Il gadolinio è uno dei rari metalloidi presenti in natura mescolato con altri minerali, come la gadolinite e il didimio. Oggi la sua estrazione è in forte espansione, perché contiene proprietà utilizzate in campo nucleare, medico ed elettronico. Scopri tutto su questo elemento naturale.
Cos’è il gadolinio?
Questo elemento chimico appartiene al gruppo dei lantanidi o elementi delle terre rare all’interno della tavola periodica. Allo stato naturale è solido, morbido, malleabile, duttile e di colore bianco argenteo. Presente nella crosta terrestre con una produzione di 7,7 ppm, ha una maggiore capacità di attrarre protoni. Inoltre esercita un intenso effetto paramagnetico alle alte temperature e alle basse temperature si comporta come un ferromagnete.
Simbolo del gadolinio
Gd prende il nome dalla gadolinite, un minerale scoperto molto prima dal chimico e geologo finlandese Johan Gadolin. Sebbene la separazione tra metallo e minerale sia stata ottenuta per la prima volta dal chimico francese Paul Émile Lecoq de Boisbaudran.
Caratteristiche del gadolinio
È un ossido di transizione interno che generalmente si trova allo stato trivalente (Gd3). Le caratteristiche ferromagnetiche del Gadolinio lo collocano nel gruppo degli elementi che formano i magneti. Inoltre, questo metalloide ha altre caratteristiche notevoli:
- Condizione : solido e policristallino.
- Colore : Bianco argenteo e incolore nei sali.
- Solubilità : Negli acidi è solubile.
- Tossicità : È molto tossico allo stato naturale.
- Reattività : Reagisce con l’acqua e l’ossigeno, non mostra cambiamenti con l’aria secca. Mentre con l’umidità forma uno strato di ossido.
- Struttura : Cristalina esagonale compatta.
- Composizione : Ha 64 elettroni distribuiti in 6 gusci.
Proprietà chimiche e fisiche del gadolinio
- Numero atomico : 64
- Periodo : 6
- Blocco : f
- Gruppo : 3
- Densità: 7,89
- Punto di fusione: 1312°C
- Raggio atomico: 1,79
- Raggio medio: 188 ore
- Elettronegatività: 1,20
- Stato di ossidazione: 3
- Ruggine: leggermente basico.
- Raggio covalente (Å): 1,61
- Elettroni per strato: 2, 8, 18, 25, 9, 2
- Configurazione elettronica: [Xe]4f 7 5d 1 6s 2
- Potenziale di prima ionizzazione eV: 6,20
- Conduttività termica: 10,6 W/(Km)
- Massa atomica (g/mol): 157,25
- Calore specifico: 230 J/(K-Kg)
- Punto di ebollizione: 3000ºC
- Conduttività elettrica: 0,736 106 S/m
Origine del gadolinio
Fu il chimico Jean Charles Galissard de Marignac a scoprire per primo il gadolinio nel 1880, nei minerali di Didyme e Gadolinite a Ginevra. Con mezzi spettroscopici lo osservò come un ossido biancastro del minerale Samarskit, momento in cui lo chiamò Y di Samarskit.
Tuttavia, il chimico francese Paul Émile Lecoq de Bisbaudran effettuò la separazione tra il metallo e il minerale Gadolinia nel 1886. E questo è ciò che gli diede il nome Gadolinio. Da allora in poi si iniziò ad estrarre questo metallo di peso medio, principalmente nella miniera di Ytterby a Stoccolma, anche se attualmente in questa zona questa risorsa naturale è esaurita.
Oggi questo metalloide si ottiene mediante riduzione del fluoruro di calcio con gadolinio anidro. Viene estratto dai minerali Gadolinite, Didyme, Bastnasite e soprattutto Monacite in paesi come Cina, Stati Uniti e Svezia.
A cosa serve il Gadolinio?
Esistono molti usi del gadolinio, i principali sono i composti utilizzati nella produzione di tubi per televisori a colori e il gadolinio-ittrio come applicazioni a microonde. Inoltre, questo metalloide viene utilizzato per creare CD. La combinazione del Gadolinio con l’Etil Solfato viene utilizzata per conferire maggiore ampiezza ad amplificatori e sistemi audio professionali.
Inoltre, grazie alle sue caratteristiche ferromagnetiche, vengono costruite parti per reattori nucleari, refrigerazione magnetica, industria ferroviaria, tecnologia ibrida ed elettronica avanzata.
Agente di contrasto gadolinio nella risonanza magnetica
Il gadolinio ha elettroni dispari, che sviluppano l’intensità del campo magnetico vicino alla sua molecola. In modo tale da ridurre il tempo di rilassamento dei protoni più vicini per creare un aumento dell’intensità del segnale tra i tessuti vascolari e non vascolari. Inoltre, le soluzioni di gadolinio vengono utilizzate come mezzo di contrasto endovenoso per migliorare l’immagine nella risonanza magnetica.
Effetti avversi del gadolinio
L’uso del materiale di contrasto gadolinio per la risonanza magnetica in alcune persone ha causato fibrosi sistemica o nefrogenica. I sintomi che presenta sono ispessimento degli organi, della pelle e dei tessuti, nei pazienti con insufficienza renale o problemi al fegato.
Inoltre il metalloide è molto dannoso per la salute negli ambienti di lavoro dove viene estratto e nelle industrie che lo utilizzano come materia prima. Poiché i gas e l’umidità possono essere facilmente inalati. Un elevato grado di inquinamento in una persona può causare embolia polmonare o causare gravi danni al fegato.
D’altra parte, questo metallo viene scaricato nelle acque dei fiumi, dei mari e dell’ambiente durante la sua estrazione o quando le apparecchiature elettroniche vengono gettate via quando hanno perso la loro vita utile. Ciò porta al consumo di gadolinio negli esseri umani e negli animali, che provoca disturbi delle funzioni dei nervi cerebrali e della riproduzione.
In conclusione, il Gadolinio è un metallo di peso medio, del gruppo dei lantanidi della tavola periodica, con un alto contenuto di proprietà ferromagnetiche utilizzato in campo tecnologico, elettronico, nucleare e medico.