| Symbool | Gd |
|---|---|
| Atoomnummer | 64 |
| Atoommassa | 157,25 u |
| Categorie | Lanthanide |
| Groep | — (f-blok) |
| Periode | 6 |
| Blok | f-blok |
| Fase bij 20 °C | vast |
| Smeltpunt | 1313 °C |
| Kookpunt | 3273 °C |
| Dichtheid | 7,90 g/cm³ |
| Elektronenconfiguratie | [Xe] 4f7 5d1 6s2 |
| Elektronen per schil | 2, 8, 18, 25, 9, 2 |
| Elektronegativiteit (Pauling) | 1,20 |
| Oxidatiegetallen | +3 |
| Ontdekt | 1880 door Jean Charles Galissard de Marignac |
| Engelse naam | Gadolinium |
Eigenschappen van gadolinium
Gadolinium is een taai, kneedbaar metaal dat in droge lucht vrij stabiel is, maar in vochtige lucht langzaam een losse oxidelaag vormt die afschilfert. Met water reageert het traag. In verbindingen heeft het vrijwel altijd oxidatiegetal +3. Het Gd3+-ion heeft zeven ongepaarde elektronen in de 4f-schil, het maximum, en is daardoor sterk paramagnetisch. Het metaal zelf is ferromagnetisch beneden zijn Curietemperatuur van ongeveer 20 °C: in een koude kamer trekt een magneet een stukje gadolinium aan, in een warme hand verliest het die eigenschap. Gadolinium vertoont ook een sterk magnetocalorisch effect: het warmt op als het wordt gemagnetiseerd en koelt af als het veld wegvalt. De isotoop gadolinium-157 heeft de grootste werkzame doorsnede voor het invangen van thermische neutronen van alle stabiele isotopen. Gadolinium heeft geen biologische functie, en vrije Gd3+-ionen zijn giftig omdat ze op calciumionen lijken.
Naam. Het element is vernoemd naar het mineraal gadoliniet, dat op zijn beurt de naam draagt van de Finse scheikundige Johan Gadolin.
Atoombouw en plaats in het periodiek systeem
Gadolinium staat in periode 6 van het periodiek systeem, in het f-blok.
Een neutraal atoom heeft 64 protonen in de kern en 64 elektronen, verdeeld over 6 schillen: 2, 8, 18, 25, 9, 2. Het periodenummer (6) is gelijk aan het aantal schillen.
Buren in het systeem: links/ervoor: Europium (Eu, 63); rechts/erna: Terbium (Tb, 65).
De andere lanthaniden: Lanthaan, Cerium, Praseodymium, Neodymium, Promethium, Samarium, Europium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium.
Voorkomen
De aardkorst bevat zo'n 6 milligram gadolinium per kilogram, vergelijkbaar met samarium. Het wordt nooit als vrij metaal gevonden, maar zit in mineralen als monaziet, bastnäsiet en gadoliniet. Na scheiding van de andere zeldzame aarden wordt gadoliniumfluoride of -chloride met calcium gereduceerd tot metaal. Opvallend is dat gadolinium uit MRI-contrastmiddelen via het rioolwater in rivieren terechtkomt; in de Rijn en in Nederlands kraanwater is dit 'antropogene gadolinium' meetbaar. Recycling van gadolinium uit oude magneten en elektronica staat nog in de kinderschoenen.
Toepassingen
- Gadoliniumcomplexen worden als contrastmiddel bij MRI-scans ingespoten; ze versnellen de relaxatie van waterstofkernen, zodat weefsels scherper oplichten.
- In kernreactoren dient gadolinium als brandbaar neutronengif in splijtstofstaven, en in sommige noodsystemen als neutronenabsorber.
- Gadolinium-gallium-granaat (GGG) werd gebruikt in geheugenchips en dient als substraat voor magnetische en optische lagen.
- Onderzoekers gebruiken gadoliniumlegeringen in magnetische koelsystemen die zonder schadelijke koelgassen werken.
- Gadoliniumoxysulfide is een scintillatorstof in röntgendetectoren die röntgenstraling omzet in zichtbaar licht.
Veelgestelde vragen
Is gadolinium magnetisch?
Ja, maar alleen als het koud genoeg is. Onder ongeveer 20 °C is gadolinium ferromagnetisch, net als ijzer. Daarboven verliest het die eigenschap en is het alleen nog paramagnetisch. Een stukje gadolinium dat aan een magneet hangt, valt er dus af als je het met je hand opwarmt.
Is het gadolinium in MRI-contrast gevaarlijk?
Voor de meeste mensen zijn gadoliniumcontrastmiddelen veilig, omdat het metaal in een stabiel complex zit dat via de nieren wordt uitgescheiden. Bij ernstige nierproblemen kan zeldzaam een bindweefselaandoening ontstaan, en er blijven kleine sporen in hersenen en botten achter. Artsen wegen daarom altijd af of contrast nodig is.