Gadolinium ist eines der seltenen Metalloide, die in der Natur in Mischung mit anderen Mineralien wie Gadolinit und Didymium vorkommen. Seine Gewinnung boomt heute, da es Eigenschaften enthält, die im Nuklearbereich, in der Medizin und in der Elektronik verwendet werden. Entdecken Sie alles über dieses natürliche Element.
Was ist Gadolinium?
Dieses chemische Element gehört zur Gruppe der Lanthaniden oder Seltenerdelemente im Periodensystem. In seinem natürlichen Zustand ist es fest, weich, formbar, duktil und hat eine silberweiße Farbe. Es kommt in der Erdkruste in einer Menge von 7,7 ppm vor und hat eine größere Fähigkeit, Protonen anzuziehen. Darüber hinaus übt es bei hohen Temperaturen eine starke paramagnetische Wirkung aus und verhält sich bei niedrigen Temperaturen wie ein Ferromagnet.
Gadolinium-Symbol
Gd ist nach Gadolinit benannt, einem Mineral, das der finnische Chemiker und Geologe Johan Gadolin schon viel früher entdeckt hatte. Allerdings gelang die Trennung zwischen Metall und Mineral erstmals dem französischen Chemiker Paul Émile Lecoq de Boisbaudran.
Eigenschaften von Gadolinium
Es handelt sich um ein internes Übergangsoxid, das im Allgemeinen im dreiwertigen Zustand (Gd3) vorkommt. Aufgrund seiner ferromagnetischen Eigenschaften gehört Gadolinium zur Gruppe der Elemente, die Magnete bilden. Darüber hinaus weist dieses Metalloid weitere bemerkenswerte Eigenschaften auf:
- Zustand : Fest und polykristallin.
- Farbe : Silberweiß und in Salzen farblos.
- Löslichkeit : In Säuren ist es löslich.
- Toxizität : Es ist in seinem natürlichen Zustand sehr giftig.
- Reaktivität : Reagiert mit Wasser und Sauerstoff, zeigt an trockener Luft keine Veränderungen. Bei Feuchtigkeit bildet es eine Oxidschicht.
- Struktur : Kristallin und kompakt sechseckig.
- Zusammensetzung : Es hat 64 Elektronen, die auf 6 Schalen verteilt sind.
Chemische und physikalische Eigenschaften von Gadolinium
- Ordnungszahl : 64
- Zeitraum : 6
- Blockieren :f
- Gruppe : 3
- Dichte: 7,89
- Schmelzpunkt: 1312°C
- Atomradius: 1,79
- Durchschnittlicher Radius: 188h
- Elektronegativität: 1,20
- Oxidationsstufe: 3
- Rost: Etwas einfach.
- Kovalenter Radius (Å): 1,61
- Elektronen pro Schicht: 2, 8, 18, 25, 9, 2
- Elektronische Konfiguration: [Xe]4f 7 5d 1 6s 2
- Erstes Ionisationspotential eV: 6,20
- Wärmeleitfähigkeit: 10,6 W/(Km)
- Atommasse (g/mol): 157,25
- Spezifische Wärme: 230 J/(K-Kg)
- Siedepunkt: 3000 °C
- Elektrische Leitfähigkeit: 0,736 · 106 S/m
Herkunft von Gadolinium
Es war der Chemiker Jean Charles Galissard de Marignac, der Gadolinium erstmals 1880 in den Erzen Didyme und Gadolinit in Genf entdeckte. Mit spektroskopischen Mitteln beobachtete er es als weißliches Oxid des Minerals Samarskit, woraufhin er es Y von Samarskit nannte.
Der französische Chemiker Paul Émile Lecoq de Bisbaudran gelang jedoch 1886 die Trennung zwischen dem Metall und dem Mineral Gadolinia. Daher erhielt es den Namen Gadolinium. Von da an begann man, dieses mittelschwere Metall abzubauen, hauptsächlich in der Ytterby-Mine in Stockholm, obwohl diese natürliche Ressource in dieser Gegend derzeit erschöpft ist.
Heute wird dieses Metalloid durch Reduktion von Calciumfluorid mit wasserfreiem Gadolinium gewonnen. Es wird aus den Mineralien Gadolinit, Didyme, Bastnasit und insbesondere Monacit in Ländern wie China, den Vereinigten Staaten und Schweden gewonnen.
Wofür wird Gadolinium verwendet?
Es gibt viele Verwendungsmöglichkeiten für Gadolinium, die wichtigsten sind Verbindungen zur Herstellung von Röhren für Farbfernseher und Gadolinium-Yttrium für Mikrowellenanwendungen. Darüber hinaus wird dieses Metalloid zur Herstellung von CDs verwendet. Die Kombination von Gadolinium mit Ethylsulfat wird verwendet, um Verstärkern und professionellen Audiosystemen eine größere Amplitude zu verleihen.
Darüber hinaus werden aufgrund seiner ferromagnetischen Eigenschaften Teile für Kernreaktoren, magnetische Kühlung, die Eisenbahnindustrie, Hybridtechnologie und fortschrittliche Elektronik gebaut.
Gadolinium-Kontrastmittel im MRT
Gadolinium verfügt über ungerade Elektronen, die in der Nähe seines Moleküls die Intensität des Magnetfelds entwickeln. Auf diese Weise wird die Relaxationszeit der nächstgelegenen Protonen verkürzt, um eine Erhöhung der Signalintensität zwischen vaskulärem und nicht-vaskulärem Gewebe zu bewirken. Darüber hinaus werden Gadoliniumlösungen als intravenöses Kontrastmittel zur Bildverbesserung in der Magnetresonanztomographie eingesetzt.
Nebenwirkungen von Gadolinium
Die Verwendung von Gadolinium-Kontrastmittel für die MRT hat bei manchen Menschen zu systemischer oder nephrogener Fibrose geführt. Die Symptome sind eine Verdickung der Organe, der Haut und des Gewebes bei Patienten mit Nierenversagen oder Leberproblemen.
Darüber hinaus ist das Metalloid am Arbeitsplatz, an dem es gewonnen wird, und in den Industrien, die es als Rohstoff verwenden, sehr gesundheitsschädlich. Denn Gase und Feuchtigkeit können leicht eingeatmet werden. Eine hohe Schadstoffbelastung beim Menschen kann eine Lungenembolie oder schwere Leberschäden verursachen.
Andererseits gelangt dieses Metall bei der Gewinnung oder beim Wegwerfen elektronischer Geräte, wenn diese ihre Nutzungsdauer verloren haben, in die Gewässer von Flüssen, Meeren und in die Umwelt. Dies führt bei Menschen und Tieren zum Verzehr von Gadolinium, was zu Störungen der Hirnnervenfunktionen und der Fortpflanzung führt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Gadolinium ein mittelschweres Metall aus der Lanthanoidgruppe des Periodensystems mit einem hohen Gehalt an ferromagnetischen Eigenschaften ist, das in den Bereichen Technologie, Elektronik, Nukleartechnik und Medizin eingesetzt wird.