Gadolinium

Gadolinium
	Sølv-hvidt
Periodiske system
Generelt
Atomtegn	Gd
Atomnummer	64
Elektronkonfiguration	2, 8, 18, 25, 9, 2
Gruppe	ingen (Lanthanider)
Periode	6
Blok	f
CAS-nummer	7440-54-2
Atomare egenskaber
Atommasse	157.25(3)
Atomradius	180 pm
Elektronkonfiguration	[Xe] 4f7 5d1 6s²
Elektroner i hver skal	2, 8, 18, 25, 9, 2
Kemiske egenskaber
Oxidationstrin	3
Elektronegativitet	1,20 (Paulings skala)
Fysiske egenskaber
Tilstandsform	Fast stof
Massefylde (fast stof)	7,90 g/cm3
Massefylde (væske)	7,4 g/cm3
Smeltepunkt	1312 °C
Kogepunkt	3273 °C
Smeltevarme	10,05 kJ/mol
Fordampningsvarme	301,3 kJ/mol
Varmefylde	37,03 J·mol–1K–1
Varmeledningsevne	10,6 W·m–1K–1
Varmeudvidelseskoeff.	(100 °C) (α, poly) 9.4
Elektrisk resistivitet	(Stuetemp.) (α, poly) 1.310 µ Ω·m (20 °C)
Magnetiske egenskaber	Ferromagnetisk
Mekaniske egenskaber
Youngs modul	54,8 GPa
Forskydningsmodul	21,8 GPa
Kompressibilitetsmodul	37,9 GPa
Poissons forhold	0.259
Hårdhed (Vickers)	570 MPa
	v; d; r;

Gadolinium (etymologisk parentes) er det 64. grundstof i det periodiske system, og har det kemiske symbol Gd: Under normale tryk- og temperaturforhold optræder dette lanthanid som et skinnende hvidt metal.

Egenskaber

Gadolinium er et sølv-hvidt smedeligt og strækbart metal i gruppen af sjældne jordarter. Det krystalliserer i en hexagonal, tætpakket alfaform ved stuetemperatur, og omdannes til sin betaform når det opvarmes til 1508 K. Betaformens krystalstruktur er f-centreret kubisk.

I modsætning til andre sjældne jordarter er gadolinium relativt stabil i tør luft, men det bliver hurtigt mat i fugtig luft, hvor der dannes et løstsiddende oxid som falder af, hvorved mere overflade eksponeres. Gadolinium reagerer langsomt med vand og er opløseligt i fortyndet syre.

Gadolinium bliver superledende under en kritisk temperatur på 1,083 K. Det er kraftigt magnetisk ved stuetemperatur og har ferromagnetiske egenskaber ved lavere temperaturer.

Tekniske anvendelser

Gadolinium indgår i gadolinium-yttrium-granat; et stof der anvendes inden for mikrobølge-teknikken. Et lignende stof, gadolinium-gallium-granat, har fremragende optiske kvaliteter, som udnyttes i optiske og magneto-optiske komponenter. Andre gadoliniumforbindelser bruges i billedrør til farve-TV og monitorer, og gadolinium indgår også i produktionen af cd'er og i hukommelses-kredsløb til computere.

Gadolinium indgår i et antal legeringer med jern og krom, hvor så lidt som 1 procent gadolinium markant forøger legeringens modstandsdygtighed overfor iltning og høj varme.

Anvendelse i kernekraft

Gadolinium bruges også til kernekraft-relaterede formål: I kernereaktorer til atomubåde tilsættes det fissible brændsel gadolinium, hvilket til at begynde med dæmper aktiviteten i reaktoren. Efterhånden som brændslet forbruges, henfalder gadoliniummet, så fissionsprocesserne fortsat kan forløbe i jævnt "tempo". Det giver reaktoren mulighed for at fungere længe mellem hver "optankning" med nyt brændsel. I den såkaldte CANDU-reaktor benyttes gadolinium som en sekundær nødstop-anordning.

Medicinsk anvendelse

Indenfor lægevidenskaben udnyttes stoffets paramagnetiske egenskaber som intravenøst kontrastforbedringsmiddel ved MR-scanning. Der kan dog være meget alvorlige bivirkninger og der er dokumenterede dødsfald. Mere end 50 danske nyrepatienter er døde eller er blevet invaliderede. ^{[kilde mangler]}

I røntgen-apparater indgår gadolinium i det fosforescerende stof der omsætter røntgenstrålerne til et billede i synligt lys: Sådanne stoffer "udnytter" op mod 20% af den røntgenstråling der træffer dem, og viser billedet i grønt lys.

Gadoliniumoxyortosilikat fungerer som scintilligraf i apparater til medicinsk positronemissionstomografi, samt i detektorer for neutronstråling.

Forekomst og udvinding

Gadolinium optræder aldrig som frit metal i naturen, men bundet i kemiske forbindelser i form af mineraler som monazit and bastnasit. Man udvinder metallet ved ionbytning eller ved at reducere vandfrit gadoliniumfluorid med metallisk calcium.

Historie

I 1880 fandt den schweiziske kemiker Jean Charles Galissard de Marignac gadoliniums spektrallinjer i prøver af mineralet gadolinit samt didyum; en naturlig legering af praseodym og neodym som man længe troede var ét grundstof. I 1886 udskilte hans franske kollega Paul Émile Lecoq de Boisbaudran gadolinia; et oxid af gadolinium. Rent gadolinium er først blevet fremstillet i nyere tid.

Isotoper af gadolinium

Naturligt forekommende gadolinium består af de fem stabile isotoper ¹⁵⁴Gd, ¹⁵⁵Gd, ¹⁵⁶Gd, ¹⁵⁷Gd og ¹⁵⁸Gd, samt isotoperne ¹⁵²Gd og ¹⁶⁰Gd, som dog har så lange halveringstider (henholdsvis 1,08·10¹⁴ og 1,3·10²¹ år) at de i praksis kan betragtes som stabile. Blandt de øvrige 28 radioisotoper skiller ¹⁵⁰Gd sig ud med en halveringstid på 1,79 millioner år, mens alle de øvrige isotoper har halveringstider under trekvart århundrede.