Gadolinium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Gd und Atomnummer 64. Es ist ein silberfarben-weißes, verformbares und hämmerbares Selten-Erdmetall. Es wird in der Natur nur im vereinigten (Salz) Form gefunden. Gadolinium wurde zuerst spektroskopisch 1880 von de Marignac entdeckt, der sein Oxyd getrennt hat und seine Entdeckung zugeschrieben wird. Es wird für gadolinite, eines der Minerale genannt, in denen es gefunden, der Reihe nach für den Chemiker Johan Gadolin genannt wurde. Das Metall wurde durch Lecoq de Boisbaudran 1886 isoliert.

Gadolinium-Metall besitzt ungewöhnliche metallurgische Eigenschaften mit nur 1 % des Gadoliniums, das die Brauchbarkeit und den Widerstand von Eisen, Chrom und verwandter Legierung zu hohen Temperaturen und Oxydation verbessert. Das Gadolinium als ein Metall oder Salz hat außergewöhnlich hohe Absorption von Neutronen und wird deshalb verwendet, um in der Neutronröntgenografie und in Kernreaktoren zu beschirmen. Wie seltenste Erden bildet Gadolinium dreiwertige Ionen, die Leuchtstoffeigenschaften haben. Salze von Gd (III) sind deshalb als grüne Leuchtmassen in verschiedenen Anwendungen verwendet worden.

Das Ion von Gd (III), das in wasserlöslichen Salzen vorkommt, ist für Säugetiere ziemlich toxisch. Jedoch, chelated Zusammensetzungen von Gd (III) sind viel weniger toxisch, weil sie Gd (III) durch die Nieren und aus dem Körper tragen, bevor das freie Ion ins Gewebe veröffentlicht werden kann. Wegen seiner paramagnetischen Eigenschaften werden Lösungen chelated organischer Gadolinium-Komplexe als intravenös verwaltete Gadolinium-basierte MRI-Kontrastagenten in der medizinischen Kernspinresonanz-Bildaufbereitung verwendet. Jedoch, in einer kleinen Minderheit von Patienten mit dem Nierenmisserfolg, sind mindestens vier solche Agenten mit der Entwicklung der seltenen knötchenartigen entzündlichen Krankheit nephrogenic systemischer fibrosis vereinigt worden. Wie man denkt, ist das wegen des Gadolinium-Ions selbst, da sich mit der Krankheit vereinigte Transportunternehmen-Moleküle von Gd (III) unterscheiden.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Gadolinium ist ein silberfarben-weißes verformbares und hämmerbares Selten-Erdmetall. Es kristallisiert in der sechseckigen, Ende-gepackten α-Form bei der Raumtemperatur, aber, wenn geheizt, zu Temperaturen über 1235 °C, verwandelt es sich zu seiner β-Form, die eine Körper - Kubikstruktur hat.

Gadolinium 157 hat den höchsten Thermalneutronfestnahme-Querschnitt unter jedem stabilen nuclides: 259,000 Scheunen. Nur xenon-135 hat eine höhere böse Abteilung, 2 Millionen Scheunen, aber dieses Isotop ist nicht stabil.

Gadolinium ist bei Temperaturen unten eisenmagnetisch und ist über dieser Temperatur stark paramagnetisch. Gadolinium demonstriert eine magnetocaloric Wirkung, wodurch seine Temperatur zunimmt, wenn es in ein magnetisches Feld eingeht und abnimmt, wenn es das magnetische Feld verlässt. Die Wirkung ist für die Gadolinium-Legierung Gd (SiGe) beträchtlich stärker.

Individuelle Gadolinium-Atome sind isoliert, indem sie sie in fullerene Moleküle kurz zusammengefasst wird, und mit dem Übertragungselektronmikroskop vergegenwärtigt worden. Individuelle Gd Atome und kleine Trauben von Gd sind auch in Kohlenstoff nanotubes vereinigt worden.

Chemische Eigenschaften

Gadolinium verbindet sich mit den meisten Elementen, um Ableitungen von Gd (III) zu bilden. Stickstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor, Bor, Selen, Silikon und Arsen bei Hochtemperaturen, binäre Zusammensetzungen bildend.

Verschieden von anderen seltenen Erdelementen ist metallisches Gadolinium in trockener Luft relativ stabil. Jedoch wird es schnell in feuchter Luft trübe, ein lose Haften-Gadolinium (III) Oxyd (GdO) bildend, der abblättert von, mehr Oberfläche zur Oxydation ausstellend.

:4 Gd + 3 O  2 GdO

Gadolinium ist ein starker abnehmender Agent, der Oxyde von mehreren Metallen in ihre Elemente reduziert. Gadolinium ist ganz electropositive und reagiert langsam mit kaltem Wasser und ganz schnell mit heißem Wasser, um Gadolinium-Hydroxyd zu bilden:

:2 Gd + 6 HO  2 Gd (OH) + 3 H

Gadolinium-Metall wird sogleich durch verdünnte Schwefelsäure angegriffen, um Lösungen zu bilden, die die farblosen Ionen von Gd (III) enthalten, die als [Gd (OH)] Komplexe bestehen:

:2 Gd + 3 HSO + 18 HO  2 [Gd (HO)] + 3 SO + 3 H

Gadolinium-Metall reagiert mit den Halogenen (X) bei der Temperatur ungefähr 200 °C:

:2 Gd + 3 X  2 GdX

Chemische Zusammensetzungen

In der großen Mehrheit seiner Zusammensetzungen nimmt Gd den Oxydationsstaat +3 an. Alle vier trihalides sind bekannt. Alle sind abgesehen vom iodide weiß, der gelb ist. Meistens gestoßen der Halogenide ist Gadolinium (III) Chlorid (GdCl). Das Oxyd löst sich in Säuren auf, um die Salze, wie Gadolinium (III) Nitrat zu geben.

Gadolinium (III), wie die meisten lanthanide Ionen, bildet Komplexe mit hohen Koordinationszahlen. Diese Tendenz wird durch den Gebrauch von chelating Agenten DOTA, ein octadentate ligand illustriert. Salze [Gd (DOTA)] sind in der Kernspinresonanz-Bildaufbereitung nützlich. Eine Vielfalt von zusammenhängenden chelate Komplexen ist einschließlich gadodiamide entwickelt worden.

Reduzierte Gadolinium-Zusammensetzungen sind besonders im festen Zustand bekannt. Gadolinium (II) Halogenide wird durch die Heizung von Halogeniden von Gd (III) in die Anwesenheit metallischen Gd in Tantal-Behältern erhalten. Gadolinium bildet auch sesquichloride GdCl, der weiter auf GdCl durch das Ausglühen an 800 °C reduziert werden kann. Dieses Gadolinium (I) Chlorid bildet Thrombozyte mit der layered einem Grafit ähnlichen Struktur.

Isotope

Natürlich vorkommendes Gadolinium wird aus 6 stabilen Isotopen, Gd, Gd, Gd, Gd, Gd und Gd, und 1 Radioisotop, Gd mit Gd zusammengesetzt, der das reichlichste (natürlicher 24.84-%-Überfluss) ist. Der vorausgesagte doppelte Beta-Zerfall von Gd ist nie beobachtet worden (die einzigen beschränken tiefer auf seiner Halbwertzeit mehr als 1.3×10 Jahre sind experimentell gesetzt worden).

Neunundzwanzig Radioisotope sind mit dem stabilsten charakterisiert worden, das Alpha verfallender Gd (natürlich ist, vorkommend) mit einer Halbwertzeit 1.08×10 Jahre und Gd mit einer Halbwertzeit 1.79×10 Jahre. Alle restlichen radioaktiven Isotope haben Halbwertzeiten von weniger als 74.7 Jahren. Die Mehrheit von diesen hat Halbwertzeiten von weniger als 24.6 Sekunden. Gadolinium-Isotope haben 4 metastable isomers mit dem stabilsten, das Gd (T=110 Sekunden), Gd (T=85 Sekunden) und Gd (T=24.5 Sekunden) ist.

Isotope mit Atommassen tiefer als das reichlichste stabile Isotop, Gd, verfallen in erster Linie über die Elektronfestnahme zu Eu (Europium) Isotope. An höheren Atommassen ist die primäre Zerfall-Weise Beta-Zerfall, und die primären Produkte sind Tb (Terbium) Isotope.

Geschichte

Gadolinium wird vom Mineral gadolinite genannt, der Reihe nach für den finnischen Chemiker und Geologen Johan Gadolin genannt.

1880 hat schweizerischer Chemiker Jean Charles Galissard de Marignac spektroskopische Linien wegen des Gadoliniums in Proben von didymium und gadolinite beobachtet, und hat von ihnen "gadolinia", Gadolinium-Oxyd getrennt. Weil er begriffen hat, dass gadolinia das Oxyd eines neuen Elements war, wird ihm die Entdeckung des Gadoliniums zugeschrieben. Französischer Chemiker Paul Émile Lecoq de Boisbaudran hat die Trennung von Gadolinium-Metall vom Oxyd 1886 ausgeführt.

Ereignis

Gadolinium ist ein Bestandteil in vielen Mineralen wie monazite und bastnäsite, die Oxyde sind. Das Metall ist zu reaktiv, um natürlich zu bestehen. Komischerweise enthält das Mineral gadolinite nur Spuren von Gd. Der Überfluss in der Erdkruste ist ungefähr 6.2 Mg/Kg. Die abbauenden Hauptgebiete sind China, die USA, Brasilien, Sri Lanka, Indien und Australien mit Reserven, die angenommen sind, um eine Million Tonnen zu weit zu gehen. Die Weltproduktion des reinen Gadoliniums ist ungefähr 400 Tonnen pro Jahr.

Produktion

Gadolinium wird sowohl von monazite als auch von bastnäsite erzeugt.

1. Zerquetschte Minerale werden mit salzsauren oder Schwefelsäuren herausgezogen, der die unlöslichen Oxyde in auflösbare Chloride oder Sulfate umwandelt.
2. Die acidic filtrates werden mit Ätznatron zum pH 3-4 teilweise für neutral erklärt. Thorium schlägt sich als sein Hydroxyd nieder und wird entfernt.
3. Die restliche Lösung wird mit dem Ammonium-Oxalat behandelt, um seltene Erden in zu ihren unlöslichen Oxalaten umzuwandeln. Die Oxalate werden zu Oxyden durch die Heizung umgewandelt.
4. Die Oxyde werden in Stickstoffsäure aufgelöst, die einen der Hauptbestandteile, des Ceriums ausschließt, dessen Oxyd in HNO unlöslich ist.
5. Die Lösung wird mit dem Magnesium-Nitrat behandelt, um eine kristallisierte Mischung von doppelten Salzen des Gadoliniums, Samariums und Europiums zu erzeugen.
6. Die Salze werden durch die Ion-Austauschchromatographie getrennt.
7. Die seltenen Erdionen werden dann durch den passenden Komplexbildner auswählend gewaschen.

Gadolinium-Metall wird bei seinem Oxyd oder Salzen durch die Heizung mit Kalzium an 1450 °C unter der Argon-Atmosphäre erhalten. Schwamm-Gadolinium kann durch das Reduzieren geschmolzenen GdCl mit einem passenden Metall bei Temperaturen unter 1312 °C (Schmelzpunkt von Gd) in einem reduzierten Druck erzeugt werden.

Anwendungen

Gadolinium hat keine groß angelegten Anwendungen, aber hat eine Vielfalt des Spezialgebrauches.

Gadolinium hat den höchsten Neutronquerschnitt unter jedem stabilen nuclides: 61,000 Scheunen für Gd und 259,000 Scheunen für Gd. Gd ist verwendet worden, um Geschwülste in der Neutrontherapie ins Visier zu nehmen. Dieses Element ist für den Gebrauch mit der Neutronröntgenografie und in der Abschirmung von Kernreaktoren sehr wirksam. Es wird als ein sekundäres Notstilllegungsmaß in einigen Kernreaktoren besonders des Typs CANDU verwendet. Gadolinium wird auch in Kernseeantrieb-Systemen als ein Burnable-Gift verwendet.

Gadolinium besitzt auch ungewöhnliche metallurgische Eigenschaften mit nur 1 % des Gadoliniums, das die Brauchbarkeit und den Widerstand von Eisen, Chrom und verwandter Legierung zu hohen Temperaturen und Oxydation verbessert.

Gadolinium ist bei der Raumtemperatur mit einem eisenmagnetischen Punkt von Curie von 20 °C paramagnetisch. Paramagnetische Ionen, wie Gadolinium, bewegen sich verschieden innerhalb eines magnetischen Feldes. Dieser Charakterzug macht Gadolinium nützlich für die Kernspinresonanz-Bildaufbereitung (MRI). Lösungen organischer Gadolinium-Komplexe und Gadolinium-Zusammensetzungen werden als intravenöses MRI-Kontrastreagenz verwendet, um Images in der medizinischen Kernspinresonanz-Bildaufbereitung und den Verfahren der Kernspinresonanz angiography (MRA) zu erhöhen. Magnevist ist das weit verbreitetste Beispiel. Mit dem Gadolinium gepackter Nanotubes, hat "gadonanotubes" synchronisiert, sind 40mal wirksamer, als dieses traditionelle Gadolinium Reagenz gegenüberstellt. Einmal wachsen eingespritzte, Gadolinium-basierte Kontrastagenten in anomalen Geweben des Gehirns und Körpers an. Diese Anhäufung stellt eine größere Unähnlichkeit zwischen normalen und anomalen Geweben zur Verfügung, Ärzten erlaubend, ungewöhnliches Zellwachstum und Geschwülste besser ausfindig zu machen.

Das Gadolinium als ein Phosphor wird auch in anderer Bildaufbereitung verwendet. In Röntgenstrahl-Systemen wird Gadolinium in der Phosphorschicht enthalten, die in einer Polymer-Matrix am Entdecker aufgehoben ist. Terbium-lackiertes Gadolinium oxysulfide (GdOS: Tb) am Phosphor wandelt die Schicht die Röntgenstrahlen um, die von der Quelle ins Licht veröffentlicht sind. Dieses Material strahlt grünes Licht an 540 nm erwarteten zur Anwesenheit von Tb aus, der sehr nützlich ist, für die Bildaufbereitungsqualität zu erhöhen. Die Energiekonvertierung von Gd ist bis zu 20 %, was bedeutet, dass ein fünfter von den Röntgenstrahlen, die die Phosphorschicht schlagen, in leichte Fotonen umgewandelt werden kann. Gadolinium oxyorthosilicate (GdSiO, GSO; gewöhnlich lackiert von 0.1-1 % von Ce) ist ein Monokristall, der als ein scintillator in der medizinischen Bildaufbereitung wie Positron-Emissionstomographie verwendet wird oder um Neutronen zu entdecken.

Gadolinium-Zusammensetzungen werden auch verwendet, um grüne Leuchtmassen für Farbfernsehen-Tuben und CDs zu machen.

Gadolinium 153 wird in einem Kernreaktoren von elementarem Europium oder bereicherten Gadolinium-Zielen erzeugt. Es hat eine Halbwertzeit von 240±10 Tagen und strahlt Gammastrahlung mit starken Spitzen an 41 keV und 102 keV aus. Es wird in vielen Qualitätssicherungsanwendungen, wie Linienquellen und Kalibrierungsgespenster verwendet, um sicherzustellen, dass Kernmedizin-Bildaufbereitungssysteme richtig funktionieren und nützliche Images des Radioisotop-Vertriebs innerhalb des Patienten erzeugen. Es wird auch als eine Gammastrahl-Quelle in Röntgenstrahl-Absorptionsmaßen oder in Knochen-Dichte-Maßen für die Osteoporosis-Abschirmung, sowie in Lixiscope tragbares Röntgenstrahl-Bildaufbereitungssystem verwendet.

Gadolinium wird verwendet, um Gadolinium-Yttrium-Granat (Gd:YAlO) zu machen; es hat Mikrowellenanwendungen und wird in der Herstellung von verschiedenen optischen Bestandteilen und als Substrat-Material für mit dem Magnetzünder optische Filme verwendet.

Gadolinium wurde Gallium Garnet (GGG, GdGaO) für Kunstdiamanten und für das Computerluftblase-Gedächtnis verwendet.

Biologische Rolle

Gadolinium hat keine bekannte heimische biologische Rolle, aber seine Zusammensetzungen werden als Forschungswerkzeuge in biomedicine verwendet. Zusammensetzungen von Gd sind Bestandteile von MRI-Kontrastagenten. Es wird im verschiedenen Ion-Kanal electrophysiology Experimente verwendet, um Natriumsleckstelle-Kanäle zu blockieren, und Strecken hat Ion-Kanäle aktiviert.

Sicherheit

Als ein freies Ion ist Gadolinium hoch toxisch, aber MRI heben sich ab Agenten sind Chelated-Zusammensetzungen und werden sicher genug betrachtet, in den meisten Personen verwendet zu werden. Die Giftigkeit hängt in großer Zahl vom chelating Agenten ab. Ungefähr ein Dutzend verschiedene Gd-chelated Reagenzien sind genehmigt worden, weil MRI Agenten um die Welt gegenüberstellen.

Gadolinium MRI stellen Agenten gegenüber, hat sich sicherer erwiesen, als die iodinated Reagenzien gegenüberstellen, die in der Röntgenstrahl-Röntgenografie verwendet sind, oder Tomographie geschätzt haben. Reaktionen von Anaphylactoid sind selten, in etwa 0.03-0.1 % vorkommend.

Obwohl sich Gadolinium-Agenten nützlich für Patienten mit der Nierenschwächung in Patienten mit der strengen Nierenmisserfolg-Verlangen-Dialyse erwiesen haben, gibt es eine Gefahr seltene, aber ernste Krankheiten, genannt nephrogenic systemischen fibrosis (NSF) oder nephrogenic fibrosing dermopathy, der mit dem Gebrauch von MRI vier Gadolinium enthaltenden Kontrastagenten verbunden worden ist. Die Krankheit ähnelt scleromyxedema und einigermaßen scleroderma. Es kann wenige Monate vorkommen, nachdem Unähnlichkeit eingespritzt worden ist. Seine Vereinigung mit dem Gadolinium und nicht dem Transportunternehmen-Molekül wird durch sein Ereignis in von Kontrastmaterialien bestätigt, in denen Gadolinium durch sehr verschiedene Transportunternehmen-Moleküle getragen wird.

Aktuelle Richtlinien in den Vereinigten Staaten sind, dass Dialyse-Patienten nur Gadolinium-Agenten empfangen sollten, wo notwendig und zu denken, eine Iodinated-Unähnlichkeit durchzuführen, CT, wenn ausführbar, erhöht hat. Wenn erhöhter MRI einer Unähnlichkeit auf einem Dialyse-Patienten durchgeführt werden muss, wird es empfohlen, dass bestimmte risikoreiche Kontrastagenten vermieden werden, und dass eine niedrigere Dosis betrachtet wird. Die amerikanische Universität der Röntgenologie empfiehlt, dass Unähnlichkeit MRI Überprüfungen erhöht hat, so nah vor der Dialyse durchgeführt werden, wie möglich vorsorglich, obwohl, wie man bewiesen hat, das die Wahrscheinlichkeit nicht reduziert hat, NSF zu entwickeln.

Links

• Nephrogenic Systemischer Fibrosis - Komplikation des Gadoliniums HERR Contrast (Reihe von Images an der Website von MedPix)
• Es ist - Gadolinium elementar
• Kühlschrank verwendet Gadolinium-Metall, das, wenn ausgestellt, zum magnetischen Feld anheizt
• FDA, der auf der Gadolinium-basierten Unähnlichkeit beratend

• Unterleibs-HERR, der darstellt: wichtige Rücksichten für die Einschätzung der Gadolinium-Erhöhung Rafael O.P. de Campos, Vasco Herédia, Ersan Altun, Richard C. Semelka, Abteilung der Röntgenologie-Universität des Krankenhaus-Kapelle-Hügels von North Carolina