viene preparato per scambio ionico ed estrazione in solvente, oppure per riduzione del suo fluoruro anidro con calcio metallico.
Composti
Tra i composti del gadolinio si annoverano:
Isotopi
Il gadolinio in natura si presenta come una miscel adi 5 isotopi stabili, 154Gd, 155Gd, 156Gd, 157Gd, 158Gd, e di due radioattivi, 152Gd e 160Gd. 158Gd è il più abbondante (24,84%).
Del gadolinio sono stati individuati 30 isotopi radioattivi, di cui il più stabile è 160Gd (emivita: 1,3 × 1021 anni), 152Gd (1,08 × 1014 anni) e 150Gd (1,79 × 106 anni). Tutti gli altri hano emivite inferiori a 74,7 anni e la maggior parte di essi inferiore a 24,6 secondi. Sono inoltre noti 4 metastati, i cui più stabili sono 143mGd (emivita: 110 secondi), 145mGd (85 secondi) e 141mGd (24,5 secondi).
La principale modelità di decadimento per gli isotopi più leggeri di 158Gd è la cattura elettronica con conversione in isotopi dell'europio; per quelli più pesanti è il decadimento beta con conversione in isotopi del terbio.
Precauzioni
Analogamente agli altri lantanidi, i composti del gadolinio sono considerati a tossicità medio-bassa, benché la loro tossicità non sia stata ancora studiata in dettaglio.
Collegamenti esterni
in inglese
- Los Alamos National Laboratory – Gadolinium
- WebElements.com – Gadolinium
- EnvironmentalChemistry.com – Gadolinium
- It's Elemental – Gadolinium