64 Gd ガドリニウム 157.25
ランタノイド f-block Period 6

ガドリニウム

Gd · Element 64

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

20°Cでの状態 固体
原子量 157.25 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s²
63Eu All 118 65Tb

構造

ガドリニウム原子

環の上の点を示す図ではありません。占有された各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。

軌道雲

測定値

性質一覧

各バーは、その性質についてガドリニウムが118元素の中でどこに位置するかを示しています。

物理的

密度 7.9 g/cm³ 50%
融点 1585 K 66%
沸点 3546 K 75%
比熱 0.236 J/g·K
熱伝導率 10.5 W/m·K 28%

原子

原子半径 178 pm 64%
共有結合半径 196 pm
ファンデルワールス半径 237 pm

電子

電気陰性度 1.2 19%
イオン化エネルギー 593.4 kJ/mol 30%
電子親和力 —

存在

地殻中の存在度 6.2 mg/kg 66%

同定

元素記号Gd
原子番号64
原子量157.25 u
分類ランタノイド
ブロックf
結晶構造六方最密充填
酸化数+3
発見年1880
発見者Jean Charles Galissard de Marignac

出典：IUPAC 2021標準原子量 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST。~が付いた値は、測定値ではなく予測値です。

縮尺どおりの大きさ

How big is a ガドリニウム atom?

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

熱範囲

Solid, liquid, gas — and when

ガドリニウム is liquid over a 1961 K window, from 1585 K to 3546 K.

位置

表での位置

ガドリニウム sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER ランタノイド

57La 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm 70Yb 71Lu
All ランタノイド

物語

ガドリニウムとは何か、そしてどのように発見されたか

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

The discovery of ガドリニウム

🏛️ スイスの科学的成果

Jean Charles Galissard de Marignac（1880年）

Jean Charles Galissard de Marignacはスイスの化学者で、スウェーデンのイッテルビー産の鉱物ガドリナイトを分析してガドリニウムを発見しました。彼の綿密な分析研究により、新しい希土類元素の分光学的証拠が明らかになりました。

体系的な鉱物分析

Marignacは、体系的な分別操作を鉱物ガドリナイトの試料に施し、沈殿と結晶化の技術を用いて異なる希土類成分を分離しました。彼の系統的な手法によって、未知の元素が徐々に濃縮されました。

分光学的確認

Marignacは高度な分光装置を用いて、既知の元素では説明できない特徴的な吸収線を特定しました。これらのスペクトル特徴は、希土類元素系列に新しい元素が存在する決定的な証拠となりました。

独立した検証

Paul-Émile Lecoq de Boisbaudranは1886年にMarignacの発見を独立に確認し、異なる鉱物源からガドリニウムを単離するとともに、相補的な分析技術によってその独自の性質を検証しました。

命名の由来

ガドリニウムは鉱物ガドリナイトにちなんで名付けられました。ガドリナイトは、希土類元素研究の先駆者であるフィンランドの化学者Johan Gadolinに敬意を表して名付けられたものです。この命名法は、希土類元素の発見が相互に関連していることを反映しています。

純金属の製造

純粋なガドリニウム金属が初めて単離に成功したのは、1935年の蒸留法によるものでした。発見から単離まで55年を要したことは、希土類金属の精製における技術的な難しさを示しています。

商業的発展

ガドリニウムは、原子力技術の発展と医療画像技術の進歩によって元素の独自の性質に対する商業的需要が生まれた1960年代まで、主に学術的な関心の対象でした。

科学的遺産

  • 分析化学の方法論の発展
  • 希土類元素の分離技術
  • 分光分析の高度化
  • 体系的な鉱物調査手順
🎓 教育への影響：Marignacの発見方法は分析化学の標準的な教育課程となり、体系的な元素同定について何世代もの科学者を育成しました。

用途

ガドリニウムの用途

🏥 医療技術の先駆者

ガドリニウムは、独特な磁気的性質と重要な核特性を兼ね備えており、現代の医療画像診断、原子力技術、高度な材料科学に不可欠です。優れた中性子吸収能力と常磁性が、複数の産業分野で重要な用途を支えています。

磁気共鳴画像法（MRI）

ガドリニウム造影剤は、MRI検査で組織のコントラストを高め、医療画像診断に革新をもたらします。これらの造影剤は、脳腫瘍、心血管疾患、炎症性疾患の診断精度を向上させ、より早期の発見と優れた治療成果を可能にします。

原子炉制御システム

ガドリニウムは、あらゆる元素の中で熱中性子捕獲断面積が最大であり、原子炉の安全システムに不可欠です。ガドリニウム制御棒は、商用原子力発電所で正確な反応度制御と緊急停止機能を提供します。

先進合金の開発

ガドリニウム添加合金は、永久磁石、電子部品、特殊機械の磁気的性質を向上させます。これらの合金は高温でも磁力を維持し、応力下での減磁に耐えます。

中性子検出技術

高感度中性子検出器には、原子力施設、国境警備システム、科学研究機器で熱中性子を検出するためにガドリニウム157が組み込まれています。この同位体の中性子捕獲によって、容易に検出できるガンマ線が発生します。

特殊ガラス用途

酸化ガドリニウム添加ガラスは、レーザーシステム、光ファイバー通信、精密機器向けの光学部品を作ります。これらのガラスは、厳しい用途に適した独特の屈折特性と熱安定性を備えています。

標的がん治療

実験的なガドリニウム中性子捕捉療法は、ガドリニウムの中性子吸収特性を利用して特定のがんを治療します。中性子がガドリニウム157と相互作用すると、そこで生じる放射線が健康な組織への損傷を最小限に抑えながらがん細胞を破壊できます。

🔬 医療イノベーション：ガドリニウム造影剤により、年間5,000万件を超えるMRI検査が可能になり、神経疾患や心血管疾患の診断能力が大幅に向上しました。

🔧 卓越した工学技術

医療画像の向上

病院のMRIシステムでは、画像品質と診断精度を高めるために、ガドリニウム造影剤が日常的に使用されています。これらの造影剤は、 otherwise remain undetectable である腫瘍、血管異常、炎症過程を医師が特定するのに役立ちます。

原子力発電の安全性

商用原子炉では、安全な運転条件を維持するために、ガドリニウム制御棒と可燃性毒物集合体が使用されています。元素の中性子吸収特性により、燃料サイクル全体を通じて信頼性の高い原子炉制御が可能になります。

電子部品の製造

コンピューターのハードディスクや磁気記憶装置では、データの記録・読み出しシステムにガドリニウム添加磁性材料が使用されています。元素の磁気的性質により、より高い記憶密度とデータ信頼性の向上が実現します。

工業用放射線透過試験

非破壊検査装置では、航空宇宙、自動車、建設産業における溶接部、鋳造品、重要部品の検査にガドリニウム中性子源が使用されています。

研究室用機器

科学機器は、中性子散乱実験、材料研究、基礎物理学研究でガドリニウムを利用します。元素の独特な核特性により、正確な測定と高度な研究が可能になります。

特殊合金

航空宇宙用途向けの高性能合金には、ジェットエンジンや宇宙機部品の磁気的性質、耐食性、高温性能を向上させるためにガドリニウムが添加されています。

🚀 未来の技術

  • 量子コンピューティング用磁気シールドシステム
  • 高度な医療画像診断用造影剤
  • 次世代中性子検出アレイ
  • 磁気冷凍冷却システム

由来

天然での存在

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

🗻 世界のレアアース資源

鉱物の分布

ガドリニウムは、モナザイト、バストネサイト、ガドリナイト（元素にちなんで名付けられた鉱物）などの希土類含有鉱物に含まれています。最も高い濃度は、世界各地のカーボナタイト複合岩体やアルカリ火成岩に見られます。

主な世界の鉱床

重要なガドリニウム資源には、次のものがあります。

  • 中国：バヤン・オボ（内モンゴル）－世界有数の主要生産地
  • 米国：マウンテン・パス（カリフォルニア州）のレアアース鉱山
  • オーストラリア：西オーストラリア州のマウント・ウェルド・プロジェクト
  • ブラジル：ゴイアス州のカタラオン複合岩体
  • インド：ケララ州のモナザイト海浜砂鉱床

地質形成過程

ガドリニウムは、アルカリ火成岩系におけるマグマ分化によって濃集します。そこでは、後期の結晶化過程によって希土類元素が濃縮されます。一部の地域では、風化と二次濃集によって追加の鉱床が形成されます。

存在度と抽出

地殻中の存在度が約6.2 ppmであるガドリニウムは、スズより豊富ですが、銅よりは少ない元素です。ランタノイド間で化学的性質が似ているため、商業的な抽出には複雑な分離工程が必要です。

処理上の課題

ガドリニウムの精製には、多段階のイオン交換法と溶媒抽出法が用いられます。ランタノイド系列の中央付近に位置するため、分離は特に難しく、エネルギー集約的です。

戦略的重要性

原子力技術や医療技術における重要な用途により、ガドリニウムの供給安全保障は先進国にとって戦略的に重要です。電子廃棄物からのリサイクルと代替供給源の開発が、現在も優先課題となっています。

環境面の考慮事項

レアアース採掘では、トリウムやウランが共存するため、放射性物質の取り扱いを伴うことがよくあります。現代の抽出施設では、包括的な環境保護対策と廃棄物管理システムが導入されています。

💎 戦略物資：医療用途と原子力用途の両方で重要なガドリニウムは、国家安全保障と公衆衛生インフラにとって重要な物質です。

取り扱い

安全性

⚗️ 医療グレードの安全性

急性毒性は低い

ガドリニウム化合物は一般に急性毒性が低いものの、慢性的なばく露には注意深い監視が必要です。医療用ガドリニウム造影剤は厳格な安全性試験を受けており、診断用途では安全と考えられています。

キレート化学に関する懸念

遊離ガドリニウムイオンは生体に対して有毒になる可能性がありますが、医療用途で使用されるキレート化合物は金属と安全に結合します。ただし、腎疾患のある患者ではガドリニウムが体内に蓄積する可能性があるため、特定の造影剤は避ける必要があります。

個人用保護具

  • 保護眼鏡と白衣
  • 耐薬品手袋（ニトリル製を推奨）
  • 粉末を扱う際のドラフトチャンバー換気
  • 乾燥化合物を扱う際の防じんマスク

安全な取り扱い手順

吸入ばく露を防ぐため、ガドリニウム化合物は十分に換気された場所で扱います。粉じんやエアロゾルの発生を避け、粉末を操作する際は適切な封じ込めを行います。良好な実験室衛生管理を維持してください。

医療用途での安全性

MRI造影剤を使用する際は、腎機能とアレルギー反応について患者を慎重に確認する必要があります。医療従事者は、投与量、投与方法、処置後の監視に関する確立された手順に従わなければなりません。

保管要件

ガドリニウム化合物は、密閉容器に入れ、適合しない物質から離れた涼しく乾燥した場所で保管します。特に医療用途の物質については、適切な表示と在庫管理を行います。

緊急時の手順

皮膚に付着した場合：石けんと水で十分に洗い流します。目に入った場合：15分間水で洗い流し、医師の診察を受けます。飲み込んだ場合：無理に吐かせず、直ちに医療機関を受診します。

廃棄物の処分

ガドリニウム廃棄物は、地域の危険物規制に従って処分します。医療施設では、環境汚染を防ぐため、造影剤廃棄物の処分に関する特定の手順に従う必要があります。

💉 医療上の安全性：ガドリニウム造影剤は、適切に使用すれば非常に優れた安全性プロファイルを示し、重篤な副作用の発生率は患者の0.1%未満です。

簡単な回答

ガドリニウム：よくある質問

What is ガドリニウム?

ガドリニウム (symbol Gd) is element 64 on the periodic table, a ランタノイド 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 ガドリニウム?

ガドリニウム'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 ガドリニウム?

ガドリニウム melts at 1585 K (1311.9 °C) and boils at 3546 K (3272.9 °C).

What is the atomic mass of ガドリニウム?

The standard atomic weight of ガドリニウム 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 ガドリニウム?

ガドリニウム has a density of 7.9 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of ガドリニウム is about 7.9× heavier.

What is the electronegativity of ガドリニウム?

ガドリニウム 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 ガドリニウム, and when?

ガドリニウム was discovered in 1880 by Jean Charles Galissard de Marignac. It is named after johan Gadolin, Finnish chemist.

How common is ガドリニウム on Earth?

ガドリニウム makes up about 6.2 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.

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