Gadolinium is een van de zeldzame metalloïden die in de natuur voorkomen, gemengd met andere mineralen, zoals gadoliniet en didymium. De winning ervan neemt vandaag de dag een hoge vlucht, omdat het eigenschappen bevat die worden gebruikt op nucleair gebied, in de geneeskunde en in de elektronica. Ontdek alles over dit natuurelement.
Wat is Gadolinium?
Dit chemische element behoort tot de groep lanthaniden of zeldzame aardelementen binnen het periodiek systeem. In zijn natuurlijke staat is het stevig, zacht, kneedbaar, taai en zilverwit van kleur. Het is aanwezig in de aardkorst met een productie van 7,7 ppm en heeft een groter vermogen om protonen aan te trekken. Bovendien oefent het bij hoge temperaturen een intens paramagnetisch effect uit en gedraagt het zich bij lage temperaturen als een ferromagneet.
Gadolinium-symbool
Gd is vernoemd naar gadoliniet, een mineraal dat veel eerder werd ontdekt door de Finse chemicus en geoloog Johan Gadolin. Hoewel de scheiding tussen metaal en mineraal voor het eerst werd bereikt door de Franse chemicus Paul Émile Lecoq de Boisbaudran.
Kenmerken van Gadolinium
Het is een intern overgangsoxide dat doorgaans in de driewaardige toestand (Gd3) wordt aangetroffen. De ferromagnetische eigenschappen van Gadolinium plaatsen het in de groep elementen die magneten vormen. Bovendien heeft dit metalloïde nog andere opmerkelijke kenmerken:
- Conditie : Vast en polykristallijn.
- Kleur : Zilverwit en kleurloos in zouten.
- Oplosbaarheid : In zuren is het oplosbaar.
- Toxiciteit : Het is in zijn natuurlijke staat zeer giftig.
- Reactiviteit : Reageert met water en zuurstof, vertoont geen veranderingen bij droge lucht. Terwijl het bij vochtigheid een oxidelaag vormt.
- Structuur : Kristallijn en compact zeshoekig.
- Samenstelling : Het heeft 64 elektronen verdeeld over 6 schillen.
Chemische en fysische eigenschappen van Gadolinium
- Atoomnummer : 64
- Periode : 6
- Blok : f
- Groep : 3
- Dichtheid: 7,89
- Smeltpunt: 1312°C
- Atoomstraal: 1,79
- Gemiddelde straal: 188 uur
- Elektronegativiteit: 1,20
- Oxidatietoestand: 3
- Roest: Enigszins basisch.
- Covalente straal (Å): 1,61
- Elektronen per laag: 2, 8, 18, 25, 9, 2
- Elektronische configuratie: [Xe]4f 7 5d 1 6s 2
- Eerste ionisatiepotentiaal eV: 6,20
- Thermische geleidbaarheid: 10,6 W/(Km)
- Atoommassa (g/mol): 157,25
- Soortelijke warmte: 230 J/(K-Kg)
- Kookpunt: 3000ºC
- Elektrische geleidbaarheid: 0,736 106 S/m
Herkomst van Gadolinium
Het was de scheikundige Jean Charles Galissard de Marignac die Gadolinium voor het eerst ontdekte in 1880, in de ertsen van Didyme en Gadoliniet in Genève. Met spectroscopische middelen observeerde hij het als een witachtig oxide van het mineraal Samarskit, waarna hij het Y van Samarskit noemde.
De Franse chemicus Paul Émile Lecoq de Bisbaudran maakte echter in 1886 de scheiding tussen het metaal en het mineraal Gadolinia. En daardoor kreeg het de naam Gadolinium. Vanaf dat moment werd begonnen met de winning van dit middelzware metaal, voornamelijk in de Ytterby-mijn in Stockholm, hoewel deze natuurlijke hulpbron momenteel in dit gebied is uitgeput.
Tegenwoordig wordt dit metalloïde verkregen door reductie van calciumfluoride met watervrij gadolinium. Het wordt gewonnen uit de mineralen Gadoliniet, Didyme, Bastnasiet en vooral Monaciet in landen als China, de Verenigde Staten en Zweden.
Waar wordt Gadolinium voor gebruikt?
Er zijn veel toepassingen voor Gadolinium, waarvan de belangrijkste verbindingen zijn die worden gebruikt bij de vervaardiging van buizen voor kleurentelevisies en Gadolinium-yttrium als microgolftoepassingen. Bovendien wordt dit metalloïde gebruikt om cd’s te maken. De combinatie van Gadolinium met Ethylsulfaat wordt gebruikt om versterkers en professionele audiosystemen een grotere amplitude te geven.
Bovendien worden er vanwege de ferromagnetische eigenschappen onderdelen gebouwd voor kernreactoren, magnetische koeling, de spoorwegindustrie, hybride technologie en geavanceerde elektronica.
Gadolinium-contrastmiddel op MRI
Gadolinium heeft vreemde elektronen, die de intensiteit van het magnetische veld nabij zijn molecuul ontwikkelen. Op zo’n manier dat het de relaxatietijd van de dichtstbijzijnde protonen verkort, waardoor een toename van de signaalintensiteit tussen vasculaire en niet-vasculaire weefsels ontstaat. Bovendien worden gadoliniumoplossingen gebruikt als intraveneus contrast om het beeld bij magnetische resonantiebeeldvorming te verbeteren.
Bijwerkingen van Gadolinium
Het gebruik van Gadolinium-contrastmateriaal voor MRI heeft bij sommige mensen systemische of nefrogene fibrose veroorzaakt. De symptomen die het met zich meebrengt zijn verdikking van de organen, huid en weefsels bij patiënten met nierfalen of leverproblemen.
Bovendien is het metalloïde zeer schadelijk voor de gezondheid op de werkplek waar het wordt gewonnen en in de industrieën die het als grondstof gebruiken. Omdat gassen en vocht gemakkelijk kunnen worden ingeademd. Een hoge mate van vervuiling bij een persoon kan longembolie veroorzaken of ernstige leverschade veroorzaken.
Aan de andere kant wordt dit metaal tijdens de winning ervan in het water van rivieren, zeeën en het milieu geloosd of wanneer elektronische apparatuur wordt weggegooid wanneer deze zijn levensduur heeft verloren. Dit leidt tot de consumptie van Gadolinium bij mens en dier, wat stoornissen in de hersenzenuwfuncties en reproductie veroorzaakt.
Concluderend is Gadolinium een middelzwaar metaal, uit de lanthanidegroep van het periodiek systeem, met een hoog gehalte aan ferromagnetische eigenschappen die worden gebruikt op technologisch, elektronisch, nucleair en medisch gebied.