64 Gd Gadolínio 157,25
Lantanídeo bloco-f Período 6

Gadolínio

Gd · Elemento 64 · Lantanídeo

A terra rara com a maior seção de choque de captura de neutrões entre todos os nuclídeos estáveis.

Estado a 20°C sólido
Massa atómica 157,25 u
Configuração eletrónica[Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s²
63Eu Todos os 118 65Tb

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 rodar. O azul e o violeta indicam 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 atómico 178 pm 65%
Raio covalente 196 pm
Raio de Van der Waals 237 pm

Eletrônica

Eletronegatividade 1,2 19%
Energia de ionização 593,4 kJ/mol 30%
Afinidade eletrónica —

Ocorrência

Abundância na crosta 6,2 mg/kg 66%

Identidade

SímboloGd
Número atómico64
Massa atómica157,25 u
CategoriaLantanídeo
Blocof
Estrutura cristalinaestrutura hexagonal compacta
Estados de oxidação+3
Descoberto em1880
Descoberto porJean Charles Galissard de Marignac

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

Tamanho, em escala

Qual é o tamanho do átomo de gadolínio?

Raio de 178 pm — isso corresponde a 0,178 nm, portanto cerca de 2,81 milhões deles lado a lado cobririam um milímetro.

Faixa térmica

Sólido, líquido, gás — e quando

Gadolínio permanece líquido em uma faixa de 1961 K, de 1585 K a 3546 K.

Onde está localizado

Posição na tabela

Gadolínio está na série lantanídeo, exibida abaixo da grade principal.

Outro Lantanídeos

57La 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm 70Yb 71Lu
Todos os lantanídeos

A história

O que gadolínio é e como o encontramos

A terra rara com a maior seção de choque de captura de neutrões entre todos os nuclídeos estáveis.

A descoberta de 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, usando 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 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 terras raras. Essa convenção de nomenclatura refletia a natureza interligada das descobertas de elementos 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 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 os avanços na 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 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-se 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 fundamentais em diversos setores.

Ressonância Magnética (RM)

Agentes de contraste à base de gadolínio revolucionam a obtenção de imagens médicas ao aumentar o contraste dos tecidos nas imagens de RM. Esses agentes melhoram a precisão diagnóstica de tumores cerebrais, doenças cardiovasculares e condições inflamatórias, permitindo uma 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 enriquecidas 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 de 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 drasticamente as capacidades diagnósticas de condições neurológicas e cardiovasculares.

🔧 Excelência em Engenharia

Melhoria de Imagens Médicas

Sistemas hospitalares de RM usam 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 nos vasos sanguíneos e processos inflamatórios que, de outra forma, 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 usam materiais magnéticos enriquecidos com gadolínio em sistemas de armazenamento e recuperação de dados. As propriedades magnéticas do elemento permitem 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 nos setores aeroespacial, automotivo 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 permitem 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 de 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 da crosta terrestre · mais abundante do que 66% dos elementos

🗻 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 produtor 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 areias monazíticas de praia de Kerala

Processos de Formação Geológica

O gadolínio se concentra por meio da diferenciação magmática em sistemas ígneos alcalinos, nos quais os processos de cristalização tardia enriquecem os elementos 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

As aplicações críticas em tecnologias nucleares e médicas 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 contínuas.

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 gerenciamento de resíduos.

💎 Material Estratégico: A importância dupla do gadolínio para aplicações médicas e nucleares faz dele 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.

Questões de Química de Quelantes

Íons livres de gadolínio podem ser tóxicos para sistemas biológicos, mas as formas queladas usadas em aplicações médicas ligam-se ao 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 aventais 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 use 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 selados, em locais frescos e secos, longe de materiais incompatíveis. Mantenha a rotulagem adequada e o controle do inventário, especialmente para materiais destinados ao uso médico.

Procedimentos de Emergência

Contato com a pele: Lave cuidadosamente com água e sabão. Exposição ocular: Lave com água durante 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 sobre 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 usados adequadamente, com reações adversas graves ocorrendo em menos de 0.1% dos pacientes.

Respostas rápidas

Gadolínio: perguntas comuns

O que é Gadolínio?

Gadolínio (símbolo Gd) é o elemento 64 da tabela periódica, um Lantanídeo do período 6. A terra rara com a maior seção de choque de captura de neutrões entre todos os nuclídeos estáveis. À temperatura ambiente, é um sólido.

Qual é a configuração eletrónica de Gadolínio?

A configuração eletrónica do estado fundamental de Gadolínio é [Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s², resultando em 6 camadas ocupadas com a distribuição 2, 8, 18, 25, 9, 2.

Quais são os pontos de fusão e de ebulição de Gadolínio?

Gadolínio derrete a 1585 K (1311.9 °C) e entra em ebulição a 3546 K (3272.9 °C).

Qual é a massa atómica de Gadolínio?

A massa atómica padrão de Gadolínio é 157.25 u. Trata-se de uma média ponderada dos seus isótopos que ocorrem naturalmente, por isso raramente é um número inteiro.

Qual é a densidade de Gadolínio?

Gadolínio tem densidade de 7.9 g/cm³. A água tem 1.0 g/cm³, portanto um bloco de Gadolínio é aproximadamente 7.9× mais pesado.

Qual é a eletronegatividade de Gadolínio?

Gadolínio tem eletronegatividade de Pauling igual a 1.2. A escala vai de 0,70 (frâncio, o menos ávido por eletrões) a 3,98 (flúor, o mais ávido). Um valor tão baixo significa que ele cede prontamente seus eletrões externos, formando iões positivos.

Quem descobriu Gadolínio e quando?

Gadolínio foi descoberto em 1880 por Jean Charles Galissard de Marignac. Recebe esse nome em homenagem a johan Gadolin, químico finlandês.

Quão comum é Gadolínio na Terra?

Gadolínio constitui sobre 6.2 mg/kg da crosta terrestre — é incomum, mas não raro.

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