64 Gd Gadolínio 157.25
Lantanídeo f-block Period 6

Gadolínio

Gd · Element 64

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

ESTADO A 20°C sólido
MASSA ATÓMICA 157.25 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s²

Estrutura

O átomo de gadolínio

Não é um diagrama de pontos em anéis — é uma amostra de Monte Carlo da densidade de probabilidade real |ψ|² para cada subcamada ocupada. Arraste para girar. Azul e violeta marcam sinais opostos da função de onda, o que torna possível a ligação química.

Nuvem orbital

Valores medidos

Ficha de propriedades

Cada barra mostra onde gadolínio se situa entre todos os 118 elementos para essa propriedade.

Física

Densidade 7.9 g/cm³ 50%
Ponto de Fusão 1585 K 66%
Ponto de Ebulição 3546 K 75%
calor específico 0.236 J/g·K
Condutividade Térmica 10.5 W/m·K 28%

Atômica

Raio Atômico 178 pm 64%
raio covalente 196 pm
raio de Van der Waals 237 pm

Eletrónica

Eletronegatividade 1.2 19%
energia de ionização 593.4 kJ/mol 30%
Afinidade Eletrônica

Ocorrência

Abundância na crosta 6.2 mg/kg 66%

Identidade

SímboloGd
Número atômico64
Massa atómica157.25 u
CategoriaLantanídeo
Blocof
Estrutura cristalinaempacotamento hexagonal compacto
Estados de oxidação+3
Descoberto1880
Descoberto porJean Charles Galissard de Marignac

Fontes: massas atômicas padrão da IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Os valores marcados com ~ são previstos, não medidos.

Tamanho, em escala

How big is a gadolínio atom?

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

Faixa térmica

Solid, liquid, gas — and when

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

Onde está

Posição na tabela

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

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A história

O que é gadolínio e como o encontramos

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

The discovery of gadolínio

🏛️ Conquista Científica Suíça

Jean Charles Galissard de Marignac (1880)

Jean Charles Galissard de Marignac, um químico suíço, descobriu o gadolínio ao analisar o mineral gadolinita de Ytterby, na Suécia. Seu meticuloso trabalho analítico revelou evidências espectroscópicas de um novo elemento de terras raras.

Análise Mineral Sistemática

Marignac submeteu amostras de gadolinita a procedimentos sistemáticos de fracionamento, utilizando técnicas de precipitação e cristalização para separar diferentes componentes de terras raras. Sua abordagem metódica concentrou gradualmente o elemento desconhecido.

Confirmação Espectroscópica

Usando equipamentos espectroscópicos avançados, Marignac identificou linhas de absorção características que não podiam ser atribuídas a elementos conhecidos. Essas assinaturas espectrais forneceram uma prova definitiva da existência de um novo elemento na série das terras raras.

Verificação Independente

Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran confirmou independentemente a descoberta de Marignac em 1886, isolando o gadolínio de diferentes fontes minerais e verificando suas propriedades únicas por meio de técnicas analíticas complementares.

Etimologia do Nome

O gadolínio recebeu esse nome em homenagem ao mineral gadolinita, que, por sua vez, homenageava o químico finlandês Johan Gadolin, pioneiro na pesquisa de elementos de terras raras. Essa convenção de nomenclatura refletia a natureza interconectada das descobertas de elementos de terras raras.

Produção do Metal Puro

O metal gadolínio puro só foi isolado com sucesso em 1935 por métodos de destilação. O intervalo de 55 anos entre a descoberta e o isolamento destaca os desafios técnicos da purificação de metais de terras raras.

Desenvolvimento Comercial

O gadolínio permaneceu principalmente como objeto de interesse acadêmico até a década de 1960, quando o desenvolvimento da tecnologia nuclear e o avanço da obtenção de imagens médicas criaram uma demanda comercial pelas propriedades únicas do elemento.

Legado Científico

  • Avanço da metodologia de química analítica
  • Técnicas de separação de elementos de terras raras
  • Aperfeiçoamento da análise espectroscópica
  • Protocolos sistemáticos de investigação mineral
🎓 Impacto Educacional: Os métodos de descoberta de Marignac tornaram-se parte do currículo padrão de química analítica, formando gerações de cientistas na identificação sistemática de elementos.

Aplicações

Para que gadolínio é usado

🏥 Pioneiro da Tecnologia Médica

O gadolínio combina propriedades magnéticas únicas com características nucleares essenciais, tornando-o indispensável para a obtenção moderna de imagens médicas, a tecnologia nuclear e a ciência avançada dos materiais. Sua excepcional capacidade de absorção de neutrões e seu comportamento paramagnético impulsionam aplicações essenciais em vários setores.

Ressonância Magnética (RM)

Agentes de contraste à base de gadolínio revolucionam a obtenção de imagens médicas ao melhorar o contraste dos tecidos nas imagens de RM. Esses agentes aumentam a precisão diagnóstica de tumores cerebrais, doenças cardiovasculares e condições inflamatórias, possibilitando detecção mais precoce e melhores resultados no tratamento.

Sistemas de Controle de Reatores Nucleares

O gadolínio possui a maior seção de choque de captura de neutrões térmicos entre todos os elementos, tornando-o essencial para os sistemas de segurança de reatores nucleares. As barras de controle de gadolínio proporcionam controle preciso da reatividade e capacidade de desligamento de emergência em usinas nucleares comerciais.

Desenvolvimento de Ligas Avançadas

Ligas aprimoradas com gadolínio melhoram as propriedades magnéticas de ímãs permanentes, componentes eletrônicos e máquinas especializadas. Essas ligas mantêm a força magnética em temperaturas elevadas e resistem à desmagnetização sob tensão.

Tecnologia de Detecção de Neutrões

Detectores de neutrões de alta sensibilidade incorporam gadolínio-157 para detectar neutrões térmicos em instalações nucleares, sistemas de segurança de fronteiras e equipamentos de pesquisa científica. A captura de neutrões pelo isótopo produz raios gama facilmente detectáveis.

Aplicações em Vidros Especializados

Vidro dopado com óxido de gadolínio cria componentes ópticos para sistemas a laser, comunicações por fibra óptica e instrumentos de precisão. Esses vidros oferecem propriedades refrativas únicas e estabilidade térmica para aplicações exigentes.

Terapia Direcionada contra o Câncer

A terapia experimental de captura de neutrões pelo gadolínio utiliza as propriedades de absorção de neutrões do elemento para tratar certos tipos de câncer. Quando os neutrões interagem com o gadolínio-157, a radiação resultante pode destruir células cancerosas com danos mínimos aos tecidos saudáveis.

🔬 Inovação Médica: Os agentes de contraste à base de gadolínio possibilitaram mais de 50 milhões de procedimentos de RM por ano, melhorando significativamente as capacidades diagnósticas de condições neurológicas e cardiovasculares.

🔧 Excelência em Engenharia

Melhoria da Obtenção de Imagens Médicas

Sistemas hospitalares de RM utilizam rotineiramente agentes de contraste à base de gadolínio para melhorar a qualidade das imagens e a precisão diagnóstica. Esses agentes ajudam os médicos a identificar tumores, anormalidades dos vasos sanguíneos e processos inflamatórios que, de outro modo, permaneceriam indetectáveis.

Segurança da Energia Nuclear

Reatores nucleares comerciais incorporam barras de controle de gadolínio e conjuntos de veneno queimável para manter condições operacionais seguras. As propriedades de absorção de neutrões do elemento proporcionam controle confiável do reator durante todo o ciclo do combustível.

Fabricação de Componentes Eletrônicos

Discos rígidos de computador e dispositivos de armazenamento magnético utilizam materiais magnéticos aprimorados com gadolínio em sistemas de armazenamento e recuperação de dados. As propriedades magnéticas do elemento possibilitam maiores densidades de armazenamento e melhor confiabilidade dos dados.

Radiografia Industrial

Equipamentos de ensaios não destrutivos empregam fontes de neutrões de gadolínio para inspecionar soldas, peças fundidas e componentes críticos nas indústrias aeroespacial, automotiva e da construção.

Equipamentos de Laboratório de Pesquisa

Instrumentos científicos utilizam gadolínio em experimentos de espalhamento de neutrões, pesquisa de materiais e estudos de física fundamental. As propriedades nucleares únicas do elemento possibilitam medições precisas e capacidades avançadas de pesquisa.

Ligas Especiais

Ligas de alto desempenho para aplicações aeroespaciais incorporam gadolínio para melhorar as propriedades magnéticas, a resistência à corrosão e o desempenho em altas temperaturas em motores a jato e componentes de espaçonaves.

🚀 Tecnologias do Futuro

  • Sistemas de blindagem magnética para computação quântica
  • Agentes de contraste avançados para obtenção de imagens médicas
  • Matrizes de detecção de neutrões de próxima geração
  • Sistemas de refrigeração magnética

De onde vem

Ocorrência natural

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

🗻 Recursos Globais de Terras Raras

Distribuição Mineral

O gadolínio ocorre em minerais que contêm terras raras, incluindo monazita, bastnasita e gadolinita (nomeada em homenagem ao elemento). As maiores concentrações aparecem em complexos carbonatíticos e rochas ígneas alcalinas em todo o mundo.

Principais Depósitos Globais

Recursos significativos de gadolínio incluem:

  • China: Bayan Obo (Mongólia Interior) - principal produtora global
  • Estados Unidos: mina de terras raras de Mountain Pass (Califórnia)
  • Austrália: projeto Mount Weld, na Austrália Ocidental
  • Brasil: complexo de Catalão, no estado de Goiás
  • Índia: depósitos de areia monazítica de praia de Kerala

Processos de Formação Geológica

O gadolínio se concentra por meio da diferenciação magmática em sistemas ígneos alcalinos, nos quais processos de cristalização em estágio tardio enriquecem os elementos de terras raras. O intemperismo e a concentração secundária criam depósitos adicionais em algumas regiões.

Abundância e Extração

Com uma abundância na crosta de aproximadamente 6,2 partes por milhão, o gadolínio é mais abundante que o estanho, mas menos comum que o cobre. A extração comercial exige processos complexos de separação devido às propriedades químicas semelhantes entre os lantanídeos.

Desafios do Processamento

A purificação do gadolínio envolve procedimentos de troca iônica e extração por solvente em várias etapas. A posição do elemento no meio da série dos lantanídeos torna a separação particularmente desafiadora e intensiva em energia.

Importância Estratégica

Aplicações essenciais nas tecnologias nuclear e médica tornam a segurança do fornecimento de gadolínio estrategicamente importante para as nações desenvolvidas. A reciclagem de resíduos eletrônicos e o desenvolvimento de fontes alternativas são prioridades em andamento.

Considerações Ambientais

A mineração de terras raras frequentemente envolve manuseio de materiais radioativos devido à ocorrência conjunta de tório e urânio. As modernas instalações de extração implementam medidas abrangentes de proteção ambiental e sistemas de gestão de resíduos.

💎 Material Estratégico: A importância dupla do gadolínio para aplicações médicas e nucleares torna-o um material crítico para a segurança nacional e a infraestrutura de saúde pública.

Manuseio

Segurança

⚗️ Segurança de Grau Médico

Baixa Toxicidade Aguda

Os compostos de gadolínio geralmente apresentam baixa toxicidade aguda, mas a exposição crônica exige monitoramento cuidadoso. Os agentes de contraste à base de gadolínio de grau médico passam por rigorosos testes de segurança e são considerados seguros para uso diagnóstico.

Preocupações com a Química de Quelação

Os íons livres de gadolínio podem ser tóxicos para sistemas biológicos, mas as formas quelatadas utilizadas em aplicações médicas ligam o metal com segurança. No entanto, pacientes com doença renal podem apresentar retenção de gadolínio e devem evitar certos agentes de contraste.

Equipamentos de Proteção Individual

  • Óculos de segurança e jalecos de laboratório
  • Luvas resistentes a produtos químicos (recomenda-se nitrila)
  • Ventilação em capela para o manuseio de pós
  • Máscaras contra poeira ao trabalhar com compostos secos

Procedimentos de Manuseio Seguro

Manuseie os compostos de gadolínio em áreas bem ventiladas para evitar a exposição por inalação. Evite gerar poeira ou aerossóis e utilize contenção adequada para a manipulação de pós. Mantenha boas práticas de higiene laboratorial.

Segurança em Aplicações Médicas

Os agentes de contraste para RM exigem uma triagem cuidadosa dos pacientes quanto à função renal e a reações alérgicas. Os profissionais de saúde devem seguir protocolos estabelecidos para dosagem, administração e monitoramento pós-procedimento.

Requisitos de Armazenamento

Armazene os compostos de gadolínio em recipientes vedados, em locais frescos e secos, longe de materiais incompatíveis. Mantenha rotulagem adequada e controle de inventário, especialmente para materiais destinados ao uso médico.

Procedimentos de Emergência

Contato com a pele: Lave completamente com água e sabão. Exposição aos olhos: Lave com água por 15 minutos e procure atendimento médico. Ingestão: Não provoque vômito; procure atendimento médico imediatamente.

Descarte de Resíduos

Descarte os resíduos de gadolínio de acordo com as regulamentações locais para materiais perigosos. As instalações médicas devem seguir protocolos específicos para o descarte de resíduos de agentes de contraste a fim de evitar a contaminação ambiental.

💉 Segurança Médica: Os agentes de contraste à base de gadolínio apresentam excelentes perfis de segurança quando utilizados adequadamente, com reações adversas graves ocorrendo em menos de 0,1% dos pacientes.

Respostas rápidas

Gadolínio: perguntas frequentes

What is Gadolínio?

Gadolínio (symbol Gd) is element 64 on the periodic table, a lantanídeo 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 Gadolínio?

Gadolínio'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 Gadolínio?

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

What is the atomic mass of Gadolínio?

The standard atomic weight of Gadolínio 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 Gadolínio?

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

What is the electronegativity of Gadolínio?

Gadolínio 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 Gadolínio, and when?

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

How common is Gadolínio on Earth?

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