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Gadolinium

élément chimique ayant le numéro atomique 64

Gadolinium
Image illustrative de l’article Gadolinium
Échantillon de gadolinium.
Europium ← Gadolinium → Terbium
—
  Structure cristalline hexagonale compacte
 
64		 Gd
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
↑
Gd
↓
Cm
Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole Gd
Nom Gadolinium
Numéro atomique 64
Groupe –
Période 6e période
Bloc Bloc f
Famille d'éléments Lanthanide
Configuration électronique [Xe] 6s2 4f7 5d1
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 25, 9, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique 157,25 ± 0,03 u[1]
Rayon atomique (calc) 188 pm (233 pm)
Rayon de covalence 196 ± 6 pm[2]
État(s) d’oxydation 3
Électronégativité (Pauling) 1,20
Oxyde Base
Énergies d’ionisation[3]
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[4]Gd{syn.}stable avec 82 neutrons
146Gd{syn.}1,03×108 aα2.529142Nd
152Gd0,20 %1,08×1014 aα2.205148Sm
154Gd2,18 %stable avec 90 neutrons
155Gd14,80 %stable avec 91 neutrons
156Gd20,47 %stable avec 92 neutrons
157Gd15,65 %stable avec 93 neutrons
158Gd24,84 %stable avec 94 neutrons
160Gd21,86 %1,3×1021 adouble β-no data160Dy
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire solide
Masse volumique 7,901 g·cm-3 (25 °C)[1]
Système cristallin Hexagonal compact
Couleur blanc argenté
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
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
Divers
No CAS 7440-54-2[5]
No ECHA 100.028.329
Précautions
SGH[6]
SGH02 : Inflammable
Attention
H261, P231, P232, P422,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
modifier Consultez la documentation du modèle

Le gadolinium est l'élément chimique de numéro atomique 64, de symbole Gd. Il fait partie du groupe des lanthanides.

Le gadolinium doit son nom à Johan Gadolin, chimiste finlandais[a].

Sommaire

IsotopesModifier

Article détaillé : Isotopes du gadolinium.

Caractéristiques notablesModifier

 
Gadolinium

Le gadolinium est un métal faisant partie 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 bêta, de structure cubique centrée au-dessus de 1 508 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. Il est nommé d'après le chimiste finlandais Johan Gadolin, qui avait également découvert et donné son nom au minéral dont il est extrait, la gadolinite[7].

Le gadolinium est classiquement considéré comme l'un des quatre éléments ferromagnétiques[b] mais son point de Curie TC est très bas (292 K environ, soit 19 °C). La nature réelle de ce magnétisme ordonné en dessous de TC est contestée[8].

Le gadolinium a la plus grande capacité d'absorption des neutrons thermiques parmi tous les éléments naturels (49 kilobarns[1]).

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.

Le gadolinium se caractérise par une diversité minéralogique particulièrement faible : on ne connaît qu'un minéral dont il soit un constituant essentiel, la lepersonnite-(Gd). On le trouve plutôt en solution solide dans divers minéraux riches en terres rares. Il est aujourd'hui principalement extrait de la monazite (Ce,La,Th,Nd,Y)PO4 et de la bastnäsite (en) (Ce,La,Y)CO3F.

UtilisationModifier

  • 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. Ce produit a tendance à s'accumuler dans le cerveau sans que l'on en connaisse parfaitement la toxicité[9]. Certains chélates de gadolinium (agents macrocycliques) ne causent pas de déficit neurologique[10]. En outre, ce métal lourd est toxique (voire mortel) pour les insuffisants rénaux et peut provoquer une réaction inflammatoire[11].
  • 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 (61 kilobarns[1]) et surtout 157Gd (254 kilobarns[1]) 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.
    • en 2019, du gadolinium a été ajouté à l'eau de l'observatoire de neutrinos japonais Super-Kamiokande afin de pouvoir détecter les neutrons produits par les collisions entre des antineutrinos émis par des supernovas et des protons présents dans les molécules d'eau[12].
  • Une équipe française teste un réfrigérateur qui fonctionne en magnétisant ce matériau[13].

Notes et référencesModifier

NotesModifier

  1. ↑ tout comme la gadolinite, minéral ne contenant pas de gadolinium à des niveaux significatifs
  2. ↑ Les trois autres éléments ferromagnétiques à l'état de corps simple sont le fer, le cobalt et le nickel.

RéférencesModifier

  1. ↑ a b c d e f et g (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. ↑ (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ , p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  3. ↑ (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, , 89e éd., p. 10-203
  4. ↑ Atomic Weights and Isotopic Compositions for Gadolinium sur NIST PL
  5. ↑ Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
  6. ↑ SIGMA-ALDRICH
  7. ↑ (sv) « Universumets innehållförteckning, del 64: Gadolinium »
  8. ↑ (en) J.M.D. Coey, V. Skumryev et K. Gallagher, « Rare-earth metals: Is gadolinium really ferromagnetic? », Nature, vol. 401,‎ , p. 35-36 (DOI 10.1038/43363)
  9. ↑ Thema Radiologie Le gadolinium est-il dangereux à long terme ?, mai 2015.
  10. ↑ Gaetano Perrotta, Thierry Metens, Julie Absil, Marc Lemort et Mario Manto, « Absence of clinical cerebellar syndrome after serial injections of more than 20 doses of gadoterate, a macrocyclic GBCA: a monocenter retrospective study », Journal of Neurology,‎ (ISSN 1432-1459, PMID 28956156, DOI 10.1007/s00415-017-8631-8, lire en ligne, consulté le 1er octobre 2017)
  11. ↑ « "Gadolinium : l'heure des questions" par Pr Damien Galanaud, Editorial de La Lettre du Neurologue - vol. XX - n°3 - mars 2016 » (consulté le 27 mars 2017)
  12. ↑ (en) Davide Castelvecchi, « Gigantic Japanese detector prepares to catch neutrinos from supernvae », Nature,‎ (DOI 10.1038/d41586-019-00598-9, lire en ligne).
  13. ↑ David Larousserie, Les aimants du froid, mars 2007.

Voir aussiModifier

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