Gadolínio: estrutura, propriedades, obtenção, usos - Ciência - 2023

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o gadolínio É um metal pertencente ao grupo dos lantanídeos, terras raras, cujo símbolo químico é D'us. Apresenta cor branco prateado na ausência de óxido. É estável em ar seco, mas oxida em ar úmido para formar uma ferrugem escura. Ele também reage com a água quente para formar hidróxido de gadolínio.

O gadolínio forma complexos fluorescentes e tem outras propriedades físicas particulares: é magnetocalórico, ou seja, sua temperatura depende do campo magnético existente. É também um elemento paramagnético que se torna ferromagnético em baixas temperaturas.

O gadolínio possui um ponto de Curie de 17ºC. Possui abundância de 5,2 ppm na crosta terrestre, superior à de elementos como césio, berílio e estanho. A sua presença foi demonstrada em alguns vegetais como o endro, a beterraba e a alface romana.

O gadolínio foi descoberto em 1800 por Jean de Marignac, ao estudar o óxido de gadolínio obtido do mineral samarskita. Paradoxalmente, o mineral gadolinita apresenta apenas vestígios desse metal, cuja verdadeira fonte mineralógica é composta pelos minerais monazita e bastnasita.

Descoberta

O gadolínio foi descoberto em 1880 pelo químico suíço Jean Charles Gelissard de Marignac. Esse cientista conseguiu identificar em um óxido, obtido do mineral samarskita, um novo registro espectroscópico, que mais tarde se mostrou corresponder ao apresentado pelo metal gadolínio.

Há uma alegação de que Marignac preparou óxido de gadolínio a partir do mineral cerita, em vez de samarskita, chamando o óxido de "gadolínia". Em 1886, o químico francês Paul Émile Lacog de Boisbaudran conseguiu isolar o metal gadolínio de seu óxido.

Isso serviu para confirmar as descobertas de Marignac e atribuir a ele a descoberta do gadolínio. De Boisbaudran, em consulta com Marignac, nomeou o novo metal gadolínio em homenagem ao mineralogista do século 18, John Gadolin.

John Gadolin (1760-1752) foi um químico finlandês que em 1792 examinou um mineral preto coletado perto de Estocolmo e descobriu que continha 38% de um óxido de terra rara que ele chamou de ítria.

Em 1800, o mineral que Gadolin examinou foi denominado gadolinita. No entanto, mais tarde foi estabelecido que não era particularmente rico em gadolínio, mas apenas apresentava vestígios deste metal.

Estrutura química do gadolínio

O gadolínio pode adotar duas estruturas cristalinas:

-Compact Hexagonal (hcp) à temperatura ambiente, denominado α-Gd

- Cúbico centrado no corpo (bcc) acima de 1235 ºC, que é representado como β-Gd

Configuração eletronica

A configuração eletrônica abreviada do gadolínio é:

[Xe] 4f⁷ 5 d¹ 6s²

Ele deve ter oito elétrons nos orbitais 4f, pois é o oitavo membro dos lantanídeos; mas em vez disso tem sete, com um elétron no orbital 5d. Esta é uma das muitas irregularidades na ordem de preenchimento dos orbitais.

Propriedades do gadolínio

Aparência física

Metal sólido branco prateado. O gadolínio é um metal dúctil e maleável.

Número atômico

Massa molar

157 g / mol

Ponto de fusão

1312 ºC

Ponto de ebulição

3000 ºC

Densidade

7,90 g / cm³

Calor de fusão

10,05 kJ / mol

Calor da vaporização

301,3 kJ / mol

Estados de oxidação

0, +1, +2 e +3, sendo o último (D'us³⁺) o estado de oxidação mais importante.

Eletro-negatividade

1,2 na escala de Pauling

Energias de ionização

Primeiro: 593,4 kJ / mol

Segundo: 1170 kJ / mol

Terceiro: 1190 kJ / mol

Magnetismo

Em temperaturas abaixo de 20 ºC (ponto Curie 17 ºC), ele se comporta como um metal ferromagnético, ou seja, é atraído por ímãs. E em temperaturas acima de 20 ºC, ele se comporta como um metal paramagnético.

O gadolínio tem a propriedade de ser termomagnético, pois aumenta sua temperatura ao entrar em um campo magnético; e diminui ao sair deste. Além disso, o gadolínio possui alto valor de resistividade elétrica (131 µΩ-cm).

Reatividade

A maioria dos compostos formados pelo gadolínio são de valência +3. O metal é estável no ar seco, mas é nublado pelo ar úmido, formando um óxido branco em flocos, Gd₂OU₃, que então escurece e não o protege de oxidação posterior.

Gadolínio não é solúvel em água fria, mas é capaz de reagir com água quente para formar hidróxido de gadolínio, Gd (OH)₃. O gadolínio é um forte agente redutor que atua reduzindo os óxidos metálicos.

Ele também reage com todos os halogênios para formar haletos brancos; exceto o iodeto de gadolínio, que é amarelo. Reage com os ácidos, exceto o ácido fluorídrico, com o qual forma uma camada protetora.

Obtendo

Como muitas terras raras, o gadolínio é obtido economicamente dos minerais monazita e bastnasita. Uma vez obtidos esses minerais, eles são triturados para reduzi-los a fragmentos e iniciar o processo de isolamento.

O primeiro passo é tratar os fragmentos minerais com ácido clorídrico para transformar os óxidos insolúveis em cloretos solúveis. O filtrado é então neutralizado com a adição de hidróxido de sódio para ajustar o pH entre 3 e 4, causando a precipitação do hidróxido de tório.

O sobrenadante é então tratado com oxalato de amônio para que ocorra a formação de oxalatos de terras raras insolúveis. Esses oxalatos são aquecidos para convertê-los em óxidos, que por sua vez são tratados com ácido nítrico, que produz a precipitação do cério.

O sobrenadante é tratado com nitrato de magnésio para produzir sais duplamente cristalizados de gadolínio, samário e európio, que podem ser separados por cromatografia de troca iônica.

O gadolínio metálico pode finalmente ser obtido a partir de seus óxidos ou sais, levando-os a 1450 ºC e reduzindo-os com cálcio em uma atmosfera inerte de argônio.

Usos / aplicações

Resfriamento magnético

Gadolínio, silício e ligas de germânio, fundidos por arco, demonstram efeito magnetocalórico. Ou seja, sua temperatura é afetada pela intensidade do campo magnético ao qual estão expostos. Esta propriedade tem servido de base para o estabelecimento da refrigeração magnética.

Industrial

O gadolínio é usado em ligas com ferro e cromo para melhorar a resistência a altas temperaturas e corrosão.

Seus compostos são usados como fósforo verde em tubos de imagem de televisão em cores. Da mesma forma, o gadolínio é usado como fonte de fósforo em lâmpadas fluorescentes, telas intensificadoras de raios-X e cintiladores para tomografia de raios-X.

O gadolínio é usado com o ítrio na fabricação de granadas que têm aplicações em microondas. Também é utilizado na fabricação de ímãs, componentes eletrônicos como cabeçotes de gravadores de vídeo, discos compactos (CDs) e memórias de computador.

Reatores nucleares

Devido à sua seção transversal, o gadolínio possui grande capacidade de captura de nêutrons, permitindo assim sua utilização como escudo e haste de controle em reatores nucleares.

Doutores

As características magnéticas do gadolínio permitiram que ele fosse usado para formar complexos de contraste, úteis na ressonância magnética (RM). O material de contraste é injetado por via intravenosa, permitindo alguns dos seguintes estudos médicos:

-Estado de evolução de tumores cancerígenos

- Imagem de perfusão cardíaca, com caracterização do tecido cardíaco e quantificação da fibrose miocárdica

-Diagnóstico em pacientes com anormalidades do sistema nervoso central, etc.

A solução de contraste de gadolínio é injetada diretamente nas articulações do joelho, cotovelo e ombro para obter imagens de ressonância magnética de sua integridade e função.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (quarta edição). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2020). Gadolínio. Recuperado de: en.wikipedia.org
Lenntech B.V. (2020). Gadolínio. Recuperado de: lenntech.com
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