Gadolin (Gd)

Gadolin w układzie okresowym

Pierwiastek leży w szóstym okresie, czyli w szóstym poziomym rzędzie tablicy — to oznacza, że jego elektrony rozmieszczone są na 6 powłokach. Należy do lantanowce, dla których nie podaje się numeru grupy. W temperaturze pokojowej Gadolin jest ciałem stałym (topnieje w 1312 °C, wrze w 3273 °C).

Gadolin — co to za pierwiastek

Środek kontrastowy w rezonansie magnetycznym; niezwykle łapczywie chłonie neutrony.

Właściwości pierwiastka Gadolin

Gadolin jest srebrzystobiałym, ciągliwym metalem o gęstości 7,9 g/cm³, topniejącym w 1312 stopniach Celsjusza i wrzącym w 3273. W suchym powietrzu jest w miarę trwały, w wilgotnym pokrywa się luźną warstwą tlenku, a z wodą reaguje powoli. W związkach występuje wyłącznie na stopniu utlenienia +3. Wyróżnia go magnetyzm: atom gadolinu ma siedem niesparowanych elektronów, najwięcej w całym układzie okresowym, przez co bardzo silnie oddziałuje z polem magnetycznym. W temperaturze pokojowej jest paramagnetykiem, ale wystarczy schłodzić go o kilka stopni, by stał się ferromagnetykiem, jak żelazo. Ta sama cecha sprawia, że jego jony przyspieszają relaksację protonów wody i dlatego działają jako środek kontrastowy.

Zastosowanie pierwiastka Gadolin

Najbardziej znane zastosowanie gadolinu to środki kontrastowe w rezonansie magnetycznym. Wstrzyknięty pacjentowi preparat zmienia sposób, w jaki zachowują się protony w otaczającej wodzie, dzięki czemu naczynia krwionośne, stany zapalne i guzy stają się na obrazie wyraźnie jaśniejsze. Gadolin trafia też do prętów sterujących i do wypalających się pochłaniaczy w reaktorach jądrowych, bo bardzo skutecznie wyłapuje neutrony i pozwala hamować reakcję łańcuchową. Materiały domieszkowane gadolinem świecą pod wpływem promieniowania rentgenowskiego, więc wykorzystuje się je w ekranach wzmacniających i w detektorach aparatów medycznych. Bada się także chłodziarki magnetyczne, w których gadolin nagrzewa się w polu magnetycznym i stygnie po jego wyłączeniu. Dodatek gadolinu poprawia właściwości niektórych stopów żelaza i chromu.

Gadolin — najważniejsze związki chemiczne

Tlenek gadolinu Gd₂O₃ to biały proszek, od którego zaczyna się większość preparatyki, wykorzystywany również w ceramice i szkłach. Chlorek gadolinu GdCl₃ służy do otrzymywania pozostałych związków. W medycynie stosuje się wyłącznie chelaty, na przykład gadopentetynian, w których jon Gd³⁺ jest szczelnie oplatany dużą cząsteczką organiczną — wolne jony gadolinu są toksyczne, a chelat pozwala im bezpiecznie przejść przez organizm i zostać wydalonym. Granat gadolinowo-galowy Gd₃Ga₅O₁₂ bywa podłożem w optyce i elektronice. Siarczek gadolinu i tlenosiarczek gadolinu domieszkowane innymi pierwiastkami świecą pod wpływem promieniowania i pracują w detektorach aparatów rentgenowskich.

Gadolin — gdzie go spotykasz

• kontrast MRI
• pręty reaktorów
• ekrany rentgenowskie

Gadolin w szkole — co trzeba wiedzieć

Gadolin to lantanowiec o liczbie atomowej 64 i masie atomowej około 157 u, w związkach zawsze na stopniu utlenienia +3. W szkole podstawowej się nie pojawia; w liceum bywa przykładem przy omawianiu lantanowców, magnetyzmu albo zastosowań medycznych. Zapamiętaj dwie rzeczy: rekordowo silne pochłanianie neutronów, dzięki któremu używa się go w reaktorach, oraz rolę środka kontrastowego w rezonansie magnetycznym. Częsty błąd to mylenie rezonansu magnetycznego z tomografią komputerową — kontrast gadolinowy stosuje się w rezonansie, a jodowy w tomografii. Nie myl też nazwiska Gadolin z nazwą pierwiastka: pierwiastek wziął ją okrężnie, od nazwanego na cześć chemika minerału.

Gadolin — historia odkrycia

W 1880 roku szwajcarski chemik Jean Charles de Marignac badał widma preparatów otrzymanych ze skandynawskich minerałów i zauważył linie nienależące do żadnego znanego pierwiastka. Tak trafił na ślad gadolinu, choć czysty tlenek wydzielił kilka lat później Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran. Nazwa pochodzi od minerału gadolinitu, a ten upamiętnia fińskiego chemika Johana Gadolina, który zapoczątkował badania nad pierwiastkami ziem rzadkich. Sam gadolinit pochodzi z kopalni w szwedzkim Ytterby, z której wywodzi się aż kilka pierwiastków ziem rzadkich. Metaliczny gadolin w czystej postaci otrzymano dużo później niż jego tlenek.

Gadolin — skąd wzięła się nazwa

od Johana Gadolina

Gadolin — izotopy

gadolin-158 dominuje

Gadolin — bezpieczeństwo

Wolne jony toksyczne — w medycynie stosuje się związki chelatowe.

Ciekawostki o pierwiastku Gadolin

• Pochłania neutrony lepiej niż jakikolwiek inny pierwiastek.
• Wielkie detektory neutrin domieszkuje się gadolinem, bo pomaga on wychwycić neutrony powstające przy rejestrowanych reakcjach.
• Efekt magnetokaloryczny gadolinu można wyczuć: sztabka wyraźnie nagrzewa się w silnym polu magnetycznym i stygnie po jego usunięciu.
• Preparaty gadolinowe podaje się dożylnie w bardzo małych dawkach, ale u osób z niewydolnością nerek stosuje się je ostrożnie, bo organizm usuwa je wolniej.

Najczęstsze pytania o pierwiastek Gadolin