Gadolinium

grundstof med atomnummer 64

Gadolinium (opkaldt efter Johan Gadolin) 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.

Gadolinium
Sølv-hvidt
Periodiske system
Generelt
AtomtegnGd
Atomnummer64
Elektronkonfiguration2, 8, 18, 25, 9, 2 Elektroner i hver skal: 2, 8, 18, 25, 9, 2. Klik for større billede.
Gruppeingen (Lanthanider)
Periode6
Blokf
CAS-nummer7440-54-2
Atomare egenskaber
Atommasse157.25(3)
Atomradius180 pm
Elektronkonfiguration[Xe] 4f7 5d1 6s²
Elektroner i hver skal2, 8, 18, 25, 9, 2
Kemiske egenskaber
Oxidationstrin3
Elektronegativitet1,20 (Paulings skala)
Fysiske egenskaber
TilstandsformFast stof
Massefylde (fast stof)7,90 g/cm3
Massefylde (væske)7,4 g/cm3
Smeltepunkt1312 °C
Kogepunkt3273 °C
Smeltevarme10,05 kJ/mol
Fordampningsvarme301,3 kJ/mol
Varmefylde37,03 J·mol–1K–1
Varmeledningsevne10,6 W·m–1K–1
Varmeudvidelseskoeff.(100 °C) (α, poly) 9.4
Elektrisk resistivitet(Stuetemp.) (α, poly) 1.310 µ Ω·m (20 °C)
Magnetiske egenskaberFerromagnetisk
Mekaniske egenskaber
Youngs modul54,8 GPa
Forskydningsmodul21,8 GPa
Kompressibilitetsmodul37,9 GPa
Poissons forhold0.259
Hårdhed (Vickers)570 MPa

Egenskaber

redigér

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

redigér

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

redigér

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

redigér

Indenfor lægevidenskaben udnyttes stoffets paramagnetiske egenskaber som intravenøst kontrastforbedringsmiddel ved MR-scanning. [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

redigér

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

redigér

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

redigér

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.

 
Wikimedia Commons har medier relateret til: