Estrutura de gadolinio, propriedades, obtenção, usa

Ele Gadolinio É um metal pertencente ao grupo de lantanídeos, de terras raras, cujo símbolo químico é GD. Apresenta na ausência de óxido uma cor branca prateada. É estável no ar seco, mas oxidado com ar úmido formando um óxido escuro. Também reage com água quente para formar hidróxido de gadolínio.

Gadolinio Fluorescent Complex Form e apresenta outras propriedades físicas específicas: é magneto-presidente, ou seja, sua temperatura depende do campo magnético existente. É um acréscimo a um elemento paramagnético que se torna ferromagnético a baixas temperaturas.

Amostra de gadolínio metálico. Fonte: imagens de alta resolução de elementos químicos/cc por (https: // criativecommons.Org/licenças/por/3.0)

Gadolinio tem um ponto de Curie de 17 ºC. Tem uma abundância de 5.2 ppm no Cortez da Terra. Sua presença foi demonstrada em alguns vegetais, como endro, beterraba vermelha e alface romana.

Gadolinio foi descoberto em 1800 por Jean de Marignac, através do estudo do óxido de gadolínio obtido do mineral samarskita. Paradoxalmente, o mineral de gadolinita só tem vestígios desse metal, cuja verdadeira fonte mineralógica é composta por minerais de monacita e bastnäsite.

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Descoberta

Gadolinio foi descoberto em 1880 pelo químico suíço Jean Charles Gelissard de Marignac. Este cientista conseguiu se identificar em um óxido, obtido do Mineral Samarskita, um novo registro espectroscópico, que foi demonstrado que correspondia ao apresentado pelo gadolínio metal.

Há um sinal de que Marignac preparou óxido de gadolínio a partir do minério de Cerita, em vez do samarskita, chamando óxido como "gadolinia".  Em 1886, o químico francês Paul Émile Lacog em Boisbaudran conseguiu isolar o gadolínio de seu óxido.

Isso serviu para confirmar as descobertas de Marignac e atribuir a descoberta de Gadolinio. De Boisbaudran, após consulta com Marignac, ele designou o novo metal o nome de Gadolinio em homenagem ao mineralogista do século XVIII: John Gadolin.

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John Gadolin (1760-1752) era um químico finlandês que, em 1792, examinou um mineral preto coletado perto de Estocolmo e descobriu que continha 38% de um óxido de uma terra rara que ele chamou de Irria.

Em 1800, o mineral foi chamado Gadolin como gadolinita. No entanto, mais tarde foi estabelecido que não era particularmente rico em gadolinio, mas que mal tinha traços desse metal.

Estrutura química do gadolínio

Gadolinio pode adotar duas estruturas cristalinas:

-Compact Hexagonal (HCP) à temperatura ambiente, chamado α-GD

-Cúbico centrado no corpo (BCC) acima de 1235 ºC, que é representado como β-gd

Configuração eletronica

Configuração eletrônica de gadolínio

A configuração eletrônica abreviada de Gadolinio é:

[Xe] 4f⁷ 5 d¹ 6s²

Deve ter oito elétrons nos orbitais 4F, por ser o oitavo membro dos Lantanids; Mas, em vez disso, ele tem sete, com um elétron no 5D Orbital. Esta é uma das muitas irregularidades na ordem de preenchimento dos orbitais.

Propriedades de Gadolinio

Aparência física

Metal sólido branco prateado. Gadolinio é um metal dúctil e maleável.

Número atômico

64

Massa molar

157 g/mol

Ponto de fusão

1312 ºC

Ponto de ebulição

3000 ºC

Densidade

7.90 g/cm³

Calor de fusão

10.05 KJ/mol

Calor de vaporização

301.3 kJ/mol

Estados de oxidação

0, +1, +2 e +3, sendo o último (GD³⁺) O status de oxidação mais importante.

Eletro-negatividade

1.2 na escala Pauling

Energias de ionização

Primeiro: 593.4 kJ/mol

Segundo: 1170 KJ/mol

Terceiro: 1190 KJ/mol

Magnetismo

Em temperaturas abaixo de 20 ºC (Curie 17 ºC), ele se comporta como um metal ferromagnético, ou seja, é atraído por ímãs. E em temperaturas maiores que 20 ºC, ele se comporta como um metal paramagnético.

Gadolinio tem a propriedade de ser termo-magnético, pois aumenta sua temperatura ao entrar em um campo magnético; e diminui ao deixar isso. Além disso, Gadolinio tem um alto valor de resistividade elétrica (131 µΩ-cm).

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Reatividade

A maioria dos compostos formados por Gadolinio está com Valencia +3. O metal é estável no ar seco, mas é manchado por ar molhado, formando um óxido escumoso, GD₂QUALQUER₃, Isso então escurece e não o protege das oxidações subsequentes.

Gadolinio não é solúvel em água fria, mas é capaz de reagir com água quente para formar hidróxido de gadolínio, GD (OH)₃. Gadolinio é um forte agente redutor que age reduzindo óxidos metálicos.

Também reage com todos os halogênios para formar halogenetos brancos; Com exceção do iodeto de gadolínio, que é amarelo. Reage com ácidos com exceção do ácido fluorérico, com o qual forma uma camada protetora.

Obtenção

Como muitas terras raras, Gadolinio é economicamente obtido de minerais de Monacita e Bastnäsita. Depois que esses minerais são obtidos, eles são esmagados para reduzi -los a fragmentos e, assim, iniciar o processo de isolamento.

O primeiro passo é tratar fragmentos minerais com ácido clorídrico para transformar óxidos insolúveis em cloretos solúveis. Em seguida, o líquido filtrado é neutralizado com a adição de hidróxido de sódio para ajustar o pH entre 3 e 4, produzindo a precipitação de hidróxido de tório.

Gadolinio Chips. Fonte: w. Oelen, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Então, o sobrenadante com oxalato de amônio é tratado para que ocorra a formação dos oxalatos insolúveis das terras raras. Esses oxalatos são aquecidos para convertê -los em óxidos, que são tratados por sua vez com ácido nítrico, que produz a precipitação do cerio.

O sobrenadante é tratado com nitrato de magnésio para produzir sais duplos de cristalização de gadolínio, samário e europio, que podem ser separados usando cromatografia de troca iônica.

O gadolínio metálico pode ser finalmente obtido de seus óxidos ou sais levando -os a 1450 ºC e reduzindo -os com cálcio em uma atmosfera de argônio inerte.

Usa/aplicações

Resfriamento magnético

As ligas de Gadolinio, Siliconio e Germanio, lançadas por Arco, demonstram um efeito magneto-coral. Isto é, sua temperatura é afetada pela intensidade do campo magnético ao qual eles são expostos. Esta propriedade serviu de base para o estabelecimento de resfriamento magnético.

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Industriais

O gadolínio é usado em ligas de ferro e cromo para melhorar as altas temperaturas e resistência à corrosão.

Seus compostos são usados ​​como fósforo verde em tubos de televisão coloridos. Além disso, o gadolínio é usado como fonte de fósforo em lâmpadas fluorescentes, telas de intensificação de raio -X e spindlers para tomografia por raio -x.

Gadolinio é usado com o Ititrium na fabricação de granadas com aplicação de microondas. Também é usado na fabricação de ímãs, componentes eletrônicos, como gravadores de vídeo e discos compactos (CD) e memórias de computador.

Reatores nucleares

Devido à sua seção transversal, Gadolinio tem grande capacidade de capturar nêutrons, permitindo assim seu uso como uma barra de escudo e controle em reatores nucleares.

Médicos

As características magnéticas de Gadolinio permitiram que ele fosse usado para formar complexos de contrastes, úteis em imagens de ressonância magnética (RMI).  O material de contraste é injetado por via intravenosa, permitindo alguns dos seguintes estudos médicos:

-Status de evolução dos tumores cancerígenos

-Imagens cardíacas de perfusão, com a caracterização do tecido cardíaco e a quantificação da fibrose do miocárdio

-Diagnóstico em pacientes com anormalidades do sistema nervoso central, etc.

A solução de contraste de gadolínio é injetada diretamente nas articulações do joelho, cotovelo e ombro, para obter imagens de ressonância magnética de sua integridade e operação.

Referências

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