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 |
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| 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 |
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Il gadolinio è l'elemento chimico di numero atomico 64. Il suo simbolo è Gd.
Indice |
[modifica] 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.
[modifica] 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.
Lo ione Gd3+ è paramagnetico, perché ha 7e- spaiati nell'orbitale 4f (il che rende conto della sensazionale stabilità dello ione), è quindi usato in soluzione, complessato da leganti ciclici poliamminopolicarbossilici, 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.
[modifica] 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 Emile Lecoq de Boisbaudran a separare la gadolinia (ovvero l'ossido di gadolinio (III) dall'ittria di Mosander nel 1886. L'elemento 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.
[modifica] Ruolo biologico
Il gadolinio non ha alcun ruolo biologico noto.
[modifica] Biochimica del Gadolinio
Come ione Gd3+, il gadolinio è un acido di Lewis duro e ennacoordinato, caratteristica che lo rende eccezionalmente affine a basi come H2O ed OH-. La prima rende conto della difficoltà di lavorazione metallorganica dello ione in soluzione, la seconda della sua tossicità: a pH fisiologico e in presenza di fosfati liberi, precipita come idrossido (gelatinoso incolore) e come fosfato (bianco polveroso). I complessi carichi vengono eliminati con le urine, inoltre, non sono in grado di attraversare la barriera ematoencefalica integra, ma solo quando è interrotta o alterata nella sua permeabilità (lesione neoplastiche, demielinizzazioni recenti, flogosi); anche per questo vengono utilizzati come mezzo di contrasto in risonanza magnetica.
[modifica] Mezzo di contrasto per MRI
La presenza di un centro paramagnetico, influenza i tempi di riallineamento del vettore magnetizzazione dei protoni dell'acqua, la cui risonanza è misurata nella MR a scopo diagnostico. Dal momento che le lesioni neoplastiche sono più ricche di acqua rispetto alle zone circostanti e che il mezzo di contrasto tende a stabilirvisi, ne risulterà un'immagine più nitida.
Sono molti i fattori che influenzano l'efficacia del mezzo di contrasto; essi cambiano la loro influenza sulla relassività dei protoni a seconda della posizione del protone stesso rispetto al centro paramagnetico (sfera interna o coordinazione diretta; sfera esterna o interazioni non covalenti). Ne ricordiamo alcuni: la distanza protone-Gd (più breve è la distanza più velocemente il vettore magnetizzazione si riorienterà), il tempo di vita dell'acqua legata (più protoni subiscono l'influenza diretta del Gd, più saranno i vettori riorientati rapidamente).
Per questo sono stati messi a punto dei leganti azamacrociclici poliamminopolicarbossilici che, con una cinetica lentissima, riescono a complessare 8 dei 9 siti di coordinazione dello ione. Portano però problemi di ingombro sterico, rendendo, talvolta, difficilmente accessibile l'unica molecola d'acqua di coordinazione. Il capostipite è il DOTA (come sale megluminico dell'acido gadoterico), con i suoi derivati liposomiali, come il DOTA.DSA, che hanno una funzione con una doppia coda lipofila, simile a quella dei fosfolipidi.
Un altro tipo di leganti utilizzati sono il il DTPA (acido dietilen-triamino-pentacetico o acido pentetico)a formare il Gd-DTPA (sale dimegluminico dell'acido gadopentetico). DTPA e i suoi derivati, come il MS-325, contenenti una struttura lipofila.
[modifica] 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.
[modifica] Composti
Tra i composti del gadolinio si annoverano:
[modifica] 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 hanno 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.
[modifica] 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. I sali di gadolinio sono irritanti della cute e delle mucose. Per la sua tossicità, quando è usato come mezzo di contrasto paramagnetico in risonanza magnetica, viene legato a un composto chelante
[modifica] Collegamenti esterni
in inglese
- Los Alamos National Laboratory – Gadolinium
- WebElements.com – Gadolinium
- EnvironmentalChemistry.com – Gadolinium
- It's Elemental – Gadolinium
in italiano
