Structure du gadolinio, propriétés, obtention, utilisations

Il Gadolinio C'est un métal appartenant au groupe de lanthanides, de terres rares, dont le symbole chimique est GD. Il présente en l'absence d'oxyde de couleur blanche argentée. Il est stable dans l'air sec, mais oxydé à l'air humide formant un oxyde foncé. Il réagit également avec de l'eau chaude pour former l'hydroxyde de gadolinium.

Forme complexe fluorescente de gadolinio et présente d'autres propriétés physiques particulières: il s'agit du magnéto-chaiorique, c'est-à-dire que sa température dépend du champ magnétique existant. Il s'ajoute à un élément paramagnétique qui devient ferromagnétique à basse température.

Échantillon de gadolinium métallique. Source: Images haute résolution des éléments chimiques / CC par (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 3.0)

Gadolinio a un point Curie de 17 ºC. A une abondance de 5.2 ppm dans le Cortez de la Terre. Sa présence a été démontrée dans certains légumes tels que l'aneth, la betterave rouge et la laitue romaine.

Le gadolinio a été découvert en 1800 par Jean de Marignac, à travers l'étude de l'oxyde de gadolinium obtenu à partir du minéral Samarskita. Paradoxalement, le minéral gadolinite n'a que des traces de ce métal, dont la vraie source minéralogique est composée de minéraux monacites et basnaux.

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Découverte

Gadolinio a été découvert en 1880 par le chimiste suisse Jean Charles Gelissard de Marignac. Ce scientifique a réussi à s'identifier dans un oxyde, obtenu à partir du Samarskita Mineral, un nouvel enregistrement spectroscopique, qui a ensuite été démontré qu'il correspondait à celui présenté par le gadolinium métal.

Il y a un signe que Marignac a préparé l'oxyde de gadolinium du minerai de Cerita, au lieu de la Samarskita, appelant l'oxyde de "gadolinia".  En 1886, le chimiste français Paul Émile Lacog à Boisbaudran a réussi à isoler le gadolinium métal de son oxyde.

Cela a servi à confirmer les conclusions de Marignac et à attribuer la découverte de Gadolinio. De Boisbaudran, après consultation avec Marignac, il a attribué le nouveau métal le nom de Gadolinio en l'honneur du minéralogiste du XVIIIe siècle: John Gadolin.

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John Gadolin (1760-1752) était un chimiste finlandais qui, en 1792, a examiné un minéral noir collecté près de Stockholm, et a constaté qu'il contenait 38% d'un oxyde d'une terre rare qu'il a appelée Itria.

En 1800, le minéral s'appelait Gadolin comme gadolinita. Cependant, il a été établi plus tard qu'il n'était pas particulièrement riche en gadolinio, mais qu'il avait à peine des traces de ce métal.

Structure chimique du gadolinium

Le gadolinio peut adopter deux structures cristallines:

-Hexagonal compact (HCP) à température ambiante, appelée α-GD

-Centré cube dans le corps (BCC) au-dessus de 1235 ºC, qui est représenté comme β-GD

Configuration électronique

Configuration électronique du gadolinium

La configuration électronique abrégée du gadolinio est:

[XE] 4F⁷ 5 D¹ 6s²

Il devrait avoir huit électrons dans les orbitales 4F, pour être le huitième membre des Lantanides; Mais au lieu de cela, il en a sept, avec un électron dans l'orbitale 5D. C'est l'une des nombreuses irrégularités de l'ordre de remplissage des orbitales.

Propriétés du gadolinio

Apparence physique

Métal solide blanc argenté. Le gadolinio est un métal ductile et malléable.

Numéro atomique

64

Masse molaire

157 g / mol

Point de fusion

1312 ºC

Point d'ébullition

3000 ºC

Densité

7.90 g / cm³

Chaleur de fusion

dix.05 kJ / mol

Chaleur de vaporisation

301.3 kJ / mol

États d'oxydation

0, +1, +2 et +3, étant le dernier (gd³⁺) Le statut d'oxydation le plus important.

Électronégativité

1.2 sur l'échelle Pauling

Énergies d'ionisation

Premièrement: 593.4 kJ / mol

Deuxième: 1170 kJ / mol

Troisièmement: 1190 kJ / mol

Magnétisme

À des températures inférieures à 20 ºC (Curie 17 ºC), elle se comporte comme un métal ferromagnétique, c'est-à-dire qu'il est attiré par les aimants. Et à des températures supérieures à 20 ºC, elle se comporte comme un métal paramagnétique.

Le gadolinio a la propriété d'être thermo-magnétique, car il augmente sa température lors de son entrée dans un champ magnétique; et diminue lorsque vous quittez ceci. De plus, le gadolinio a une valeur de résistivité électrique élevée (131 µΩ-cm).

Peut vous servir: chromatogramme

Réactivité

La plupart des composés formés par le gadolinio sont avec Valencia +3. Le métal est stable dans l'air sec, mais il est terni par l'air humide, formant un oxyde écumeux, GD₂SOIT₃, Cela s'assombrit et ne le protège pas des oxydations ultérieures.

Le gadolinio n'est pas soluble dans l'eau froide, mais il est capable de réagir avec l'eau chaude pour former l'hydroxyde de gadolinium, GD (OH)₃. Le gadolinio est un agent réducteur fort qui agit en réduisant les oxydes métalliques.

Il réagit également avec tous les halogènes pour former des halogénures blancs; À l'exception de l'iodure de gadolinium, qui est jaune. Réagit avec les acides à l'exception de l'acide fluorhorique, avec lequel il forme une couche protectrice.

Obtention

Comme de nombreuses terres rares, le gadolinio est obtenu économiquement à partir de minéraux de Monacita et Bastnäsita. Une fois ces minéraux obtenus, ils sont écrasés pour les réduire en fragments et donc initier le processus d'isolement.

La première étape consiste à traiter les fragments minéraux avec de l'acide chlorhydrique pour transformer des oxydes insolubles en chlorures solubles. Ensuite, le liquide filtré est neutralisé avec l'ajout d'hydroxyde de sodium pour ajuster le pH entre 3 et 4, produisant la précipitation de l'hydroxyde de thorium.

Chips de gadolinio. Source: W. Oelen, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Ensuite, le surnageant avec de l'oxalate d'ammonium est traité de sorte que la formation des oxalates insolubles des terres rares se produit. Ces oxalates sont chauffés pour les convertir en oxydes, qui sont traités à leur tour avec de l'acide nitrique, qui produit la précipitation du cério.

Le surnageant est traité avec du nitrate de magnésium pour produire des sels à double cristallisation de gadolinium, de samarium et d'Europio, qui peuvent être séparés en utilisant une chromatographie d'échange d'ions.

Le gadolinium métallique peut enfin être obtenu à partir de ses oxydes ou sels en les portant à 1450 ºC et les réduisant avec du calcium dans une atmosphère d'argon inerte.

Utilisations / applications

Refroidissement magnétique

Les alliages de Gadolinio, Siliconio et Germanio, jetés par Arco, démontrent un effet magnéto-comique. C'est-à-dire que sa température est affectée par l'intensité du champ magnétique auquel ils sont exposés. Cette propriété a servi de base à la création d'un refroidissement magnétique.

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Industriels

Le gadolinium est utilisé dans les alliages de fer et de chrome pour améliorer les températures élevées et la résistance à la corrosion.

Ses composés sont utilisés comme phosphore vert dans les tubes de télévision couleur. De plus, le gadolinium est utilisé comme source de phosphore dans les lampes fluorescentes, les écrans d'intensification des rayons.

Le gadolinio est utilisé avec l'Ititrium dans la fabrication de grenats qui ont une application micro-ondes. Il est également utilisé dans la fabrication d'aimants, de composants électroniques tels que des enregistreurs vidéo et des disques compacts (CD) et des souvenirs informatiques.

Réacteurs nucléaires

En raison de sa section transversale, le gadolinio a une grande capacité à capturer les neutrons, permettant ainsi son utilisation comme un bouclier et une barre de contrôle dans les réacteurs nucléaires.

Médecins

Les caractéristiques magnétiques du gadolinio l'ont permis d'être utilisée pour former des complexes de contrastes, utiles dans les images de résonance magnétique (RMI).  Le matériel de contraste est injecté par voie intraveineuse, permettant certaines des études médicales suivantes:

-Statut d'évolution des tumeurs cancéreuses

-Images cardiaques de perfusion, avec la caractérisation du tissu cardiaque et la quantification de la fibrose myocardique

-Diagnostic chez les patients présentant des anomalies du système nerveux central, etc.

La solution de contraste de gadolinium est injectée directement dans les articulations du genou, le coude et l'épaule, pour réaliser des images de résonance magnétique de son intégrité et de son opération.

Les références

1. Fhiver & Atkins. (2008). Chimie inorganique. (quatrième édition). Mc Graw Hill.
2. Wikipédia. (2020). Gadolinium. Récupéré de: dans.Wikipédia.org
3. Lentech b.V. (2020). Gadolinium. Récupéré de: lentech.com
4. Centre national d'information sur la biotechnologie. (2020). Gadolinium.  PubChem Comunund Résumé pour CID 23974. Récupéré de: pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gouvernement
5. Docteur. Doug Stewart. (2020). Faits d'élément gadolinium. Récupéré de: Chemicool.com
6. Les éditeurs d'Enyclopaedia Britannica. (2020). Thorium. Récupéré de: Britannica.com
7. Elsevier B.V. (2020). Gadolinium. ScienceDirect. Récupéré de: ScienceDirect.com