Gadolinium

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP	-	¹⁴⁸Gd	{syn.}	74,6 a	α	3,271	¹⁴⁴Sm	-	¹⁴⁹Gd	{syn.}	9,28 d	ε	1,314	¹⁴⁹Eu	-	¹⁵⁰Gd	{syn.}	1.790.000 a	α	2,809	¹⁴⁶Sm	-	¹⁵¹Gd	{syn.}	124 d	ε	0,464	¹⁵¹Eu	-	¹⁵²Gd	0,20 %	1,08 · 10⁺¹⁴ a	α	2,205	¹⁴⁸Sm	-	¹⁵³Gd	{syn.}	241,6 d	ε	0,485	¹⁵³Eu	-	¹⁵⁴Gd	2,18 %	¹⁵⁴Gd ist stabil mit 90 Neutronen				-	¹⁵⁵Gd	14,80 %	¹⁵⁵Gd ist stabil mit 91 Neutronen				-	¹⁵⁶Gd	20,47 %	¹⁵⁶Gd ist stabil mit 92 Neutronen				-	¹⁵⁷Gd	15,65 %	¹⁵⁷Gd ist stabil mit 93 Neutronen				-	¹⁵⁸Gd	24,84 %	¹⁵⁸Gd ist stabil mit 94 Neutronen				-	¹⁵⁹Gd	{syn.}	18,479 h	β^-	0,971	¹⁵⁹Tb	-	¹⁶⁰Gd	21,86 %	≥ 1,3 · 10²¹ a	β^-β^-	k. A.	¹⁶⁰Dy

- NMR-Eigenschaften

	¹⁵⁵Gd	^157GdLa	-	Kernspin	-7/2	-3/2	-	gamma / rad/T	1,022 · 10⁷	1,277 · 10⁷	-	Empfindlichkeit	0,000279	0,000544	-	Larmorfrequenz bei B = 4,7 T	7,64 M Hz	9,55 M Hz

- Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Gadolinium ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Gd und der Ordnungszahl 64.

Geschichte

Das erste Element der Yttererden im Periodensystem wurde 1880 spektroskopisch durch Jean Charles Galissard de Marignac im Didym und Gadolinit gefunden. 1886 stellte er es als weißes Oxid aus Sarmaskit her und nannte es Y aus Sarmaskit. Im gleichen Jahr stellte Paul Emile Lecoq de Boisbaudran ebenfalls Gadoliniumoxid her und nannte das neue Element nach dem Entdecker des Minerals Gadolinit, dem finnischen Chemiker Johan Gadolin, Gadolinium.

Erst 1935 gelang Georges Urbain die Darstellung des Metalls.

Vorkommen

Natürlich kommt Gadolinium nur in Verbindungen vor. Technisch bedeutsam sind Monazit und Bastnäsit. Die Gadolinitvorkommen in der Grube Ytterby, nördlich von Stockholm, sind heute erschöpft.

Gewinnung und Darstellung

Nach einer aufwändigen Abtrennung der anderen Gadoliniumbegleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zum Gadoliniuimfluorid umgesetzt. Anschließend wird dieses mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zum metallischen Gadolinium reduziert. Die Abtrennung verbleibender Calciumreste und Verunreinigungen erfolgt in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum.

Eigenschaften

Das silbrigweiß bis grauweiß glänzende Metall der seltenen Erden ist duktil und schmiedbar. Bei Temperaturen oberhalb 1508 K wandelt sich die dichteste Kugelpackung in eine kubisch-raumzentrierte Kristallstruktur um.
In trockener Luft ist Gadolinium relativ beständig, in feuchter Luft bildet es eine nichtschützende, lose anhaftende und abblätternde Oxidschicht aus. Mit Wasser reagiert es langsam. In verdünnten Säuren löst es sich auf.
Gadolinium hat mit 49000 barn den höchsten Einfangquerschnitt für thermische Neutronen aller bekannten Elemente. Die hohe Abbrandrate (burn-out-rate) schränkt eine Verwendung als Steuerstab in Kernreaktoren stark ein.

Zusammen mit Dysprosium, Holmium, Erbium und Terbium, die ebenso der Gruppe der Lanthanoiden zugeordnet sind, gehört es zu den einzigen Elementen - ausgenommen Eisen, Kobalt und Nickel - die einen Ferromagnetismus aufweisen. Jedoch muss es dazu erst unter seine Curie-Temperatur von 16 °C gebracht werden.

Entgegen vielen Literaturangaben ist Gadolinium nicht supraleitfähig. Dies begründet sich auch auf die Erfahrung, dass Verunreinigungen ferromagnetischer Stoffe wie Eisen und Gadolinium die Supraleitfähigkeit anderer Elemente zerstört. Es sind aber keramische Hochtemperatur-Supraleiter des Typs Ba₂GdCu₃O_7-x mit einer Sprungtemperatur zwischen 80 - 85 K bekannt.

Verwendung

Gadolinium wird zur Herstellung von Gadolinium-Yttrium-Granat für Mikrowellenanwendungen verwendet. Oxysulfide dienen zur Herstellung von grünem Leuchtstoff für nachleuchtende Bildschirme (Radar).

Intravenös gespritzte Gadolinium(III)-Verbindungen dienen als Kontrastmittel bei Untersuchungen im Kernspintomographen. Dazu werden wegen der hohen Giftigkeit von freien Gadolinium-Ionen Komplexierungsmittel mit hoher Komplexierungskonstante, wie beispielsweise die Chelate DTPA (Diethylentriaminpentaessigsäure) und DOTA (1,4,7,10-Tetraazacyclododecantetraessigsäure, Gadotersäure), verwendet.

Gadolinium-Gallium-Granat wurde zur Herstellung von Magnetblasenspeichern genutzt. Auch in der Herstellung von wiederbeschreibbaren Compact Discs (CDs) findet es Anwendung.

Zusätze von 1 % Gadolinium erhöhen die Bearbeitbarkeit und die Hochtemperatur- und Oxidationsbeständigkeit von Eisen- und Chromlegierungen.

Gadolinium könnte, da es einen Curie-Punkt nahe der Zimmertemperatur besitzt, in Kühlgeräten, die nach dem Prinzip der adiabitischen Magnetisierung funktionieren, Verwendung finden. Solche Kühlgeräte würden ohne die Ozonschicht schädigende Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) auskommen und besäßen keine dem Verschleiß unterlegenen mechanischen Teile.

Physiologisches

Gadolinium hat keine biologische Funktion.

Sicherheitshinweise

Gadolinium und Gadoliniumverbindungen sind als giftig zu betrachten. Metallstäube sind feuer- und explosionsgefährlich.

Weblinks

Los Alamos National Laboratory - Gadolinium (englisch)
WebElements.com - Gadolinium (englisch)
EnvironmentalChemistry.com - Gadolinium (englisch)
It's Elemental - Gadolinium (englisch)
Abbildungen in der Elemente Börse (deutsch/englisch)
Abbildung in der Elementansammlung von Heinrich Pniok auf www.Pniok.de (deutsch)

Chemisches Element | Lanthanoid | Periode-6-Element

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