Gadolinium


Gadolinium
Gadolinium
EuropiumGadoliniumTerbium
  Structure cristalline hexagonale

64
Gd
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Gd
Cm
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Informations générales
Nom, symbole, numéro Gadolinium, Gd, 64
Série chimique Lanthanides
Groupe, période, bloc L/A, 6, f
Masse volumique 7,901 g·cm-3 (25 °C)[1]
Couleur blanc argenté
No CAS 7440-54-2 [2]
Propriétés atomiques
Masse atomique 157,25 ± 0,03 u [1]
Rayon atomique (calc) 188 pm (233 pm)
Rayon de covalence 1,96 ± 0,06 Å [3]
Configuration électronique [Xe] 4f7 5d1 6s2
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 25, 9, 2
État(s) d’oxydation 3
Oxyde basique
Structure cristalline Hexagonale
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 1 313 °C [1]
Point d’ébullition 3 273 °C [1]
Énergie de fusion 10,05 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 359,4 kJ·mol-1
Volume molaire 19,9×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 24 400 Pa à 1 585 K
Vitesse du son 2 680 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 1,20
Chaleur massique 230 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 0,736×106 S·m-1
Conductivité thermique 10,6 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation[4]
1re : 6,14980 eV 2e : 12,09 eV
3e : 20,63 eV 4e : 44,0 eV
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
144[5]Gd {syn.} stable avec 82 neutrons
146Gd {syn.} 1,03×108 a α 2.529 142Nd
152Gd 0,20 % 1,08×1014 a α 2.205 148Sm
154Gd 2,18 % stable avec 90 neutrons
155Gd 14,80 % stable avec 91 neutrons
156Gd 20,47 % stable avec 92 neutrons
157Gd 15,65 % stable avec 93 neutrons
158Gd 24,84 % stable avec 94 neutrons
160Gd 21,86 % 1,3×1021 a double β- no data 160Dy
Précautions
Directive 67/548/EEC[6]
Facilement inflammable
F
Phrases R : 15,
Phrases S : 7/8, 43,
SGH[7]
SGH02 : Inflammable
Attention
H261, P231, P232, P422,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le gadolinium est un élément chimique, de symbole Gd et de numéro atomique 64.

Sommaire

Caractéristiques notables

Gadolinium

Le gadolinium est un métal des terres rares. Il est gris argent, malléable et ductile à la température ambiante.
Il cristallise sous forme hexagonale à température ambiante, mais possède une autre forme allotropique connue sous le nom de forme béta, de structure cubique à corps centré au-dessus de 1508 K.

Le gadolinium est assez stable dans l'air sec. En revanche, il s'oxyde rapidement dans l'air humide. Le gadolinium réagit lentement avec l'eau et est soluble dans les acides dilués.

L'oxyde de gadolinium a été isolé en 1880 par Jean Charles Galissard de Marignac et Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran prépara le métal pur en 1886. Son nom provient du minerai duquel il a été d'abord obtenu, la gadolinite.

Il est ferromagnétique et son point de Curie est 293 K soit environ 20 °C. Il a la plus grande capacité d'absorption des neutrons thermiques des éléments naturels (49000 barns).

Le gadolinium présente une certaine toxicité. En effet, il entre en compétition avec le calcium dans les processus calcium-dépendants du corps humain (respiration, battements du cœur, contraction des muscles, coagulation...) et peut mener à de graves dommages selon sa concentration. C'est pourquoi les composés du gadolinium qui sont utilisés en médecine comme agent de contraste pour l'imagerie par résonance magnétique (IRM) sont obligatoirement complexés. Ainsi, leur toxicité est annulée.

Il est aujourd'hui principalement extrait de la monazite ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4) et de la bastnasite ((Ce, La,Y)CO3F).

Utilisation

  • Alliages : On ajoute du gadolinium (jusqu'à concurrence de 1 %) à de l'acier au chrome pour améliorer la dureté et les propriétés de transformation.
  • On utilise le grenat de gadolinium-gallium (GGG) de Gd3Ga5O12 pour fabriquer des lasers, une fois dopé avec le néodyme, l'ytterbium ou le dysprosium. Des développements sont en cours pour mettre au point des lasers à rayons X avec le Nd:GGG, Le GGG est également utilisé comme substrat pour la fabrication de composants (ferrites) hyperfréquence en couche mince.
  • Substance phosphorescente dans des tubes cathodiques
  • Alliages supraconducteurs
  • Agent de contraste dans l'imagerie par résonance magnétique (IRM) où il est associé avec un chélateur ou un ligand qui inhibe ses propriétés toxiques (par compétitivité avec le calcium et précipite le pH physiologique).
  • Absorbant neutronique sous sa forme oxydée Gd2O3 dans certains réacteurs nucléaires afin d'en limiter la réactivité en début de vie grâce aux propriétés neutrophage des isotopes 155Gd (60 kbarn) et surtout 157Gd (254 kbarn) qui par capture se transforment respectivement en isotope 156Gd et 158Gd, pratiquement non absorbants (sections efficaces de l'ordre du barn). La cinétique d'usure du Gadolinium est très particulière (effet de peau) en effet sous irradiation son poids neutronique reste assez constant jusqu'à un point de rupture où son efficacité décroit très rapidement.
  • Une équipe française teste un réfrigérateur qui fonctionne en magnétisant ce matériau[8].

Notes et références

  1. a, b, c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0) 
  2. Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  3. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », dans Dalton Transactions, 2008, p. 2832 - 2838 [lien DOI] 
  4. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, 2009, 89e éd., p. 10-203 
  5. Atomic Weights and Isotopic Compositions for Gadolinium sur NIST PL
  6. Entrée du numéro CAS « 7440-54-2 » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais) (JavaScript nécessaire)
  7. SIGMA-ALDRICH
  8. David Larousserie, Les aimants du froid, mars 2007.

Voir aussi

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1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
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  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


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