Struttura Gadolinio, proprietà, ottenimento, usi

Lui Gadolinio È un metallo appartenente al gruppo di lantanidi, di terre rare, il cui simbolo chimico è GD. Presenta in assenza di ossido di colore bianco d'argento. È stabile nell'aria secca, ma ossidata con aria umida che forma un ossido scuro. Reagisce anche con l'acqua calda per formare idrossido di gadolinio.

Forma complessa fluorescente di gadolinio e presenta altre proprietà fisiche particolari: è magneto-chairorico, cioè la sua temperatura dipende dal campo magnetico esistente. È in aggiunta a un elemento paramagnetico che diventa ferromagnetico a basse temperature.

Campione metallico di gadolinio. Fonte: immagini ad alta risoluzione degli elementi chimici/cc di (https: // creativeCommons.Org/licenze/di/3.0)

Gadolinio ha un punto curie di 17 ºC. Ha un'abbondanza di 5.2 ppm nella terra di Cortez terrestre. La sua presenza è stata dimostrata in alcune verdure come aneto, barbabietola rossa e lattuga romana.

Gadolinio fu scoperto nel 1800 da Jean de Marignac, attraverso lo studio dell'ossido di gadolinio ottenuto dal minerale Samarskita. Paradossalmente, il minerale gadolinite ha solo tracce di questo metallo, la cui vera fonte mineralogica è composta da minerali di monacite e bastaggio bastardo.

[TOC]

Scoperta

Gadolinio fu scoperto nel 1880 dal chimico svizzero Jean Charles Gelissard de Marignac. Questo scienziato è riuscito a identificare in un ossido, ottenuto dal minerale Samarskita, un nuovo record spettroscopico, che è stato quindi dimostrato che corrispondeva a quello presentato dal metallo gadolinio.

C'è un segno che Marignac ha preparato l'ossido di gadolinio dal minerale di Cerita, invece del Samarskita, definendo l'ossido come "Gadolinia".  Nel 1886, il chimico francese Paul Émile Lacog a Boisbaudran riuscì a isolare il metallo di gadolinio dal suo ossido.

Questo è servito a confermare i risultati di Marignac e attribuire la scoperta di Gadolinio. Da Boisbaudran, dopo aver consultato Marignac, ha assegnato il nuovo metallo il nome di Gadolinio in onore del mineralogista del XVIII secolo: John Gadolin.

Può servirti: sali acidi (Oxisals)

John Gadolin (1760-1752) fu un chimico finlandese che nel 1792 esaminò un minerale nero raccolto vicino a Stoccolma e scoprì che conteneva il 38% di un ossido di una terra rara che chiamava Itria.

Nel 1800 il minerale fu chiamato gadolin come gadolinita. Tuttavia, è stato in seguito stabilito che non era particolarmente ricco di Gadolinio, ma che aveva a malapena tracce di questo metallo.

Struttura chimica del gadolinio

Gadolinio può adottare due strutture cristalline:

-Compatto esagonale (HCP) a temperatura ambiente, chiamato α-GD

-Centrato cubico nel corpo (BCC) sopra 1235 ºC, che è rappresentato come β-GD

Configurazione elettronica

Configurazione elettronica di gadolinio

La configurazione elettronica abbreviata di Gadolinio è:

[Xe] 4f⁷ 5 D¹ 6s²

Dovrebbe avere otto elettroni negli orbitali 4F, per essere l'ottavo membro dei Lantanidi; Ma invece ne ha sette, con un elettrone nell'orbitale 5D. Questa è una delle tante irregolarità nell'ordine di riempimento degli orbitali.

Proprietà di Gadolinio

Aspetto fisico

Metallo solido bianco argento. Gadolinio è un metallo duttile e malleabile.

Numero atomico

64

Massa molare

157 g/mol

Punto di fusione

1312 ºC

Punto di ebollizione

3000 ºC

Densità

7.90 g/cm³

Calore di fusione

10.05 kJ/mol

Calore di vaporizzazione

301.3 kJ/mol

Stati di ossidazione

0, +1, +2 e +3, essendo quest'ultimo (GD³⁺) Lo stato di ossidazione più importante.

Elettronegatività

1.2 sulla scala Pauling

Energie di ionizzazione

Primo: 593.4 kj/mol

Secondo: 1170 kJ/mol

Terzo: 1190 kJ/mol

Magnetismo

A temperature inferiori a 20 ºC (Curie 17 ºC), si comporta come un metallo ferromagnetico, cioè è attratto dai magneti. E a temperature superiori a 20 ºC, si comporta come un metallo paramagnetico.

Gadolinio ha la proprietà di essere termo-magnetico, poiché aumenta la sua temperatura quando si entra in un campo magnetico; e diminuisce quando lo lasci. Inoltre, Gadolinio ha un alto valore di resistività elettrica (131 µΩ-cm).

Può servirti: cromatogramma

Reattività

La maggior parte dei composti formati da Gadolinio sono con Valencia +3. Il metallo è stabile in aria secca, ma è offuscato dall'aria bagnata, formando un ossido scumero, GD₂O₃, che quindi si oscura e non lo protegge dalle successive ossidazioni.

Gadolinio non è solubile in acqua fredda, ma è in grado di reagire con acqua calda per formare idrossido di gadolinio, GD (OH)₃. Gadolinio è un forte agente riducente che agisce riducendo gli ossidi metallici.

Reagisce anche con tutti gli alogeni per formare alogenuri bianchi; Con l'eccezione del gadolinio ioduro, che è giallo. Reagisce con gli acidi ad eccezione dell'acido fluororico, con il quale forma uno strato protettivo.

Ottenimento

Come molte terre rare, Gadolinio è economicamente ottenuto dai minerali di Monacita e Bastnäsita. Una volta ottenuti questi minerali, sono schiacciati per ridurli ai frammenti e quindi iniziare il processo di isolamento.

Il primo passo è trattare i frammenti minerali con acido cloridrico per trasformare gli ossidi insolubili in cloruri solubili. Quindi il liquido filtrato viene neutralizzato con l'aggiunta di idrossido di sodio per regolare il pH tra 3 e 4, producendo la precipitazione dell'idrossido di torio.

Patatine gadolinio. Fonte: w. Oelen, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Quindi, il surnatante con ossalato di ammonio viene trattato in modo che si verifichi la formazione degli ossalati insolubili delle terre rare. Questi ossalati vengono riscaldati per convertirli in ossidi, che vengono trattati a loro volta con acido nitrico, che produce la precipitazione del cerio.

Il surnatante è trattato con nitrato di magnesio per produrre due sali cristallizzati di gadolinio, samarium ed Europio, che possono essere separati utilizzando la cromatografia a scambio ionico.

Il gadolinio metallico può finalmente essere ottenuto dai suoi ossidi o sali portandoli a 1450 ºC e riducendoli con calcio in un'atmosfera inerta di argon.

Usi/applicazioni

Raffreddamento magnetico

Le leghe di Gadolinio, Siliconio e Germanio, scelti da ARCO, dimostrano un effetto magneto-coricale. Cioè, la sua temperatura è influenzata dall'intensità del campo magnetico a cui sono esposti. Questa proprietà è servita da base per l'istituzione del raffreddamento magnetico.

Può servirti: 1-Octo: caratteristiche, sintesi, uso, foglio di sicurezza

Industriali

Il gadolinio viene utilizzato in leghe di ferro e cromo per migliorare le alte temperature e la resistenza alla corrosione.

I suoi composti sono usati come fosforo verde nei tubi televisivi a colori. Inoltre, il gadolinio viene utilizzato come fonte di fosforo in lampade fluorescenti, schermi di intensificazione a raggi X e spindler per tomografia a raggi X.

Gadolinio viene utilizzato con l'ititrium nella produzione di granati che hanno un'applicazione a microonde. Viene anche utilizzato nella produzione di magneti, componenti elettronici come registratori video e compact disc (CD) e memorie per computer.

Reattori nucleari

A causa della sua sezione trasversale, Gadolinio ha una grande capacità di catturare neutroni, permettendosi così l'uso come scudo e barra di controllo nei reattori nucleari.

Medici

Le caratteristiche magnetiche di Gadolinio le hanno permesso di essere utilizzato per formare complessi contrasti, utili nelle immagini di risonanza magnetica (RMI).  Il materiale di contrasto viene iniettato per via endovenosa, consentendo alcuni dei seguenti studi medici:

-Stato dell'evoluzione dei tumori cancerosi

-Immagini cardiache di perfusione, con la caratterizzazione del tessuto cardiaco e la quantificazione della fibrosi miocardica

-Diagnosi in pazienti con anomalie del sistema nervoso centrale, ecc.

La soluzione di contrasto di gadolinio viene iniettata direttamente nelle articolazioni del ginocchio, al gomito e alla spalla, per ottenere immagini di risonanza magnetica della sua integrità e operazione.

Riferimenti

1. SHIVER & ATKINS. (2008). Chimica inorganica. (quarta edizione). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Gadolinio. Recuperato da: in.Wikipedia.org
3. Lentech b.V. (2020). Gadolinio. Recuperato da: lentech.com
4. Centro nazionale per le informazioni sulla biotecnologia. (2020). Gadolinio.  Pubchem Comunund Sommario per CID 23974. Recuperato da: pubchem.NCBI.Nlm.NIH.Gov
5. Dottore. Doug Stewart. (2020). Fatti per elementi Gadolinio. Recuperato da: Chemicool.com
6. I redattori di Enyclopedia Britannica. (2020). Torio. Recuperato da: Britannica.com
7. Elsevier b.V. (2020). Gadolinio. Scienceirect. Estratto da: ScienceDirect.com