Gadolinium

Iso	AN	Période	MD	Ed	PD
Iso	AN	Période	MD	MeV	PD
^{144^[4]}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

Propriétés physiques du corps simple

État ordinaire

solide

Masse volumique

7,901 g·cm^-3 (25 °C)^[1]

blanc argenté

1 313 °C^[1]

3 273 °C^[1]

10,05 kJ·mol^-1

Énergie de vaporisation

359,4 kJ·mol^-1

19,9×10^-6 m³·mol^-1

24 400 Pa à 1 585 K

2 680 m·s^-1 à 20 °C

230 J·kg^-1·K^-1

Conductivité électrique

0,736×10⁶ S·m^-1

Conductivité thermique

10,6 W·m^-1·K^-1

Divers

N^o CAS

7440-54-2^[5]

N^o ECHA

100.028.329

Précautions

SGH^[6]

Attention

H261, P231, P232, P422,

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

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].

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 en hommage au chimiste finlandais Johan Gadolin^[7]^,^[a].

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

↑ ^{a et b} Johan Gadolin a également laissé son donné son nom à la gadolinite, un minéral qu'il a découvert mais qui ne contient pas de gadolinium à des niveaux significatifs.
↑ Les trois autres éléments ferromagnétiques à l'état de corps simple sont le fer, le cobalt et le nickel.

RéférencesModifier

↑ ^{a b c d e f et g} (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90^e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
↑ (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,‎ 2008, p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
↑ (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, 2009, 89^e éd., p. 10-203
↑ Atomic Weights and Isotopic Compositions for Gadolinium sur NIST PL
↑ Base de données Chemical Abstracts interrogée via SciFinder Web le 15 décembre 2009 (résultats de la recherche)
↑ SIGMA-ALDRICH
↑ (en) « The Mineralogy of Gadolinium », sur Mindat.org (consulté le 6 avril 2020).
↑ (en) J.M.D. Coey, V. Skumryev et K. Gallagher, « Rare-earth metals: Is gadolinium really ferromagnetic? », Nature, vol. 401,‎ 2 septembre 1999, p. 35-36 (DOI 10.1038/43363)
↑ Thema Radiologie Le gadolinium est-il dangereux à long terme ?, mai 2015.
↑ 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,‎ 27 septembre 2017 (ISSN 1432-1459, PMID 28956156, DOI 10.1007/s00415-017-8631-8, lire en ligne, consulté le 1^er octobre 2017)
↑ « "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)
↑ (en) Davide Castelvecchi, « Gigantic Japanese detector prepares to catch neutrinos from supernvae », Nature,‎ 27 février 2019 (DOI 10.1038/d41586-019-00598-9, lire en ligne).
↑ David Larousserie, Les aimants du froid, mars 2007.

Voir aussiModifier

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gadolinium, sur le Wiktionnaire

Articles connexesModifier

Lepersonnite-(Gd)

Liens externesModifier

(en) « Technical data for Gadolinium » (consulté le 11 août 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope

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Métaux Alcalins	Alcalino- terreux	Lanthanides	Métaux de transition	Métaux pauvres	Métal- loïdes	Non- métaux	Halo- gènes	Gaz nobles	Éléments non classés
		Actinides
		Superactinides

Portail de la chimie

[gadolinite-7] {a et b} Johan Gadolin a également laissé son donné son nom à la gadolinite, un minéral qu'il a découvert mais qui ne contient pas de gadolinium à des niveaux significatifs.

[9] Les trois autres éléments ferromagnétiques à l'état de corps simple sont le fer, le cobalt et le nickel.

[HandbookChemPhys90-1] {a b c d e f et g} (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90^e 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,‎ 2008, p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)

[CRC_Handbook_of_Chemistry_and_Physics-3] (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC, 2009, 89^e 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)

[sa-6] SIGMA-ALDRICH

[8] (en) « The Mineralogy of Gadolinium », sur Mindat.org (consulté le 6 avril 2020).

[10] (en) J.M.D. Coey, V. Skumryev et K. Gallagher, « Rare-earth metals: Is gadolinium really ferromagnetic? », Nature, vol. 401,‎ 2 septembre 1999, p. 35-36 (DOI 10.1038/43363)

[11] Thema Radiologie Le gadolinium est-il dangereux à long terme ?, mai 2015.

[12] 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,‎ 27 septembre 2017 (ISSN 1432-1459, PMID 28956156, DOI 10.1007/s00415-017-8631-8, lire en ligne, consulté le 1^er octobre 2017)

[13] « "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)

[14] (en) Davide Castelvecchi, « Gigantic Japanese detector prepares to catch neutrinos from supernvae », Nature,‎ 27 février 2019 (DOI 10.1038/d41586-019-00598-9, lire en ligne).

[15] David Larousserie, Les aimants du froid, mars 2007.

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