Gadolinium: struktur, sifat, perolehan, kegunaan

Gadolinium adalah logam milik kelompok lantanida, tanah jarang, yang simbol kimia Gd. Ini memiliki warna putih keperakan tanpa adanya oksida. Ini stabil di udara kering, tetapi teroksidasi di udara lembab untuk membentuk karat gelap. Ia juga bereaksi dengan air panas untuk membentuk gadolinium hidroksida.

Gadolinium membentuk kompleks fluoresen dan memiliki sifat fisik khusus lainnya: itu adalah magnetokalorik, yaitu suhunya tergantung pada medan magnet yang ada. Ini juga merupakan unsur paramagnetik yang menjadi feromagnetik pada suhu rendah.

Contoh logam gadolinium. Sumber: Gambar Hi-Res Unsur Kimia / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Gadolinium memiliki titik Curie 17ºC. Ini memiliki kelimpahan 5,2 ppm di kerak bumi, lebih tinggi dari unsur-unsur seperti cesium, berilium dan timah. Kehadirannya telah ditunjukkan di beberapa sayuran seperti dill, bit merah dan selada romaine.

Gadolinium ditemukan pada tahun 1800 oleh Jean de Marignac, dengan mempelajari gadolinium oksida yang diperoleh dari mineral samarskite. Paradoksnya, mineral gadolinite hanya memiliki jejak logam ini, yang sumber mineraloginya yang sebenarnya terdiri dari mineral monasit dan bastnäsite.

Penemuan

Gadolinium ditemukan pada tahun 1880 oleh ahli kimia Swiss Jean Charles Gelissard de Marignac. Ilmuwan ini berhasil mengidentifikasi dalam oksida, yang diperoleh dari mineral samarskite, catatan spektroskopi baru, yang kemudian terbukti sesuai dengan yang disajikan oleh gadolinium logam.

Ada klaim bahwa Marignac menyiapkan gadolinium oksida dari mineral cerite, bukan samarskite, yang menyebut oksida “gadolinia”. Pada tahun 1886, ahli kimia Prancis Paul mile Lacog de Boisbaudran berhasil mengisolasi gadolinium logam dari oksidanya.

Ini berfungsi untuk mengkonfirmasi temuan Marignac dan untuk menghubungkan penemuan gadolinium kepadanya. De Boisbaudran, dalam konsultasi dengan Marignac, menamai gadolinium logam baru untuk menghormati ahli mineral abad ke-18 John Gadolin.

John Gadolin (1760-1752) adalah seorang ahli kimia Finlandia yang pada tahun 1792 meneliti mineral hitam yang dikumpulkan di dekat Stockholm, dan menemukan bahwa mineral tersebut mengandung 38% oksida tanah jarang yang disebutnya yttria.

Pada tahun 1800 mineral yang diperiksa Gadolin diberi nama gadolinite. Namun, kemudian ditetapkan bahwa itu tidak terlalu kaya gadolinium, tetapi hanya memiliki jejak logam ini.

Struktur kimia gadolinium

Gadolinium dapat mengadopsi dua struktur kristal:

  • -Compact Hexagonal (hcp) pada suhu kamar, disebut -Gd
  • -Kubik pusat tubuh (bcc) di atas 1235 C, yang direpresentasikan sebagai -Gd

Konfigurasi elektron

Konfigurasi elektron gadolinium

Konfigurasi elektron gadolinium yang disingkat adalah:

[Xe] 4f 7 5d 1 6s 2

Itu harus memiliki delapan elektron di orbital 4f, menjadi anggota kedelapan lantanida; tetapi sebaliknya ia memiliki tujuh, dengan satu elektron di orbital 5d. Ini adalah salah satu dari banyak ketidakteraturan dalam urutan pengisian orbital.

Sifat gadolinium

Penampilan fisik

Logam perak-putih padat. Gadolinium adalah logam yang ulet dan dapat ditempa.

Nomor atom

64

Masa molar

157 g / mol

Titik lebur

1312 C

Titik didih

3000 C

Kepadatan

7.90 g / cm 3

Panas fusi

10,05 kJ / mol

Panas penguapan

301,3 kJ / mol

Keadaan oksidasi

0, +1, +2 dan +3, yang terakhir adalah (Gd 3+ ) keadaan oksidasi yang paling penting.

Keelektronegatifan

1.2 pada skala Pauling

Energi ionisasi

Pertama: 593,4 kJ / mol

Kedua: 1170 kJ / mol

Ketiga: 1190 kJ / mol

Daya tarik

Pada suhu di bawah 20 C (Titik Curie 17 C), ia berperilaku seperti logam feromagnetik, yaitu ditarik oleh magnet. Dan pada suhu di atas 20 C, ia berperilaku seperti logam paramagnetik.

Gadolinium memiliki sifat termo-magnetik, karena meningkatkan suhunya saat memasuki medan magnet; dan menguranginya saat meninggalkan ini. Selanjutnya gadolinium memiliki nilai resistivitas listrik yang tinggi (131 -cm).

Reaktivitas

Sebagian besar senyawa yang dibentuk oleh gadolinium adalah dengan valensi +3. Logam ini stabil di udara kering, tetapi tertutup oleh udara lembab, membentuk oksida putih bersisik, Gd 2 O 3 , yang kemudian menjadi gelap dan tidak melindunginya dari oksidasi lebih lanjut.

Gadolinium tidak larut dalam air dingin, tetapi mampu bereaksi dengan air panas membentuk gadolinium hidroksida, Gd (OH) 3 . Gadolinium adalah zat pereduksi kuat yang bekerja dengan cara mereduksi oksida logam.

Ia juga bereaksi dengan semua halogen untuk membentuk halida putih; kecuali gadolinium iodida, yang berwarna kuning. Bereaksi dengan asam kecuali asam fluorida, yang dengannya ia membentuk lapisan pelindung.

Mendapatkan

Seperti banyak tanah jarang, gadolinium diperoleh secara ekonomis dari mineral monasit dan bastnäsite. Setelah mineral ini diperoleh, mereka dihancurkan untuk menguranginya menjadi fragmen dan dengan demikian memulai proses isolasi.

Langkah pertama adalah mengolah fragmen mineral dengan asam klorida untuk mengubah oksida yang tidak larut menjadi klorida yang larut. Filtrat kemudian dinetralkan dengan penambahan natrium hidroksida untuk mengatur pH antara 3 dan 4, menyebabkan pengendapan torium hidroksida.

serutan gadolinium. Sumber: W. Oelen, CC BY-SA 3.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, melalui Wikimedia Commons

Supernatan kemudian diolah dengan amonium oksalat sehingga terjadi pembentukan oksalat tanah jarang yang tidak larut. Oksalat ini dipanaskan untuk mengubahnya menjadi oksida, yang selanjutnya diolah dengan asam nitrat, yang menghasilkan pengendapan serium.

Supernatan diperlakukan dengan magnesium nitrat untuk menghasilkan garam kristal ganda gadolinium, samarium, dan europium, yang dapat dipisahkan menggunakan kromatografi penukar ion.

Gadolinium logam akhirnya dapat diperoleh dari oksida atau garamnya dengan membawanya ke 1450 C, dan mereduksinya dengan kalsium dalam atmosfer argon inert.

Penggunaan / aplikasi Gadolinium

Pendinginan magnetik

Paduan gadolinium, silikon, dan germanium, yang disatukan oleh busur, menunjukkan efek magnetokalorik. Artinya, suhu mereka dipengaruhi oleh intensitas medan magnet yang mereka hadapi. Sifat ini telah berfungsi sebagai dasar untuk pembentukan pendinginan magnetik.

Industri

Gadolinium digunakan dalam paduan dengan besi dan kromium untuk meningkatkan ketahanan terhadap suhu tinggi dan korosi.

Senyawanya digunakan sebagai fosfor hijau dalam tabung gambar televisi berwarna. Demikian juga, gadolinium digunakan sebagai sumber fosfor dalam lampu neon, layar penguat sinar-X, dan sintilator untuk tomografi sinar-X.

Gadolinium digunakan dengan itrium dalam pembuatan garnet untuk kegunaan gelombang mikro. Hal ini juga digunakan dalam pembuatan magnet, komponen elektronik seperti kepala perekam video, dan compact disc (CD) dan memori komputer.

Reaktor nuklir

Karena penampang melintangnya, gadolinium memiliki kapasitas yang besar untuk menangkap neutron, sehingga memungkinkan penggunaannya sebagai perisai dan batang kendali dalam reaktor nuklir.

Dokter

Ciri-ciri magnetik gadolinium memungkinkannya digunakan untuk membentuk kompleks kontras, berguna dalam pencitraan resonansi magnetik (MRI). Bahan kontras disuntikkan secara intravena, memungkinkan beberapa studi medis berikut:

  • -Keadaan evolusi tumor kanker
  • – Pencitraan perfusi jantung, dengan karakterisasi jaringan jantung dan kuantifikasi fibrosis miokard
  • -Diagnosis pada pasien dengan kelainan susunan saraf pusat , dll.

Larutan kontras gadolinium disuntikkan langsung ke sendi lutut, siku, dan bahu untuk mencapai pencitraan resonansi magnetik dari integritas dan fungsinya.

Referensi

  1. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia Anorganik . (edisi keempat). Bukit Mc Graw.
  2. Wikipedia. (2020). Gadolinium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
  3. Lenntech BV (2020). Gadolinium. Dipulihkan dari: lenntech.com
  4. Pusat Nasional Informasi Bioteknologi. (2020). Gadolinium. Ringkasan Senyawa PubChem untuk CID 23974. Diperoleh dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  5. Dr.Doug Stewart. (2020). Fakta Unsur Gadolinium. Dipulihkan dari: chemicool.com
  6. Redaktur Encyclopaedia Britannica. (2020). Thorium. Dipulihkan dari: britannica.com
  7. Elsevier BV (2020). Gadolinium. Ilmu Langsung. Diperoleh dari: sciencedirect.com

Disprosium: struktur, sifat, perolehan, kegunaan
Fukosa: ciri-ciri, struktur, fungsi
Kegunaan Keton — contoh, rumus, sifat, tata nama
Entalpi larutan: cara menghitung, kegunaan, dan latihan