Gadolinium
Gadolinium is een scheikundig element met symbool Gd en atoomnummer 64. Het is een zilverwit lanthanide.
Inhoud |
[bewerk] Ontdekking
In 1880 merkte de Zweedse chemicus Jean Charles Galissard de Marignac op dat het materiaal dat in die tijd bekend stond als didymium en het mineraal gadoliniet een overeenkomende spectrumlijn vertoonde, die later werd toegeschreven aan gadolinium. In 1886 isoleerde Paul Émile Lecoq de Boisbaudran voor het eerst gadoliniumoxide uit het mineraal. Het duurde echter tot het begin van de 20e eeuw voordat Georges Urbain metallische gadolinium kon isoleren. Deze Franse chemicus heeft tussen 1895 en 1912 een aantal elementen voor het eerst kunnen isoleren door middel van fractionele destillatie.
Gadolinium is vernoemd naar de Finse chemicus en geoloog Johan Gadolin.
[bewerk] Toepassingen
Zowel in de industrie als in de medische wetenschap wordt gadolinium gebruikt voor uiteenlopende toepassingen:
- In magnetrons worden gadolinium yttrium granaten gebruikt.
- In televisies wordt gadolinium gebruikt ter activering van fosfor.
- In meerdere legeringen wordt gedolinium gebruikt om eigenschappen van metalen te verbeteren.
- Compact discs bevatten gedolinium.
- Bij betrekkelijk hoge temperaturen krijgen sommige gadolinium legeringen supergeleidende eigenschappen; gadolinium zelf wordt supergeleidend bij 1,083 K.
Voor het maken van MRI scans krijgen patiënten gadolinium verbindingen als contrastmiddel geinjecteerd om de beelden te verbeteren.
[bewerk] Opmerkelijke eigenschappen
Gadolinium is een zilverwit buigzaam en makkelijk te vervormen metaal met een metallieke glans. Bij standaard temperatuur en druk heeft het een compacte hexagonale kristalvorm in alfa vorm. Bij verhitting boven 1535 K veranderd dat in de lichaamscentrische kubische beta vorm. Gadolinium reageert minder makkelijk met zuurstof dan de meeste andere lanthaniden. Het reageert langzaam met water en lost op in de meeste verdunde zuren.
Gadolinium heeft een elektronenconfiguratie [Xe]4f75d16s2. Zoals de meeste elementen van de lanthanide-reeks heeft het de neiging de drie buitenste elektronen af te staan (gadoliniumchemie wordt hier geheel door beheerst). Het vormt Gd3+ ionen met een [Xe]4f7 configuratie. Hiermee is de f-schil precies halfvol. Volgens de regel van Hund heeft de hoge spin toestand met alle elektronenspins parallel en spinquantumgetal S=7/2 de laagste energie. Dit is het hoogste spinquantumgetal van enig ion.
In het element kunnen de magnetische momenten van de individuele atomen koppelen. Gadolinium is daarom een ferromagnetisch metaal zoals ijzer en kobalt. Hoewel het magnetisch moment bijzonder groot is, is de koppeling niet bijzonder sterk. Het Curiepunt ligt rond kamertemperatuur.
Een oplossing van gadolinium complex (met DPTA) vindt medische toepassing. Het wordt aan vermoedelijke kanker patiënten gegeven. Het complex heeft de neiging bij voorkeur zich in het kankerweefsel te nestelen. Vanwege het grote paramagnetische moment van het Gd3+ ion maakt dit deze weefsels veel beter zichbaar in een MRI-scan. Na afloop van het onderzoek wordt het complex geleidelijk door de nieren uitgescheiden.
[bewerk] Verschijning
In de natuur komt gadolinium niet voor als vrij element, maar het komt voor in meerdere mineralen waarin ook andere lanthaniden worden aangetroffen zoals gadoliniet, monaziet en bastnasiet. De meeste gebruikte isolatiemethode is reductie van watervrij gadoliniumfluoride met calcium.
[bewerk] Isotopen
| Meest stabiele isotopen | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Iso | RA (%) | Halveringstijd | VV | VE (MeV) | VP |
| 148Gd | syn | 74,6 j | α | 3,271 | 144Sm |
| 150Gd | syn | 1.79×106 j | α | 2,809 | 146Sm |
| 152Gd | syn | 1.08×1014 j | α | 2,205 | 148Sm |
| 154Gd | 2,18 | stabiel met 90 neutronen | |||
| 155Gd | 14,80 | stabiel met 91 neutronen | |||
| 156Gd | 20,47 | stabiel met 92 neutronen | |||
| 157Gd | 15,65 | stabiel met 93 neutronen | |||
| 158Gd | 24,84 | stabiel met 94 neutronen | |||
| 160Gd | 21,86 | stabiel met 96 neutronen | |||
Gadolinium komt in zes stabiele isotopen voor in de natuur. Daarnaast komt er één radioactieve isotoop voor met een halfwaardetijd van 1.08×1014 jaar. In totaal zijn er 30 radioisotopen bekend.
[bewerk] Toxicologie en veiligheid
Van gadolinium is bekend dat het leverschade kan aanrichten bij langdurige blootstelling. Aangezien het gebruik van gadolinium groeit (bv in televisie's) is dat een belangrijke reden om het materiaal zorgvuldig te behandelen.
| Scheikundige Elementen en Isotopen |
| Periodiek systeem: Standaard | Alternatief | Elektronenconfiguratie |
| Isotopentabel: Op element: Compleet | In delen | Op atoommassa |
| Lijst met elementen: Op naam | Op symbool | Op nummer |
