64 Gd Gadolinio 157.25
Lantanoide f-block Period 6

Gadolinio

Gd · Element 64

The rare earth with the greatest neutron capture cross-section of any stable nuclide.

STATO A 20°C solido
MASSA ATOMICA 157.25 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s²

Struttura

L'atomo di gadolinio

Non è un diagramma di punti su anelli, ma un campionamento Monte Carlo della densità di probabilità effettiva |ψ|² per ogni sottolivello occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il viola indicano segni opposti della funzione d'onda, rendendo possibile il legame.

Nuvola orbitale

Valori misurati

Scheda delle proprietà

Ogni barra mostra dove si colloca gadolinio tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.

Fisico

Densità 7.9 g/cm³ 50%
Punto di Fusione 1585 K 66%
Punto di Ebollizione 3546 K 75%
Calore specifico 0.236 J/g·K
Conduttività Termica 10.5 W/m·K 28%

Atomico

Raggio Atomico 178 pm 64%
Raggio covalente 196 pm
Raggio di van der Waals 237 pm

Elettronico

Elettronegatività 1.2 19%
energia di ionizzazione 593.4 kJ/mol 30%
Affinità Elettronica

Presenza

Abbondanza nella crosta 6.2 mg/kg 66%

Identità

SimboloGd
Numero atomico64
Massa atomica157.25 u
CategoriaLantanoide
Bloccof
Struttura cristallinaimpaccamento esagonale compatto
Stati di ossidazione+3
Scoperto1880
Scoperto daJean Charles Galissard de Marignac

Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati da ~ sono predetti anziché misurati.

Dimensioni, in scala

How big is a gadolinio atom?

Radius 178 pm — that is 0.178 nm, so about 2809 million of them side by side would span a millimetre.

Intervallo termico

Solid, liquid, gas — and when

Gadolinio is liquid over a 1961 K window, from 1585 K to 3546 K.

Dove si trova

Posizione nella tavola

Gadolinio sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER LANTANOIDI

All lantanoidi

La storia

Che cos'è gadolinio e come lo abbiamo scoperto

The rare earth with the greatest neutron capture cross-section of any stable nuclide.

The discovery of gadolinio

🏛️ Risultato scientifico svizzero

Jean Charles Galissard de Marignac (1880)

Jean Charles Galissard de Marignac, chimico svizzero, scoprì il gadolinio analizzando il minerale gadolinite proveniente da Ytterby, in Svezia. Il suo meticoloso lavoro analitico rivelò prove spettroscopiche dell'esistenza di un nuovo elemento delle terre rare.

Analisi sistematica dei minerali

Marignac sottopose campioni di gadolinite a procedure sistematiche di frazionamento, utilizzando tecniche di precipitazione e cristallizzazione per separare diversi componenti delle terre rare. Il suo approccio metodico concentrò gradualmente l'elemento sconosciuto.

Conferma spettroscopica

Utilizzando apparecchiature spettroscopiche avanzate, Marignac identificò righe di assorbimento caratteristiche che non potevano essere attribuite a elementi noti. Queste impronte spettrali fornirono la prova definitiva di un nuovo elemento nella serie delle terre rare.

Verifica indipendente

Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran confermò indipendentemente la scoperta di Marignac nel 1886, isolando il gadolinio da diverse fonti minerali e verificandone le proprietà uniche attraverso tecniche analitiche complementari.

Etimologia del nome

Il gadolinio prende il nome dal minerale gadolinite, a sua volta dedicato al chimico finlandese Johan Gadolin, pioniere della ricerca sugli elementi delle terre rare. Questa convenzione di denominazione rifletteva la natura interconnessa delle scoperte degli elementi delle terre rare.

Produzione del metallo puro

Il metallo gadolinio puro non fu isolato con successo fino al 1935 mediante metodi di distillazione. L'intervallo di 55 anni tra la scoperta e l'isolamento evidenzia le difficoltà tecniche della purificazione dei metalli delle terre rare.

Sviluppo commerciale

Il gadolinio rimase principalmente di interesse accademico fino agli anni 1960, quando lo sviluppo della tecnologia nucleare e i progressi della diagnostica per immagini crearono una domanda commerciale per le proprietà uniche dell'elemento.

Retaggio scientifico

  • Avanzamento della metodologia della chimica analitica
  • Tecniche di separazione degli elementi delle terre rare
  • Perfezionamento dell'analisi spettroscopica
  • Protocolli sistematici di indagine mineralogica
🎓 Impatto educativo: I metodi di scoperta di Marignac divennero parte integrante dei programmi standard di chimica analitica, formando generazioni di scienziati nell'identificazione sistematica degli elementi.

Applicazioni

A cosa serve gadolinio

🏥 Pioniere della tecnologia medica

Il gadolinio combina proprietà magnetiche uniche con caratteristiche nucleari essenziali, rendendolo indispensabile per la diagnostica per immagini moderna, la tecnologia nucleare e la scienza dei materiali avanzati. La sua eccezionale capacità di assorbimento dei neutroni e il comportamento paramagnetico sono alla base di applicazioni fondamentali in numerosi settori.

Risonanza magnetica per immagini (MRI)

Gli agenti di contrasto a base di gadolinio rivoluzionano la diagnostica per immagini migliorando il contrasto dei tessuti nelle scansioni MRI. Questi agenti aumentano l'accuratezza diagnostica per i tumori cerebrali, le malattie cardiovascolari e le patologie infiammatorie, consentendo una diagnosi più precoce e risultati terapeutici migliori.

Sistemi di controllo dei reattori nucleari

Il gadolinio possiede la più alta sezione d'urto di cattura dei neutroni termici tra tutti gli elementi, rendendolo essenziale per i sistemi di sicurezza dei reattori nucleari. Le barre di controllo al gadolinio consentono un controllo preciso della reattività e l'arresto di emergenza nelle centrali nucleari commerciali.

Sviluppo di leghe avanzate

Le leghe arricchite con gadolinio migliorano le proprietà magnetiche dei magneti permanenti, dei componenti elettronici e dei macchinari specializzati. Queste leghe mantengono la forza magnetica a temperature elevate e resistono alla smagnetizzazione sotto stress.

Tecnologia per il rilevamento dei neutroni

I rivelatori di neutroni ad alta sensibilità incorporano il gadolinio-157 per rilevare i neutroni termici negli impianti nucleari, nei sistemi di sicurezza delle frontiere e nelle apparecchiature per la ricerca scientifica. La cattura dei neutroni da parte dell'isotopo produce raggi gamma facilmente rilevabili.

Applicazioni specializzate del vetro

Il vetro drogato con ossido di gadolinio crea componenti ottici per sistemi laser, comunicazioni in fibra ottica e strumenti di precisione. Questi vetri offrono proprietà rifrattive uniche e stabilità termica per applicazioni impegnative.

Terapia oncologica mirata

La terapia sperimentale di cattura neutronica con gadolinio sfrutta le proprietà di assorbimento dei neutroni dell'elemento per trattare alcuni tumori. Quando i neutroni interagiscono con il gadolinio-157, la radiazione risultante può distruggere le cellule tumorali con danni minimi ai tessuti sani.

🔬 Innovazione medica: Gli agenti di contrasto al gadolinio hanno consentito oltre 50 milioni di procedure MRI all'anno, migliorando notevolmente le capacità diagnostiche per le patologie neurologiche e cardiovascolari.

🔧 Eccellenza ingegneristica

Miglioramento della diagnostica per immagini

I sistemi MRI ospedalieri utilizzano regolarmente agenti di contrasto al gadolinio per migliorare la qualità delle immagini e l'accuratezza diagnostica. Questi agenti aiutano i medici a identificare tumori, anomalie dei vasi sanguigni e processi infiammatori che altrimenti resterebbero non rilevati.

Sicurezza dell'energia nucleare

I reattori nucleari commerciali incorporano barre di controllo al gadolinio e assiemi di veleni bruciabili per mantenere condizioni operative sicure. Le proprietà di assorbimento dei neutroni dell'elemento garantiscono un controllo affidabile del reattore durante tutto il ciclo del combustibile.

Produzione di componenti elettronici

I dischi rigidi dei computer e i dispositivi di archiviazione magnetica utilizzano materiali magnetici arricchiti con gadolinio per i sistemi di archiviazione e recupero dei dati. Le proprietà magnetiche dell'elemento consentono densità di archiviazione maggiori e una migliore affidabilità dei dati.

Radiografia industriale

Le apparecchiature per i controlli non distruttivi impiegano sorgenti neutroniche al gadolinio per ispezionare saldature, fusioni e componenti critici nei settori aerospaziale, automobilistico ed edilizio.

Apparecchiature di laboratorio per la ricerca

Gli strumenti scientifici utilizzano il gadolinio negli esperimenti di diffusione dei neutroni, nella ricerca sui materiali e negli studi di fisica fondamentale. Le proprietà nucleari uniche dell'elemento consentono misurazioni precise e capacità di ricerca avanzate.

Leghe speciali

Le leghe ad alte prestazioni per applicazioni aerospaziali incorporano il gadolinio per migliorare le proprietà magnetiche, la resistenza alla corrosione e le prestazioni ad alta temperatura nei motori a reazione e nei componenti dei veicoli spaziali.

🚀 Tecnologie future

  • Sistemi di schermatura magnetica per il calcolo quantistico
  • Agenti di contrasto avanzati per la diagnostica per immagini
  • Array di rilevamento dei neutroni di nuova generazione
  • Sistemi di raffreddamento a refrigerazione magnetica

Da dove proviene

Presenza in natura

6.2 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 66% of elements

🗻 Risorse globali di terre rare

Distribuzione dei minerali

Il gadolinio si trova nei minerali contenenti terre rare, tra cui monazite, bastnäsite e gadolinite (denominata così in riferimento all'elemento). Le concentrazioni più elevate si trovano nei complessi carbonatitici e nelle rocce ignee alcaline di tutto il mondo.

Principali giacimenti globali

Le risorse significative di gadolinio includono:

  • Cina: Bayan Obo (Mongolia Interna) - principale produttore globale
  • Stati Uniti: miniera di terre rare di Mountain Pass (California)
  • Australia: progetto Mount Weld nell'Australia Occidentale
  • Brasile: complesso di Catalão nello stato di Goiás
  • India: giacimenti di sabbie monazitiche costiere del Kerala

Processi di formazione geologica

Il gadolinio si concentra attraverso la differenziazione magmatica nei sistemi ignei alcalini, dove i processi di cristallizzazione tardiva arricchiscono gli elementi delle terre rare. L'alterazione meteorica e la concentrazione secondaria creano ulteriori giacimenti in alcune regioni.

Abbondanza ed estrazione

Con un'abbondanza nella crosta di circa 6.2 parti per milione, il gadolinio è più abbondante dello stagno ma meno comune del rame. L'estrazione commerciale richiede processi di separazione complessi a causa delle proprietà chimiche simili tra i lantanoidi.

Problemi di lavorazione

La purificazione del gadolinio comprende procedure di scambio ionico ed estrazione con solvente in più fasi. La posizione dell'elemento al centro della serie dei lantanoidi rende la separazione particolarmente difficile e ad alta intensità energetica.

Importanza strategica

Le applicazioni fondamentali nelle tecnologie nucleari e mediche rendono la sicurezza dell'approvvigionamento di gadolinio strategicamente importante per le nazioni sviluppate. Il riciclo dai rifiuti elettronici e lo sviluppo di fonti alternative sono priorità continue.

Considerazioni ambientali

L'estrazione delle terre rare comporta spesso la gestione di materiali radioattivi a causa della presenza associata di torio e uranio. Gli impianti moderni di estrazione applicano misure complete di protezione ambientale e sistemi di gestione dei rifiuti.

💎 Materiale strategico: La duplice importanza del gadolinio per le applicazioni mediche e nucleari lo rende un materiale fondamentale per la sicurezza nazionale e le infrastrutture di sanità pubblica.

Manipolazione

Sicurezza

⚗️ Sicurezza di grado medicale

Bassa tossicità acuta

I composti del gadolinio mostrano generalmente una bassa tossicità acuta, ma l'esposizione cronica richiede un monitoraggio attento. Gli agenti di contrasto al gadolinio di grado medicale sono sottoposti a rigorosi test di sicurezza e sono considerati sicuri per l'uso diagnostico.

Problemi di chimica della chelazione

Gli ioni liberi di gadolinio possono essere tossici per i sistemi biologici, ma le forme chelate utilizzate nelle applicazioni mediche legano il metallo in modo sicuro. Tuttavia, i pazienti affetti da malattie renali possono presentare ritenzione di gadolinio e dovrebbero evitare alcuni agenti di contrasto.

Dispositivi di protezione individuale

  • Occhiali di sicurezza e camici da laboratorio
  • Guanti resistenti agli agenti chimici (si raccomanda il nitrile)
  • Ventilazione tramite cappa aspirante per la manipolazione delle polveri
  • Maschere antipolvere quando si lavora con composti secchi

Procedure di manipolazione sicura

Manipolare i composti del gadolinio in aree ben ventilate per prevenire l'esposizione per inalazione. Evitare di generare polveri o aerosol e utilizzare un contenimento adeguato per la manipolazione delle polveri. Mantenere buone pratiche di igiene di laboratorio.

Sicurezza nelle applicazioni mediche

Gli agenti di contrasto per MRI richiedono un'attenta valutazione preliminare della funzionalità renale e delle reazioni allergiche. Gli operatori sanitari devono seguire i protocolli stabiliti per il dosaggio, la somministrazione e il monitoraggio dopo la procedura.

Requisiti di conservazione

Conservare i composti del gadolinio in contenitori sigillati, in luoghi freschi e asciutti, lontano da materiali incompatibili. Mantenere un'etichettatura e un controllo dell'inventario adeguati, soprattutto per i materiali destinati all'uso medico.

Procedure di emergenza

Contatto con la pelle: Lavare accuratamente con acqua e sapone. Contatto con gli occhi: Sciacquare con acqua per 15 minuti e consultare un medico. Ingestione: Non provocare il vomito; richiedere immediatamente assistenza medica.

Smaltimento dei rifiuti

Smaltire i rifiuti di gadolinio in conformità alle normative locali sui materiali pericolosi. Le strutture mediche devono seguire protocolli specifici per lo smaltimento dei rifiuti degli agenti di contrasto, al fine di prevenire la contaminazione ambientale.

💉 Sicurezza medica: Gli agenti di contrasto al gadolinio presentano eccellenti profili di sicurezza quando utilizzati correttamente, con reazioni avverse gravi che si verificano in meno dello 0.1% dei pazienti.

Risposte rapide

Gadolinio: domande frequenti

What is Gadolinio?

Gadolinio (symbol Gd) is element 64 on the periodic table, a lantanoide in period 6. The rare earth with the greatest neutron capture cross-section of any stable nuclide. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of Gadolinio?

Gadolinio's ground-state electron configuration is [Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 25, 9, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of Gadolinio?

Gadolinio melts at 1585 K (1311.9 °C) and boils at 3546 K (3272.9 °C).

What is the atomic mass of Gadolinio?

The standard atomic weight of Gadolinio is 157.25 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is Gadolinio?

Gadolinio has a density of 7.9 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of gadolinio is about 7.9× heavier.

What is the electronegativity of Gadolinio?

Gadolinio has a Pauling electronegativity of 1.2. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.

Who discovered Gadolinio, and when?

Gadolinio was discovered in 1880 by Jean Charles Galissard de Marignac. It is named after johan Gadolin, Finnish chemist.

How common is Gadolinio on Earth?

Gadolinio makes up about 6.2 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.