Gadolinium

Gadolinium (64) [Gd]

Ordnungszahl    
CAS-Nummer        
Anteil Erdhülle           
Relat. Atommasse     Atomradius      
Schmelzpunkt             Siedepunkt      Oxidationszahlen  
Dichte                      
Härte (Mohs)          
Elektronegativität      
Elektronenkonfig.     

64
7440-54-2
5,9 ppm                    157,25 (3)                    188 (233) pm                    1312 °C    
3000 °C                             3, 2
7,886 g/cm³
 1,5
1,20 (Pauling)    [Xe]  4f7 5d1 6s2

GHS Gefahrenstoffkennzeichnung (Pulver):

H: 261

P: 231+232-422

EU-Gefahrenstoffkennzeichnung (Pulver):

R: 15

S: 7/8-43

Geschichte

Gadolinium wurde im Jahr 1880 vom Schweizer Chemiker Jean Charles Galissard de Marignac entdeckt. Er untersuchte die Bestandteile von dem Mineral Samarskit und ihre unterschiedliche Löslichkeit in Kaliumsulfat-Lösungen. Es bildeten sich je nach Löslichkeit mehrere unterschiedliche Fraktionen. In einer dieser Fraktionen fand er im eines unbekannten Element. Das Element nannte er, weil er nicht genug Material für eine exakte Bestimmung erhalten konnte, Yα. Als die Existenz von Yα von William Crookes und Paul Émile Lecoq de Boisbaudran bestätigt wurde, nannte Lecoq de Boisbaudran am 19. April 1886 das neue Element nun nach Absprache mit Marignac Gadolinium, zu Ehren des finnischen Chemikers Johan Gadolin.

Hochreines metallisches Gadolinium wurde erstmals 1935 von Felix Trombe gewonnen. Möglich war dies durch elektrolytische Reduktion einer Schmelze aus Gadolinium(III)-Chlorid, Kaliumchlorid und Lithiumchlorid bei 625–675 °C an Calciumelektroden. Kurze Zeit später entdeckte er den Ferromagnetismus des Elements.

Physikalische und Chemische Eigenschaften

Gadolinium ist ein silbrigweiß bis grauweiß glänzendes Metall. Es ist verhältnismäßig duktil, gut schmiedbar und ferromagnetisch. Aufgrund der magnetischen Eigenschaften hat Gadolinium auch eine sehr stark temperaturabhängige Wärmekapazität. An trockener Luft ist Gadolinium relativ stabil, an feuchter Luft bildet sich eine lose anhaftende, abblätternde und nicht-schützende Oxidschicht. Zusammen mit Wasser reagiert es nur langsam unter Wasserstoffbildung. In verdünnten Säuren lößt es sich auf, ebenfalls unter Wasserstoffbildung. Feine Stäube von metallischem Gadolinium sind aufgrund der vergrößerten Oberfläche feuer- und explosionsgefährlich. Gadolinium muss unter Luftabschluss aufbewahrt werden.

Verwendung

Das Element wird zur Herstellung von Gadolinium-Yttrium-Granat für Mikrowellenanwendungen eingesetzt. Weiteren Einsatz findet Gadolinium in der Radartechnik, genauer dienen Oxysulfide zur Herstellung von grünem Leuchtstoff für nachleuhtende Bildschirme.

In die Venen injizierte Gadolinium(III)-Verbindungen, dienen als Kontrastmittel bei Untersuchungen im Kernspinttomographen. Gadolinium wird intravenös verabfolgt, um bspw. Tumoren und entzündliche Veränderungen im Gehirn darzustellen. Bei Störungen der Blut-Liquor Schranke kommt es zu einer Anreicherung im verdächtigen Bereich und liefert somit wichtige diagnostischen Informationen.
Gadolinium wurde ebenfalls zur Herstellung von Magnetblasenspeichern eingesetzt. Auch in der Herstellung von wiederbeschreibbaren CD´s findet es Anwendung.

In Eisen und Chrom Legierungen erhöht Gadolinium die Belastbarkeit sowie die Hochtemperatur- und die Oxidationsbeständigkeit. Weitere Anwendung findet Gadolinium in Supraleitern und elektronischen Bauteilen.

Herstellung

Auf Grund der chemisch-physikalischen Ähnlichkeit ist die Abtrennung von den anderen Lanthanoiden schwer. Nach dem Aufschluss der Ausgangsmaterialien wie Bastnäsit  oder Monazit mit Schwefelsäure oder natronlauge kommt es bspw. zu einem, auf einer Flüssig-Flüssig-Extraktion basierendes Verfahren. Dabei wird zuerst Cer in Form von Cer(IV)-Oxid abgetrennt und die verbleibenden Seltenen Erden in Salzsäure gelöst. Daraufhin wird in Flüssig-Flüssig-Extraktion Europium, Gadolinium, Samarium und die schwereren Seltenerdmetalle von den leichten SEE getrennt. Reines und metallisches Gadolinium erhält man nun durch eine Reduktion der Fluoride im Vakuum mit Hilfe von Calcium.

Toxikologie

Gadolnium sollte in Pulverform nicht eingeatmet werden, da es die Schleimhäute reizen kann.

Gadolnium-Ionen werden vor allem im Knochensystem und in der Leber eingebaut und können dort über Jahre hinweg verbleiben. Intravenös verabreichte Lösungen von freien Gadolinium-Ionen wirken akut toxisch. Von der Toxizität betroffen sind die glatte und die quergestreifte Muskulatur, die Funktion der Mitochondrien sowie die Blutgerinnung. Die Toxizität von freiem Gadolinium ist als hoch einzustufen. In komplexierter Form, so wie das Gadolinium in zugelassenen Kontrastmitteln vorkommt , ist es dagegen unter Berücksichtigung der Kontraindikationen gut verträglich. Eine neue Studie liefert Hinweise darauf, dass Gadolinium in Kontrastmitteln nach häufigen MRT Untersuchungen zu Ablagerungen und eventuell auch Strukturschädigungen im Gehirn führen könnten. Ob es wirklich zu einer Schädigung kommt, konnte jedoch noch nicht festgestellt werden.