Diferencia entre revisiones de «Gadolinio»
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{{Ficha de elemento químico
|nombre = Gadolinio
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Puesto que la [[temperatura de Curie]] del gadolinio es 292 [[Kelvin|K]] (18,85 °C) su [[magnetismo]] dependerá de la temperatura ambiente. Por encima de dicha temperatura será [[paramagnético]], y [[ferromagnético]] por debajo.
El gadolinio fue descubierto en 1880 por [[Jean Charles Galissard de Marignac|Jean Charles de Marignac]], que detectó su óxido mediante espectroscopia. Recibe su nombre del mineral [[gadolinita]], uno de los minerales en los que se encuentra el gadolinio, que a su vez lleva el nombre del químico finlandés [[Johan Gadolin]]. El gadolinio puro fue aislado por primera vez por el químico [[Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran]] hacia 1886.
El gadolinio posee propiedades [[metalurgia|metalúrgicas]] inusuales, hasta el punto de que tan sólo un 1% de gadolinio puede mejorar significativamente la trabajabilidad y la resistencia a la [[oxidación]] a altas temperaturas del hierro, el [[cromo]] y los metales relacionados. El gadolinio, como metal o sal, absorbe los [[neutron]]es y, por tanto, se utiliza a veces para el blindaje en la [[radiografía]] de neutrones y en los [[reactor nuclear|reactores nucleares]].
Como la mayoría de las tierras raras, el gadolinio forma iones trivalentes con propiedades fluorescentes, y las sales de gadolinio(III) se utilizan como fósforos en diversas aplicaciones.
Los iones de gadolinio (III) en sales solubles en agua son muy tóxicos para los mamíferos. Sin embargo, los compuestos de gadolinio (III) quelados evitan que el gadolinio (III) se exponga al organismo y la mayor parte es excretadas vía [[riñon]]es por personas sanas<ref>Donnelly, L., Nelson, R. Renal excretion of gadolinium mimicking calculi on non-contrast CT. ''Pediatric Radiology'' '''28''', 417 (1998). https://doi.org/10.1007/s002470050374</ref> antes de que pueda depositarse en los tejidos. Debido a sus propiedades [[paramagnetismo|paramagnéticas]], las soluciones de gadolinio [[química orgánica|orgánico]] quelado se utilizan como [[complejo de coordinación|complejos]] administrados por vía intravenosa como [[agente de contraste de IRM basado en gadolinio]] en la [[resonancia magnética]] médica. Se depositan en cantidades variables en los tejidos del cerebro, el músculo cardíaco, el riñón, otros órganos y la piel, dependiendo principalmente de la [[Ultrafiltración (renal)|función renal]], la estructura de los quelatos (lineal o macrocíclica) y la dosis administrada.
== Historia ==
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Como la mayoría de los otros metales en la serie de los lantánidos, el gadolinio generalmente usa tres electrones como electrones de valencia, ya que luego los electrones 4f restantes están demasiado unidos: esto se debe a que los orbitales 4f penetran más a través del núcleo de electrones de xenón inerte al núcleo, seguidos por 5d y 6s, y esto aumenta con mayor carga iónica. Cristaliza en el sistema cristalino [[Sistema cristalino hexagonal|hexagonal compacto]] forma α a temperatura ambiente, pero, cuando se calienta a temperaturas superiores a {{convert|1235|C}}, se transforma en su forma β, que tiene una estructura [[Sistema cristalino cúbico|cúbica de cuerpo centrada]].<ref name="Greenwood" />
El [[isótopo]] gadolinio-157 tiene la sección eficaz de captura neutrónica para [[
Se cree que el gadolinio es [[ferromagnetismo|ferromagnético]] a temperaturas por debajo de los 20 °C (68,0 °F)<ref>Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4</ref>. y es fuertemente [[paramagnético]] por encima de esta temperatura. Existe evidencia de que el gadolinio es un antiferromagnético helicoidal, en lugar de un ferromagnético, por debajo de los 20 °C (68,0 °F).<ref name="CoeySkumryev1999">{{cite journal |author= Coey JM, Skumryev V, Gallagher K |journal=Nature |volume=401 |issue=6748 |year=1999 |pages=35–36|issn=0028-0836|doi=10.1038/43363 |title= Rare-earth metals: Is gadolinium really ferromagnetic?|bibcode=1999Natur.401...35C|s2cid=4383791 }}</ref> El gadolinio posee un efecto magnetocalórico por el cual su temperatura aumenta cuando entra en un campo magnético y disminuye cuando sale del campo magnético. Se baja la temperatura a 5 °C (41,0 °F) para la aleación de gadolinio Gd<sub>85</sub>Er<sub>15</sub>, y este efecto es consideráblemente más fuerte para la aleación Gd<sub>5</sub>([[silicon|Si]]<sub>2</sub>[[germanium|Ge]]<sub>2</sub>), pero a una temperatura mucho menor (<{{convert|85|K}}).
Los átomos individuales de gadolinio se pueden aislar encapsulándolos en moléculas de [[fulereno]], donde se las puede visualizar con un microscoipio de transmisión de electrones.<ref>{{cite journal |doi= 10.1021/nl034621c |title= Evidence for the Intramolecular Motion of Gd Atoms in a Gd<sub>2</sub>@C<sub>92</sub> Nanopeapod |date= 2003 |author= Suenaga, Kazu |journal= Nano Letters |volumen= 3 |pages= 1395 |first2= Risa |first3= Takashi |first4= Toshiya |first5= Hisanori |first6= Sumio |last2= Taniguchi |last3= Shimada |last4= Okazaki |last5= Shinohara |last6= Iijima|bibcode= 2003NanoL...3.1395S |issue= 10}}</ref> Los átomos individuales de Gd y los pequeños racimos de Gd pueden incorporarse a los [[
===Propiedades químicas===
El gadolinio se combina con la mayoría de los elementos para formar derivados de Gd(III). También se combina con nitrógeno, carbono, azufre, fósforo, boro, selenio, silicio y [[arsénico]] a temperaturas elevadas, formando compuestos binarios.<ref name="Wiberg">Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001), Wiberg, Nils (ed.), Inorganic Chemistry, translated by Eagleson, Mary; Brewer, William, San Diego/Berlin: Academic Press/De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5</ref>
A diferencia de otros elementos de tierras raras, el gadolinio metálico es relativamente estable en aire seco. Sin embargo, rápidamente pierde su lustre en aire húmedo, formando [[óxido de gadolinio(III)]] (Gd<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) el cual es muy poco adherente:
:4 Gd + 3 O<sub>2</sub> → 2 Gd<sub>2</sub>O<sub>3</sub>,
el cual se desprende, exponiendo mayor superficie a la oxidación.
El gadolinio es un fuerte [[agente reductor]], que reduce los óxidos de varios metales a sus elementos. El gadolinio es bastante electropositivo y reacciona lentamente con agua fría y bastante rápido con agua caliente formando [[hidróxido de gadolinio]]:
:2 Gd + 6 H<sub>2</sub>O → 2 Gd(OH)<sub>3</sub> + 3 H<sub>2</sub>.
El gadolinio metálico es atacado por [[ácido sulfúrico]] diluido formando soluciones que contienen los iones Gd(III) incoloros, que existen como complejos [Gd(H<sub>2</sub>O)<sub>9</sub>]<sup>3+</sup>:<ref>{{cite web |url= https://www.webelements.com/gadolinium/chemistry.html |title= Chemical reactions of Gadolinium |date= 1993–2018|author= Mark Winter|publisher= The University of Sheffield and WebElements |access-date=2009-06-06}}</ref>
:2 Gd + 3 H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> + 18 H<sub>2</sub>O → 2 [Gd(H<sub>2</sub>O)<sub>9</sub>]<sup>3+</sup> + 3 {{chem|SO|4|2-}} + 3 H<sub>2</sub>.
El gadolinio metálico reacciona con los halógenos (X<sub>2</sub>) a temperaturas de unos {{convert|200|C}}:
:2 Gd + 3 X<sub>2</sub> → 2 GdX<sub>3</sub>.
====Compuestos químicos====
En la gran mayoría de sus compuestos, como muchos metales de tierras raras, el gadolinio adopta el [[estado de oxidación]] +3. Sin embargo, el gadolinio se puede encontrar en raras ocasiones en los estados de oxidación 0, +1 y +2. Se conocen los cuatro trihaluros. Todos son blancos, excepto el yoduro, que es amarillo. El más común de los haluros es el [[cloruro de gadolinio (III)]] (GdCl<sub>3</sub>). El óxido se disuelve en ácidos para dar las sales, como el [[nitrato de gadolinio (III)]].
El gadolinio (III), como la mayoría de los iones lantánidos, forma complejos con un alto [[número de coordinación]]. Esta tendencia se ilustra mediante el uso del agente quelante [[DOTA (quelador)|DOTA]], un ligando octa[[denticidad|dentado]]. Las sales de [Gd(DOTA)]<sup>−</sup> son útiles en imágenes por [[resonancia magnética]]. Se han desarrollado una variedad de complejos de quelatos relacionados, incluida la [[gadodiamida]].
▲Se cree que el gadolinio es [[ferromagnetismo|ferromagnético]] a temperaturas por debajo de los 20 °C (68,0 °F)<ref>Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4</ref>. y es fuertemente [[paramagnético]] por encima de esta temperatura. Existe evidencia de que el gadolinio es un antiferromagnético helicoidal, en lugar de un ferromagnético, por debajo de los 20 °C (68,0 °F).<ref name="CoeySkumryev1999">{{cite journal |author= Coey JM, Skumryev V, Gallagher K |journal=Nature |volume=401 |issue=6748 |year=1999 |pages=35–36|issn=0028-0836|doi=10.1038/43363 |title= Rare-earth metals: Is gadolinium really ferromagnetic?|bibcode=1999Natur.401...35C|s2cid=4383791 }}</ref> El gadolinio posee un efecto magnetocalórico por el cual su temperatura aumenta cuando entra en un campo magnético y disminuye cuando sale del campo magnético. Se baja la temperatura a 5 °C (41,0 °F) para la aleación de gadolinio Gd<sub>85</sub>Er<sub>15</sub>, y este efecto es consideráblemente más fuerte para la aleación Gd<sub>5</sub>([[silicon|Si]]<sub>2</sub>[[germanium|Ge]]<sub>2</sub>), pero a una temperatura mucho menor (<{{convert|85|K}}). <ref>{{cite web|author= Gschneidner, Karl Jr |author2= Gibson, Kerry |title= Magnetic refrigerator successfully tested |publisher= Ames Laboratory|date= 7 December 2001|url= http://www.external.ameslab. gov/news/release/01magneticrefrig.htm|access-date= 17 December 2006|archive-url=https://web.archive.org/web/20100323011159/http://www.external.ameslab.gov/news/release/01magneticrefrig. htm|archive-date=23 March 2010}}</ref> Un efector magnetocalórico significativo se observa a temperaturas mayores, hasta unos 300 [[kelvin]]s, en los compuestos Gd<sub>5</sub>(Si<sub>''x''</sub>Ge<sub>1−''x''</sub>)<sub>4</sub>.<ref name="r27">{{cite journal|author=Gschneidner, K. |author2=Pecharsky, V. |author3=Tsokol, A. |doi=10.1088/0034-4885/68/6/R04 |url=http://www.teknik.uu.se/ftf/education/magnetmatr/Projektreferenser/MCE_Reports_Progress05.pdf |title=Recent Developments in Magnetocaloric Materials |date=2005 |journal=Reports on Progress in Physics |volume=68 |issue=6 |pages=1479 |bibcode=2005RPPh...68.1479G |archive-url=https://web.archive.org/web/20141109081936/http://www.teknik.uu.se/ftf/education/magnetmatr/Projektreferenser/MCE_Reports_Progress05.pdf |archive-date=9 November 2014 }}</ref>
Se conocen compuestos de gadolinio reducidos, especialmente en estado sólido. Los haluros de gadolinio (II) se obtienen calentando haluros de Gd (III) en presencia de Gd metálico en recipientes de [[tantalio]]. El gadolinio también forma sesquicloruro de Gd<sub>2</sub>Cl<sub>3</sub>, que se puede reducir aún más a GdCl recociéndolo a {{convert|800|C}}. Este cloruro de gadolinio (I) forma plaquetas con una estructura similar al grafito en capas.<ref>{{cite book |page=1128 |url=https://books.google.com/books?id=U3MWRONWAmMC&pg=PA1128 |title= Advanced inorganic chemistry |edition= 6th |author= Cotton |publisher= Wiley-India |date= 2007 |isbn= 978-81-265-1338-3}}</ref>
▲Los átomos individuales de gadolinio se pueden aislar encapsulándolos en moléculas de [[fulereno]], donde se las puede visualizar con un microscoipio de transmisión de electrones.<ref>{{cite journal |doi= 10.1021/nl034621c |title= Evidence for the Intramolecular Motion of Gd Atoms in a Gd<sub>2</sub>@C<sub>92</sub> Nanopeapod |date= 2003 |author= Suenaga, Kazu |journal= Nano Letters |volumen= 3 |pages= 1395 |first2= Risa |first3= Takashi |first4= Toshiya |first5= Hisanori |first6= Sumio |last2= Taniguchi |last3= Shimada |last4= Okazaki |last5= Shinohara |last6= Iijima|bibcode= 2003NanoL...3.1395S |issue= 10}}</ref> Los átomos individuales de Gd y los pequeños racimos de Gd pueden incorporarse a los [[nanotubo|nanotubos de carbono]]. <ref>{{cite journal |author= Hashimoto A, Yorimitsu H, Ajima K, Suenaga K, Isobe H, Miyawaki J, Yudasaka M, Iijima S, Nakamura E |title= Deposición selectiva de un clúster de gadolinio(III) en una abertura de orificio de un nanohorno de carbono de pared simple |journal= Proceedings of the National Academy of Sciences, USA |volume= 101 |issue= 23 |pages= 8527-30 |date= June 2004 |pmid= 15163794 |pmc= 423227 |doi= 10.1073/pnas.0400596101 |bibcode= 2004PNAS..101.8527H }}</ref>
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[[Archivo:Gadolinium-2.jpg|thumb|200px|left|Un bloque de gadolinio puro de 12 gramos.]]
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