Gadolinium

Z Multimediaexpo.cz

Aktuální verze z 30. 6. 2018, 10:13

Gadolinium
Atomové číslo	64
Relativní atomová hmotnost	157,25(3) amu
Elektronová konfigurace	[Xe] 4f7 5d1 6s2
Skupenství	Pevné
Teplota tání	1312 °C, (1585 K)
Teplota varu	3273 °C, (3546 K)
Elektronegativita (Pauling)	1,20
Hustota	7,90 g/cm3
Hustota při teplotě tání	7,4 g/cm3
Registrační číslo CAS	7440-54-2
Vzhled
Atomový poloměr	1,80 Å (180 pm)
Výparné teplo	301,3 kJ/mol
Skupenské teplo tání	10,05 kJ/mol
Tepelná kapacita	37,03 J.mol-1.K-1
Ionisační energie Gd→Gd+	593,4 kJ/mol
Ionisační energie Gd+→Gd2+	1170 kJ/mol
Ionisační energie Gd2+→Gd3+	1990 kJ/mol

Gadolinium, chemická značka Gd, (lat. Gadolinium) je měkký stříbřitě bílý, přechodný kovový ferromagnetický prvek, osmý člen skupiny lanthanoidů. Nachází využití v jaderné energetice a při výrobě počítačových pamětí.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti

Gadolinium je stříbřitě bílý, měkký přechodný ferromagnetický kov.

Chemicky je gadolinium méně reaktivní než předchozí prvky ze skupiny lanthanoidů. Na suchém vzduchu je prakticky stálé, ve vlhkém prostředí se pomalu pokrývá vrstvičkou oxidu. S vodou reaguje gadolinium velmi pozvolna za vzniku plynného vodíku, ale snadno se rozpouští v běžných minerálních kyselinách.

Ve sloučeninách se vyskytuje pouze v mocenství Gd⁺³ a jejich vlastnosti jsou značně podobné sloučeninám hliníku a ostatních lanthanoidů. Všechny tyto prvky tvoří například vysoce stabilní oxidy, které nereagují s vodou a jen velmi obtížně se redukují. Ze solí anorganických kyselin jsou důležité především fluoridy a fosforečnany, jejich nerozpustnost ve vodě se používá k separaci lanthanoidů od jiných kovových iontů. Gadolinité soli jsou obvykle bezbarvé nebo bílé.

Gadolinium jako jediný lanthanoid a jediný kov mimo skupinu kovů triády železa vykazuje ferromagnetické vlastnosti a je proto silně přitahován magnety.

Významnou vlastnosti gadolinia je nejvyšší účinný průřez pro záchyt tepelných neutronů ze všech známých prvků.

Historie objevu

Roku 1880 objevil švýcarský chemik Jean Charles Galissard de Marignac neznámé emisní linie ve spektru didymu a minerálu gadolinitu a přiřadil je doposud neznámému prvku z řady lanthanoidů. Čistý oxid gadolinitý izoloval francouzský chemik Paul Émile Lecoq de Boisbaudran roku 1886 z oxidu yttria.

Jméno získalo gadolinium podle minerálu, ten byl pojmenován po finském chemiku a geologovi Johanu Gadolinovi.

Výskyt a výroba

Gadolinium je v zemské kůře obsaženo v koncentraci 5,4–6,4 mg/kg, o jeho obsahu v mořské vodě údaje chybí. Ve vesmíru připadá jeden atom gadolinia na 100 miliard atomů vodíku.

V přírodě se gadolinium vyskytuje pouze ve formě sloučenin. Neexistují však ani minerály, v nichž by se některé lanthanoidy (prvky vzácných zemin) vyskytovaly samostatně, ale vždy se jedná o minerály směsné, které obsahují prakticky všechny prvky této skupiny. Mezi nejznámější patří monazity (Ce, La, Th, Nd, Y)PO₄ a xenotim, chemicky fosforečnany lanthanoidů, dále bastnäsity (Ce, La, Y)CO₃F, tj. směsné fluorouhličitany prvků vzácných zemin a např. minerál gadolinit (Ce,La,Nd,Y)₂FeBe₂Si₂O₁₀.

Velká ložiska těchto rud se nalézají ve Skandinávii, USA, Číně a Vietnamu. Významným zdrojem jsou i fosfátové suroviny - apatity z poloostrova Kola v Rusku.

Při průmyslové výrobě prvků vzácných se jejich rudy nejprve louží směsí kyseliny sírové a chlorovodíkové a ze vzniklého roztoku solí se přídavkem hydroxidu sodného vysráží hydroxidy.

Separace jednotlivých prvků se provádí řadou různých postupů – kapalinovou extrakcí, za použití ionexových kolon nebo selektivním srážením nerozpustných komplexních solí.

Příprava čistého kovu se obvykle provádí redukcí oxidu gadolinitého Gd₂O₃ elementárním vápníkem.

Gd₂O₃ + 3 Ca → 2 Gd + 3 CaO

Kovové gadolinium

Použití a sloučeniny

Ferromagnetické vlastnosti gadolinia se využívá při výrobě počítačových pevných disků a jiných paměťových médií pro výpočetní techniku.

Vysoký účinný průřez pro záchyt neutronů se uplatní především v jaderné energetice. Gadolinium je podstatnou součástí moderátorových tyčí v jaderných reaktorech, které slouží k regulaci intenzity štěpné reakce v reaktoru. Při zasunutí těchto tyčí do nitra reaktoru dojde k záchytu většiny uvolněných neutronů a tím k zpomalení nebo úplnému zastavení štěpné reakce. Vzhledem k vysoké výrobní ceně gadolinia jsou tyto materiály používány jen ve speciálních případech, např. v reaktorech atomových ponorek a podobně.

V metalurgickém průmyslu slouží přídavky malých množství gadolinia k zlepšení vlastností vysoce legovaných ocelí, zlepšují jejich opracovatelnost a odolnost proti korozi.

V medicíně se sloučeniny gadolinia používají jako kontrastní látky při vyšetření pacienta metodou magnetické rezonance. Injekčně aplikované soli gadolinia slouží k zvýraznění odezvy vyšetřované tkáně.

Literatura

• Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
• Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
• Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
• N. N. Greenwood - A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

Externí odkazy

• Periodická soustava a tabulka vlastností prvků [1]
• Chemický vzdělávací portál [2]
• WebElements (anglicky) [3]
• Periodická tabulka prvků [4]