Gadolin

Gadolin
	europ ← gadolin → terb
	Wygląd
	srebrzystobiały
	; Widmo emisyjne gadolinu
	Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	gadolin, Gd, 64; (łac. gadolinium)
Grupa, okres, blok	, 6, f
Stopień utlenienia	III
Właściwości metaliczne	lantanowiec
Właściwości tlenków	średnio zasadowe
Masa atomowa	157,249 ± 0,002
Stan skupienia	stały
Gęstość	7901 kg/m³
Temperatura topnienia	1313 °C
Temperatura wrzenia	3273 °C
Numer CAS	7440-54-2
PubChem	23982
Właściwości atomowe
Promień; • atomowy; • van der Waalsa	; 188 (obl. 233) pm; 111 pm (Gd3+)
Konfiguracja elektronowa	[Xe]4f75d16s2
Zapełnienie powłok	2, 8, 18, 25, 9, 2; (wizualizacja powłok)
Elektroujemność; • w skali Paulinga; • w skali Allreda	; 1,20; 1,11
Potencjały jonizacyjne	I 593,4 kJ/mol; II 1170 kJ/mol; III 1990 kJ/mol
Właściwości fizyczne
Ciepło parowania	359,4 kJ/mol
Ciepło topnienia	10,05 kJ/mol
Ciśnienie pary nasyconej	24,4 kPa (1585 K)
Konduktywność	7,36×105 S/m
Ciepło właściwe	230 J/(kg·K)
Przewodność cieplna	10,6 W/(m·K)
Układ krystalograficzny	heksagonalny
Twardość; • w skali Mohsa	; 2,5
Prędkość dźwięku	2680 m/s (293,15 K)
Objętość molowa	19,90×10−6 m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy
Niebezpieczeństwa
	Globalnie zharmonizowany system; klasyfikacji i oznakowania chemikaliów
	Uwaga
Zwroty H	H261
Zwroty P	P231+P232, P422
	NFPA 704
	0 0 1 W
	Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą; warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Gadolin (Gd, łac. gadolinium) – pierwiastek chemiczny z grupy lantanowców o silnych własnościach ferromagnetycznych. Nazwany od nazwiska fińskiego mineraloga i chemika Johana Gadolina. Został odkryty w 1880 r. przez Jeana Charles’a Galissarda de Marignac.

Występowanie

Gadolin występuje w skorupie ziemskiej w ilości 6 ppm (wagowo). Najważniejszymi minerałami gadolinu są:

monacyt (Ce,La,Th,Nd,Y,Pr)PO₄, zwany także piaskiem monacytowym;
bastnezyt (Ce,La,Nd,Y,Pr)CO₃F, dużo rzadszy niż monacyt.

Izotopy

Naturalnie występujący gadolin jest mieszaniną 5 izotopów stabilnych oraz 2 radioizotopów: ¹⁵²Gd ma czas połowicznego rozpadu ok. biliona lat, rozpadu ¹⁶⁰Gd nie zaobserwowano (teoretycznie powinien ulegać podwójnemu rozpadowi β do ¹⁶⁰Dy z T_½ > 1,3×10²¹ lat)^[6]. Ponadto znanych jest 28 radioizotopów sztucznych o liczbach masowych od 136 do 169^[7].

Zastosowanie

Z izotopów sztucznych najszerzej wykorzystywane są ¹⁵³Gd i ¹⁵⁹Gd jako wskaźniki promieniotwórcze. Trwałe izotopy ¹⁵⁵Gd i ¹⁵⁷Gd stosuje się w technice reaktorowej z uwagi na ich przekroje czynne pochłaniania neutronów termicznych (odpowiednio: 70 kb/atom, 160 kb/atom).

Tlenek gadolinu Gd₂O₃ umieszcza się w prętach kontrolnych reaktorów jądrowych i szkłach ochronnych, zaś borek gadolinu GdB₆ w prętach bezpieczeństwa i osłonach przed neutronami. Siarczany i inne związki gadolinu (np. gadobutrol^[8]) mają właściwości paramagnetyczne. Wykorzystuje się je jako kontrast w badaniach jądrowym rezonansem magnetycznym.

Tlenosiarczek gadolinu Gd₂O₂S domieszkowany terbem wykazuje zieloną fosforescencję. Jest stosowany w ekranach kineskopowych^[9] oraz jako scyntylator w obrazowaniu rentgenowskim^[10].

Gadolin jest wykorzystywany w stopach magnetokalorycznych, stosowanych w procesie rozmagnesowania adiabatycznego do uzyskiwania niskich temperatur.

Inne właściwości

Ma dwie odmiany alotropowe. Krystalizuje w heksagonalnej, gęsto upakowanej formie α. W temperaturach powyżej 1235 °C przekształca się w formę β, o układzie regularnym ściennie centrowanym^[11].

Temperatura Curie gadolinu to 20 °C^[12].

Uwagi

↑ Znane są próbki geologiczne, w których pierwiastek ten ma skład izotopowy odbiegający od występującego w większości źródeł naturalnych. Masa atomowa pierwiastka w tych próbkach może więc różnić się od podanej w stopniu większym niż wskazana niepewność. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.

Przypisy

↑ ThomasT. Prohaska ThomasT. i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.).
↑ Standard atomic weights of three technology critical elements revised, „Chemistry International”, 47 (1), 2025, s. 20, DOI: 10.1515/ci-2025-0105 (ang.).
1 2 David R.D.R. Lide David R.D.R. (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-14, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).
↑ Gadolinium −40 mesh, 99% trace rare earth metals basis [PDF], karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich, Merck, 17 września 2021, numer katalogowy: 263060 [dostęp 2022-08-15] .
↑ Gadolinium (nr 263060) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Polski. [dostęp 2011-10-04]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
↑ F.A.F.A. Danevich F.A.F.A., V.V.V.V. Kobychev V.V.V.V., O.A.O.A. Ponkratenko O.A.O.A., V.I.V.I. Tretyak V.I.V.I., Yu.G.Y.G. Zdesenko Yu.G.Y.G., Quest for double beta decay of ¹⁶⁰Gd and Ce isotopes, „Nuclear Physics A”, 694 (1–2), 2001, s. 375, DOI: 10.1016/S0375-9474(01)00983-6 .
↑ Universal Nuclide Chart [online], nucleonica [dostęp 2011-05-02] .
↑ Lesley J.L.J. Scott Lesley J.L.J., Gadobutrol: A Review in Contrast-Enhanced MRI and MRA, „Clin Drug Investig.”, 38 (8), 2018, s. 773–784, DOI: 10.1007/s40261-018-0674-9, PMID: 30006819, PMCID: PMC6153968 .
↑ NobuyukiN. Tsuda NobuyukiN., MasaakiM. Tamatani MasaakiM., FukayaF. Ajiro FukayaF., NagaiN. Hitosi NagaiN., Projection CRT with a green emitting terbium activated lanthanum oxychloride phosphor exhibiting nearly constant light-output of elevated temperatures, patent US 5115306, 19 maja 1992 (ang.).
↑ Edwin H.E.H. Land Edwin H.E.H., Photographic product having X-ray intensifier screen as an integral component of theimage receiving sheet, patent US 3185841, 25 maja 1965 (ang.).
↑ C.R.C.R. Hammond C.R.C.R., The Elements → Gadolinium, [w:] CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M.W.M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 4-14, ISBN 978-1-4987-5429-3, OCLC 961861918 (ang.).
↑ K.A.K.A. Gschneidner K.A.K.A., Physical Properties of the Rare Earth Metals → Table 8. Magnetic Properties of the Rare Earth Metals: Effective Magnetic Moment (μ), Néel Temperature (T_N), Curie Temperature (T_C), and Debye Temperature (θ_D), [w:] CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M.W.M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 4-112, ISBN 978-1-4987-5429-3, OCLC 961861918 (ang.).

[1] Znane są próbki geologiczne, w których pierwiastek ten ma skład izotopowy odbiegający od występującego w większości źródeł naturalnych. Masa atomowa pierwiastka w tych próbkach może więc różnić się od podanej w stopniu większym niż wskazana niepewność. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.

[CIAAW-2] ThomasT. Prohaska ThomasT. i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI: 10.1515/pac-2019-0603 (ang.).

[3] Standard atomic weights of three technology critical elements revised, „Chemistry International”, 47 (1), 2025, s. 20, DOI: 10.1515/ci-2025-0105 (ang.).

[CRC-4] 1 2 David R.D.R. Lide David R.D.R. (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-14, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).

[5] Gadolinium −40 mesh, 99% trace rare earth metals basis [PDF], karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich, Merck, 17 września 2021, numer katalogowy: 263060 [dostęp 2022-08-15] .

[Aldrich-US-6] Gadolinium (nr 263060) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Polski. [dostęp 2011-10-04]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)

[doi10.1016/S0375-9474(01)00983-6-s375-7] F.A.F.A. Danevich F.A.F.A., V.V.V.V. Kobychev V.V.V.V., O.A.O.A. Ponkratenko O.A.O.A., V.I.V.I. Tretyak V.I.V.I., Yu.G.Y.G. Zdesenko Yu.G.Y.G., Quest for double beta decay of ¹⁶⁰Gd and Ce isotopes, „Nuclear Physics A”, 694 (1–2), 2001, s. 375, DOI: 10.1016/S0375-9474(01)00983-6 .

[Universal_Nuclide_Chart-8] Universal Nuclide Chart [online], nucleonica [dostęp 2011-05-02] .

[Scott-9] Lesley J.L.J. Scott Lesley J.L.J., Gadobutrol: A Review in Contrast-Enhanced MRI and MRA, „Clin Drug Investig.”, 38 (8), 2018, s. 773–784, DOI: 10.1007/s40261-018-0674-9, PMID: 30006819, PMCID: PMC6153968 .

[Tsuda-10] NobuyukiN. Tsuda NobuyukiN., MasaakiM. Tamatani MasaakiM., FukayaF. Ajiro FukayaF., NagaiN. Hitosi NagaiN., Projection CRT with a green emitting terbium activated lanthanum oxychloride phosphor exhibiting nearly constant light-output of elevated temperatures, patent US 5115306, 19 maja 1992 (ang.).

[land-11] Edwin H.E.H. Land Edwin H.E.H., Photographic product having X-ray intensifier screen as an integral component of theimage receiving sheet, patent US 3185841, 25 maja 1965 (ang.).

[CRC97_4-14-12] C.R.C.R. Hammond C.R.C.R., The Elements → Gadolinium, [w:] CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M.W.M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 4-14, ISBN 978-1-4987-5429-3, OCLC 961861918 (ang.).

[CRC97_4-112-13] K.A.K.A. Gschneidner K.A.K.A., Physical Properties of the Rare Earth Metals → Table 8. Magnetic Properties of the Rare Earth Metals: Effective Magnetic Moment (μ), Néel Temperature (T_N), Curie Temperature (T_C), and Debye Temperature (θ_D), [w:] CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M.W.M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 4-112, ISBN 978-1-4987-5429-3, OCLC 961861918 (ang.).

[14] Alternatywnie do skandowców zalicza się często nie lutet i lorens, lecz lantan, aktyn oraz hipotetyczny unbiun.

[15] Budowa 8. okresu jest przedmiotem badań teoretycznych i dokładne umiejscowienie pierwiastków tego okresu w ramach układu okresowego jest niepewne.

[a]

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[i]

[ii]