Gadolinio: proprietà, reazioni, usi

Il gadolinio è un metallo appartenente alla serie dei lantanidi che si trova nel minerale gadolinite il cui nome fu attribuito in onore del chimico finlandese Johan Gadolin che scoprì, tra l’altro, l’ittrio.
Il chimico ginevrino Jean Charles Galissard de Marignac fu il primo ad osservare in campioni di minerali le linee spettrali di un nuovo elemento nel 1880.

Solo successivamente fu isolato l’ossido di gadolinio (III) e l’elemento allo stato puro fu ottenuto nel 1904 dal chimico francese Georges Urbain.
Il metodo per isolare il metallo dai minerali in cui esso è contenuto è analogo a quello degli altri metalli delle terre rare. Il minerale è trattato in modo da ottenere cloruro o fluoruro di gadolinio (III) e di sottoporre ad elettrolisi il sale.

Ha configurazione elettronica [Xe] 4f⁷5d¹6s² ed è un metallo dal colore bianco-argenteo, duttile e malleabile, con numeri di ossidazione +1, +2 e +3  non particolarmente reattivo.

Il gadolinio naturale è costituito dagli isotopi 152, 154, 155, 156, 157, 158 e 160 con abbondanze rispettivamente dello 0.2%, 2.18%, 14,8%, 20.47%, 15.65%, 24.84% e 21.86%

Reazioni del gadolinio

E’ relativamente stabile all’aria sebbene nel tempo di ricopra di una patina di ossido di gadolinio (III) a seguito della reazione con l’ossigeno:
4 Gd_(s) + 3 O_2(g) → 2 Gd₂O_3(s)

Reagisce con gli acidi anche se diluiti sviluppando idrogeno gassoso:
2 Gd_(s) +3 H₂SO_4(aq) → 2 Gd³⁺_(aq) + 3 SO₄^2-_(aq) + 3 H_2(g)

Tuttavia non reagisce con l’acido fluoridrico in quanto, sulla superficie del metallo, si forma uno strato protettivo di fluoruro di gadolinio (III) che previene ulteriori reazioni del metallo.

Esso reagisce con gli alogeni dando un alogenuro di gadolinio (III) secondo la reazione generale:
2 Gd_(s) + 3 X_2(g) → 2 GdX_3(s)

Il fluoruro, cloruro e bromuro di gadolinio sono di colore bianco mentre lo ioduro è di colore giallo.

Reagisce rapidamente in acqua calda e più lentamente in acqua fredda per dare idrogeno gassoso e idrossido di gadolinio (III):
2 Gd_(s) + H₂O_(l) → 2 Gd(OH)_3(aq) + 3 H_2(g)

Usi

Il metallo è utilizzato in leghe di ferro e cromo a cui conferisce una maggiore resistenza all’ossidazione e alle alte temperature. Viene inoltre aggiunto alle leghe utilizzate in magneti e in componenti elettronici.

Stante la sua capacità di catturare neutroni  è utilizzato nelle barre di controllo dei reattori nucleari.

Lo ione Gd³⁺ avente configurazione elettronica [Xe] 4f⁷ ha 7 elettroni spaiati ed è pertanto paramagnetico; era pertanto usato come mezzo di contrasto nella diagnostica per immagini per aumentare la visibilità delle strutture interne del corpo, cioè per migliorare le differenze relative dell’intensità del segnale tra due tessuti adiacenti.

Dallo scorso anno, tuttavia, l’Agenzia Italiana del Farmaco, recependo gli studi dell’Agenzia Europea dei medicinali, ha vietato l’uso di mezzi di contrasto contenenti il gadolinio in quanto può essere accumulato nei tessuti cerebrali.