Gadolinium

Gadolinium
64 Gd
- ↑ Gd ↓ Cm Tableau p??riodique europium ← → gadolinium terbium
Apparence
blanc argent??
Propri??t??s g??n??rales
Nom, symbole, nombre	gadolinium, D.ieu, 64
Prononciation	/ ˌ ɡ ?? r?? ə l ɪ n Je ə m / GAD -ə--əm de LIN
??l??ment Cat??gorie	lanthanides
Groupe, p??riode, bloc	n / a, 6, fa
Poids atomique standard	157,25
Configuration ??lectronique	[ Xe ] 4f 7 5d 1 6s 2 2, 8, 18, 25, 9, 2
Histoire
D??couverte	Jean Charles Galissard de Marignac (1880)
Premier isolement	Lecoq de Boisbaudran (1886)
Propri??t??s physiques
Phase	solide
Densit?? (?? proximit?? rt)	7,90 g ?? cm -3
Liquid densit?? au mp	7,4 g ?? cm -3
Point de fusion	1585 K , 1312 ?? C, 2394 ?? F
Point d'??bullition	3546 K, 3273 ?? C, 5923 ?? F
La chaleur de fusion	10,05 kJ ?? mol -1
Chaleur de vaporisation	301,3 kJ ?? mol -1
Capacit?? thermique molaire	37,03 J ?? mol -1 ?? K -1
Pression de vapeur (calcul??)
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ?? T (K) 1836 2028 2267 2573 2976 3535
Propri??t??s atomiques
??tats d'oxydation	1, 2, 3 (mod??r??ment oxyde de base)
??lectron??gativit??	1,20 (??chelle de Pauling)
??nergies d'ionisation	1e: 593,4 kJ ?? mol -1
	2??me: 1170 kJ ?? mol -1
	3??me: 1990 kJ ?? mol -1
Rayon atomique	180 h
Rayon covalente	196 ?? 18 heures
Miscellan??es
Crystal structure	hexagonale compacte
Ordre magn??tique	ferromagn??tique / paramagn??tique transition ?? 293,4 K
R??sistivit?? ??lectrique	( rt) (α, poly) 1,310 μΩ ?? m
Conductivit?? thermique	10,6 W ?? m -1 ?? K -1
Dilatation thermique	(100 ?? C, α, le poly) 9,4 um / (m ?? K)
Vitesse du son (tige mince)	(20 ?? C) 2,680 m ?? s -1
Le module d'Young	(Formulaire de α) 54,8 GPa
Module de cisaillement	(Formulaire de α) 21,8 GPa
Module Bulk	(Formulaire de α) 37,9 GPa
Coefficient de Poisson	(Formulaire de α) 0,259
Duret?? Vickers	570 MPa
Num??ro de registre CAS	7440-54-2
La plupart des isotopes stables
Article d??taill??: Isotopes de gadolinium
iso N / A demi-vie DM DE ( MeV) DP 152 Gd 0,20% 1,08 ?? 10 14 y α 2,205 148 Sm 154 Gd 2,18% 154 D.ieu est stable avec 90 neutrons 155 Gd 14,80% 155 D.ieu est stable avec 91 neutrons 156 Gd 20,47% 156 D.ieu est stable avec 92 neutrons 157 Gd 15,65% 157 D.ieu est stable avec 93 neutrons 158 Gd 24,84% 158 D.ieu est stable avec 94 neutrons 160 Gd 21,86% > 1,3 ?? 10 21 y β - β - 1,729 160 Dy

Le gadolinium est un ??l??ment chimique avec le symbole Gd et de num??ro atomique 64. Ce est un blanc argent??, mall??able et ductile m??tal des terres rares. Il se trouve dans la nature que dans combin??e (sel) forme. Gadolinium a ??t?? d??tect?? pour la premi??re en 1880 par spectroscopie de Marignac qui se est s??par?? de son oxyde et est cr??dit?? de sa d??couverte. Il est nomm?? pour gadolinite, un des min??raux dans lequel il a ??t?? constat??, ?? son tour nomm?? pour chimiste Johan Gadolin. Le m??tal a ??t?? isol?? par Paul ??mile Lecoq de Boisbaudran en 1886.

Gadolinium m??tallique poss??de inhabituelles m??tallurgiques propri??t??s, dans la mesure o?? aussi peu que 1% de gadolinium peut am??liorer consid??rablement la maniabilit?? et la r??sistance ?? haute temp??rature oxydation du fer , du chrome , et associ??e alliages. Gadolinium comme un sel m??tallique ou a exceptionnellement ??lev?? absorption de neutrons et donc est utilis?? pour prot??ger des neutrons et en radiographie les r??acteurs nucl??aires. Comme la plupart des terres rares, le gadolinium forme trivalents ions qui ont des propri??t??s fluorescentes. Gd sels (III) ont donc ??t?? utilis??s comme luminophores verts dans diverses applications.

L'ion Gd (III) au cours de sels solubles dans l'eau est tr??s toxique pour les mammif??res. Cependant, Gd compos??s ch??lat??s (III) sont beaucoup moins toxiques parce qu'ils portent Gd (III) par les reins et sur le corps avant l'ion libre peut ??tre lib??r?? dans les tissus. En raison de sa propri??t??s paramagn??tiques, solutions de ch??late organique gadolinium des complexes sont utilis??s comme administr?? par voie intraveineuse agents de contraste IRM ?? base de gadolinium dans m??dical imagerie par r??sonance magn??tique. Cependant, dans une petite minorit?? de patients souffrant d'insuffisance r??nale, au moins quatre de ces agents ont ??t?? associ??s avec le d??veloppement de la maladie inflammatoire nodulaire rares fibrose syst??mique n??phrog??nique. Ceci est consid??r?? ??tre d?? ?? l'ion gadolinium elle-m??me, puisque les mol??cules de Gd (III) de support associ??s ?? la maladie diff??rent.

Caract??ristiques

Un ??chantillon de gadolinium

Propri??t??s physiques

Le gadolinium est un blanc argent?? mall??able et ductile m??tal des terres rares. Il cristallise dans hexagonale, serr??e forme α- ?? la temp??rature ambiante, mais, lorsqu'il est chauff?? ?? des temp??ratures sup??rieures ?? 1235 ?? C, il se transforme en sa forme β-, qui a une corps-centr?? structure cubique.

Gadolinium-157 a le plus haut neutrons thermiques capturer section entre des nucl??ides stables: 259000 granges. Seulement x??non-135 a une section transversale sup??rieure, 2000000 ??tables, mais qui est isotope instable.

Le gadolinium est ferromagn??tique ?? des temp??ratures inf??rieures ?? 20 ?? C (68 ?? F) et est fortement paramagn??tique au-dessus de cette temp??rature. Gadolinium d??montre une effet magn??tocalorique de sorte que sa temp??rature augmente quand il entre dans un champ magn??tique et diminue quand il quitte le champ magn??tique. La temp??rature abaiss??e ?? (5 ?? C (41 ?? F)) pour le gadolinium alliage Gd Er _{85 15,} et l'effet est nettement plus forte pour l'alliage Gd ₅ ( Si ₂ Ge _2), mais ?? une temp??rature beaucoup plus faible (<85 K (-188,2 ?? C; -306,7 ?? F)).

Atomes de gadolinium individuels ont ??t?? isol??s en les encapsulant dans mol??cules de fuller??ne et visualis??es avec Microscope ??lectronique ?? transmission. Atomes individuels et petits groupes Gd Gd ont ??galement ??t?? incorpor??es dans des nanotubes de carbone.

Propri??t??s chimiques

Le gadolinium se combine avec la plupart des ??l??ments pour former des d??riv??s de Gd (III). l'azote, le carbone, le soufre, le phosphore, le bore, le s??l??nium, le silicium et l'arsenic ?? des temp??ratures ??lev??es, en formant des compos??s binaires.

Contrairement ?? d'autres ??l??ments des terres rares, le gadolinium m??tallique est relativement stable ?? l'air sec. Toutefois, il ternit rapidement dans l'air humide, formant un l??che adh??rant gadolinium (III) oxyde (Gd ₂ O _3), qui ??clats, exposant plus de surface ?? l'oxydation.

4 Gd + 3 O ₂ → 2 Gd ₂ O ₃

Gadolinium est une forte l'agent, ce qui r??duit les oxydes de plusieurs m??taux dans leurs ??l??ments r??ducteur. Gadolinium est assez ??lectropositive et r??agit lentement avec l'eau froide et assez rapidement avec de l'eau chaude pour former l'hydroxyde de gadolinium:

2 Gd + 6 H ₂ O → 2 Gd (OH) ₃ + 3 H ₂

Gadolinium m??tal est attaqu?? facilement dilu?? par de l'acide sulfurique pour former des solutions contenant de l'incolore Gd (III), des ions qui existent en tant que [Gd (OH _{2)] 9} ³⁺ complexes:

2 Gd + 3 H ₂ SO ₄ + 18 H ₂ O 2 → [Gd (H ₂ O) _9] ³⁺ + 3 SO ₄ ^2- + 3 H ₂

Gadolinium m??tal r??agit avec les halog??nes (X ₂₎ ?? la temp??rature d'environ 200 ?? C:

2 Gd + 3 X ₂ → 2 GdX ₃

Les compos??s chimiques

Dans la grande majorit?? de ses compos??s, D.ieu adopte l' ??tat d'oxydation +3. Les quatre trihalog??nures sont connus. Tous sont blanc, sauf pour l'iodure, qui est jaune. Le plus souvent rencontr?? des halog??nures est gadolinium (III) chlorure (GdCl _3). L'oxyde se dissout dans les acides pour donner les sels, tels que gadolinium (III) nitrate.

Gadolinium (III), comme la plupart des ions lanthanides, formes complexes ?? forte nombres de coordination. Cette tendance est illustr??e par l'utilisation de l'agent ch??latant DOTA, un octa ligand dent??. Sels de [Gd (DOTA)] ^- sont utiles dans imagerie par r??sonance magn??tique. Une vari??t?? de complexes chelates connexes ont ??t?? d??velopp??es, y compris gadodiamide.

Compos??s de gadolinium r??duits sont connus, en particulier ?? l'??tat solide. Gadolinium halog??nures (II) sont obtenus par chauffage Gd (III) en pr??sence des halog??nures m??talliques D.ieu dans des conteneurs de tantale. Le gadolinium font ??galement sesquichlorure Gd ₂ Cl _3, qui peut ??tre encore r??duit ?? GdCl par recuit ?? 800 ?? C. Ce gadolinium (I) chlorure formes plaquettes avec une structure de type graphite en couches.

Isotopes

Naturellement gadolinium survenant est compos?? de six stables isotopes , ¹⁵⁴ Gd, Gd ^{155, 156} Gd, Gd ^{157, 158} et ¹⁶⁰ Gd Gd, et une radio-isotope, ¹⁵² Gd, avec ¹⁵⁸ Gd ??tant le plus abondant (24,84% abondance naturelle). Le double d??sint??gration b??ta pr??vue de ¹⁶⁰ D.ieu n'a jamais ??t?? observ?? (la limite inf??rieure que sur sa demi-vie de plus de 1,3 ?? 10 ²¹ ann??es a ??t?? mis exp??rimentalement).

Vingt-neuf des radio-isotopes ont ??t?? caract??ris??s, avec le plus stable ??tant ¹⁵² Gd (naturellement) avec une demi-vie de 1,08 ?? 10 ¹⁴ ann??es, et ¹⁵⁰ Gd avec une demi-vie de 1,79 ?? 10 ⁶ ann??es d??composition alpha. Tous les isotopes radioactifs restants ont des demi-vies de moins de 74,7 ann??es. La majorit?? d'entre eux ont des demi-vies de moins de 24,6 secondes. isotopes de gadolinium ont 4 m??tastable isom??res, avec l'??tre le plus stable ^143m Gd (T _?? = 110 secondes), ^145m Gd (T _?? = 85 secondes) et ^141m Gd (T _?? = 24,5 secondes).

Isotopes avec masses atomiques inf??rieurs ?? la isotope stable le plus abondant, ¹⁵⁸ Gd, principalement par l'interm??diaire de d??croissance capture d'??lectrons ?? Eu ( europium ) isotopes. Au masses atomiques plus ??lev??s, le primaire mode de d??sint??gration est d??sint??gration b??ta, et les produits primaires sont Tb ( terbium ) isotopes.

Histoire

Gadolinium est nomm?? du min??ral gadolinite, ?? son tour nomm?? pour finlandaise chimiste et g??ologue Johan Gadolin. En 1880, Swiss chimiste Jean Charles Galissard de Marignac observ?? lignes spectroscopiques en raison de gadolinium dans des ??chantillons de gadolinite (qui contient en fait relativement peu de gadolinium, mais assez pour montrer un spectre), et le min??ral s??par??e cerite. Le dernier min??ral se est av??r?? contenir beaucoup plus de l'??l??ment avec la nouvelle ligne spectrale, et Jean Charles Galissard de Marignac fini par se s??parer un oxyde min??ral de cerite qu'il a r??alis?? est l'oxyde de ce nouvel ??l??ment. Il a nomm?? l'oxyde " gadolinium. "Parce qu'il a r??alis?? que" gadolinium "??tait l'oxyde d'un nouvel ??l??ment, il est cr??dit?? de d??couverte de gadolinium. Fran??ais chimiste Paul ??mile Lecoq de Boisbaudran effectivement r??alis??e la s??paration du gadolinium m??tal du gadolinium, en 1886.

Occurrence

Gadolinite

Le gadolinium est un constituant dans de nombreux min??raux tels que monazite et bastn??site, qui sont des oxydes. Le m??tal est trop r??actif pour exister naturellement. Ironiquement, comme indiqu?? ci-dessus, le min??ral gadolinite contient en fait que des traces de D.ieu. L'abondance dans la cro??te terrestre est d'environ 6,2 mg / kg. Les principales zones mini??res sont la Chine, Etats-Unis, le Br??sil, le Sri Lanka, l'Inde et l'Australie avec des r??serves devrait d??passer un million de tonnes. La production mondiale de gadolinium pur est d'environ 400 tonnes par an.

Production

Gadolinium est produit ?? la fois de la monazite et bastn??site.

1. Min??raux broy??s sont extraits avec chlorhydrique ou l'acide sulfurique , qui convertit les oxydes insolubles en chlorures ou des sulfates solubles.
2. Les filtrats acides sont partiellement neutralis??s avec de la soude caustique ?? pH 3-4. thorium pr??cipite comme l'hydroxyde et est retir??e.
3. La solution restante est trait??e avec oxalate d'ammonium pour convertir les terres rares pour leur insoluble oxalates. Les oxalates sont convertis en oxydes par chauffage.
4. Les oxydes sont dissous dans de l'acide nitrique qui exclut l'un des principaux composants, le c??rium , dont l'oxyde est insoluble dans HNO _3.
5. La solution est trait??e avec le nitrate de magn??sium pour produire un m??lange cristallis?? de doubles sels de gadolinium, le samarium et l'europium .
6. Les sels sont s??par??s par Chromatographie d'??change d'ions.
7. Les ions de terre rare sont ensuite lav??es de fa??on s??lective par un agent complexant appropri??.

Gadolinium m??tal est obtenu ?? partir de son oxyde ou de sels par chauffage avec du calcium ?? 1450 ?? C sous atmosph??re d'argon. Sponge gadolinium peut ??tre produit en r??duisant fondu GdCl ₃ avec un m??tal appropri?? ?? des temp??ratures inf??rieures 1312 ?? C (point de fusion de D.ieu) dans une pression r??duite.

Applications

Gadolinium n'a pas les applications ?? grande ??chelle, mais a une vari??t?? d'utilisations sp??cialis??es.

Gadolinium a neutron section la plus ??lev??e parmi tous les nucl??ides stables:. 61 000 ¹⁵⁵ granges pour D.ieu et granges 259 000 pour ^{157 157} Gd Gd a ??t?? utilis??e pour cibler les tumeurs dans la th??rapie de neutrons. Cet ??l??ment est tr??s efficace pour une utilisation avec neutronographie et blindage les r??acteurs nucl??aires. Il est utilis?? comme une mesure d'arr??t secondaire, d'urgence dans certains r??acteurs nucl??aires, en particulier de la Type CANDU. Le gadolinium est ??galement utilis?? dans syst??mes de propulsion marins nucl??aires comme un poison consommable.

Gadolinium poss??de ??galement inhabituelles m??tallurgiques propri??t??s, avec aussi peu que 1% de gadolinium am??lioration de l'aptitude au fa??onnage et la r??sistance de fer , de chrome , et est associ??e les alliages ?? des temp??ratures ??lev??es et l'oxydation.

Gadolinium est paramagn??tique ?? temp??rature ambiante, avec un point de Curie ferromagn??tique de 20 ?? C. Des ions paramagn??tiques tels que le gadolinium, se d??placent diff??remment dans un champ magn??tique. Ce trait fait gadolinium utile pour l'imagerie par r??sonance magn??tique (IRM). Solutions de bio gadolinium et les compos??s complexes de gadolinium sont utilis??s comme intraveineuse Agent de contraste IRM pour rehausser l'image m??dicale imagerie par r??sonance magn??tique et angiographie par r??sonance magn??tique (ARM) des proc??dures. Magnevist est l'exemple le plus r??pandu. Nanotubes emball??s avec gadolinium, surnomm?? "gadonanotubes," sont 40 fois plus efficace que cet agent traditionnelle de contraste ?? base de gadolinium. Une fois inject??, des agents de contraste ?? base de gadolinium se accumulent dans les tissus anormaux du cerveau et du corps. Cette accumulation fournit un plus grand contraste entre les tissus normaux et anormaux, ce qui permet aux m??decins de mieux localiser excroissances et tumeurs des cellules rares.

Le gadolinium en tant que substance luminescente est aussi utilis?? dans d'autres images. En Syst??mes ?? rayons X, le gadolinium est contenu dans la couche de phosphore, en suspension dans une matrice de polym??re au niveau du d??tecteur. Terbium - dop??e oxysulfure de gadolinium (Gd ₂ O ₂ S: Tb) ?? la couche de luminophore convertit les rayons X lib??r??es de la source dans la lumi??re. Ce mat??riau ??mettant de la lumi??re verte ?? 540 nm due ?? la pr??sence de Tb ^3+, qui est tr??s utile pour am??liorer la qualit?? de l'imagerie. La conversion de l'??nergie de Gd est jusqu'?? 20%, ce qui signifie qu'un cinqui??me des rayons X frappant la couche de substance fluorescente peut ??tre converti en photons lumineux. Oxyorthosilicate de gadolinium (Gd ₂ SiO _5, BSG, le plus souvent dop?? par 0,1 ?? 1% de Ce ) est un monocristal qui est utilis?? en tant que scintillateur en imagerie m??dicale tels que tomographie par tomographie par ??mission ou pour la d??tection des neutrons.

compos??s de gadolinium sont aussi utilis??s pour la fabrication de vert luminophores pour la couleur TV tubes, et dans la fabrication de disques compacts .

Gadolinium-153 est produit dans un r??acteur nucl??aire ?? partir de l'europium ??l??mentaire ou des cibles de gadolinium enrichi. Elle a une demi-vie de 240 ?? 10 jours et ??met un rayonnement gamma avec de forts pics ?? 41 keV et 102 keV. Il est utilis?? dans de nombreuses applications d'assurance qualit??, telles que les sources de ligne et de fant??mes d'??talonnage, afin de se assurer que les syst??mes d'imagerie en m??decine nucl??aire fonctionnent correctement et produisent des images utiles de la distribution de radio-isotopes ?? l'int??rieur du patient. Il est ??galement utilis?? comme source de rayons gamma dans des mesures d'absorption des rayons X ou ?? jauges de densit?? osseuse pour d??pistage de l'ost??oporose, ainsi que dans le syst??me d'imagerie ?? rayons X portable Lixiscope.

Le gadolinium sert ?? faire gadolinium grenat d'yttrium (Gd: Y ₃ Al ₅ O _12); ??a a des applications micro-ondes et est utilis?? dans la fabrication de divers composants optiques et en tant que mat??riau de substrat pour les films magn??to-optiques.

Gadolinium grenat de gallium (GGG, Gd ₃ Ga ₅ O ₁₂₎ a ??t?? utilis?? pour les diamants d'imitation et pour l'ordinateur la m??moire ?? bulles.

R??le biologique

Gadolinium n'a aucun r??le biologique indig??ne connue, mais ses compos??s sont utilis??s comme outils de recherche en biom??decine. Les compos??s ^de Gd sont des composants de Agents de contraste IRM. Il est utilis?? dans diverses ion exp??riences d'??lectrophysiologie canal pour bloquer les canaux de fuite de sodium et ??tendent les canaux ioniques activ??s.

S??curit??

Comme un ion libre, le gadolinium est rapport?? souvent hautement toxiques, mais les agents de contraste d'IRM sont ch??lat?? compos??s et sont consid??r??s comme suffisamment s??r pour ??tre utilis?? dans la plupart des personnes. Ions gadolinium libre toxicit?? chez les animaux est due ?? interf??rer avec un certain nombre de processus d??pendant canal calcium ionique. La dose l??tale ?? 50% est d'environ 100 ?? 200 mg / kg. Aucune toxicit?? prolong??es ont ??t?? rapport??s apr??s une exposition ?? faible dose ?? des ions de gadolinium. Les ??tudes de toxicit?? chez les rongeurs, mais montrent que la ch??lation de gadolinium (ce qui am??liore ??galement la solubilit??) diminue sa toxicit?? ?? l'??gard de l'ion libre par au moins un facteur de 100 (ce est ?? dire, la dose l??tale pour les Gd-chelate augmente de 100 fois) . On pense donc que la toxicit?? clinique des agents de contraste Gd chez l'homme d??pend de la force de l'agent ch??latant; Cependant cette recherche ne est pas encore compl??te. Environ une douzaine de diff??rents agents Gd-ch??lat?? ont ??t?? approuv??s comme agents de contraste IRM ?? travers le monde.

Gadolinium agents de contraste IRM ont prouv?? plus s??r que les agents de contraste iod??s utilis??s en radiographie aux rayons X ou tomodensitom??trie. Des r??actions anaphylacto??des sont rares, survenant chez environ 0,03-0,1%.

Bien que les agents de gadolinium sont av??r??es utiles pour les patients atteints d'insuffisance r??nale, chez les patients atteints d'insuffisance r??nale s??v??re n??cessitant une dialyse, il ya un risque de maladies rares mais graves, appel?? la fibrose n??phrog??nique syst??mique (NSF) ou dermopathie n??phrog??nique fibrosante, qui a ??t?? li??e ?? l'utilisation de quatre agents de contraste IRM contenant du gadolinium. Les maladies ressemble scl??romyx??d??me et dans une certaine mesure, la scl??rodermie. Il peut se produire mois apr??s contraste a ??t?? inject??. Son association avec gadolinium et non la mol??cule porteuse est confirm??e par son apparition ?? partir de mati??res de contraste gadolinium dans lequel est port?? par tr??s diff??rentes mol??cules porteuses.

Les lignes directrices actuelles dans le ??tats-Unis sont que les patients de dialyse ne devraient recevoir des agents de gadolinium o?? essentiel et ?? envisager d'effectuer un contraste iod?? CT am??lior??e lorsque cela est possible. Si un contraste am??lior?? IRM doit ??tre effectu??e sur un patient sous dialyse, il est recommand?? que certains agents de contraste ?? haut risque ??tre ??vit??es et une dose plus faible que prises en consid??ration. L'American College of Radiology recommande contraste am??lior?? examens IRM ??tre effectu??s aussi pr??s que possible avant la dialyse par mesure de pr??caution, m??me si cela n'a pas ??t?? prouv?? de r??duire la probabilit?? de d??velopper la NSF.