钆

钆：原子序数64，原子量157.25，元素名来源于研究镧系元素有卓越贡献的芬兰科学家加多林。1880年瑞士的马里尼亚克分离出钆，1886年法国化学家布瓦博德朗制出纯净的钆，并命名。钆在地壳中的含量为0.000636%，主要存在于独居石和氟碳铈矿中。

中文名称：钆

外文名称：Gadolinium

别名：钆棒;钆锭

拼音：gá

化学式：Gd

CAS登录号：7440-54-2

熔点：1311.0℃

密度：7901kg/m³

分子量：157.25

EINECS登录号：231-162-2

沸点：3233.0℃

外观：银白色稀土金属

1、简介

钆为银白色金属，有延展性，熔点1313°C，沸点3266°C，密度7.9004克/厘米³。钆在室温下有磁性。钆在干燥空气中比较稳定，在湿空气中失去光泽；能与水缓慢反应；溶于酸形成相应的盐。氧化物为白色粉状。盐类无色。有良好的超导电性能、高磁矩及室温居里点等特殊性能。钆有以下同位素：152Gd、154Gd~158Gd、160Gd。钆有最高的热中子俘获面，可用作反应堆控制材料和防护材料；用钆盐经磁化制冷可获得接近绝对零度的超低温。钆源自硅铍钆矿石。可由氟化钆GdF3•2H2O用钙还原而制得。1880年，瑞士的马里格纳克（G.deMarignac）将“钐”分离成两个元素，其中一个由索里特证实是钐元素，另一个元素得到波依斯包德莱的研究确认，1886年，马里格纳克为了纪念钇元素的发现者，研究稀土的先驱荷兰化学家加多林（GadoLinium），将这个新元素命名为钆。钆在现代技革新中将起重要作用。

2、基本信息

元素名称：钆

元素在太阳中的含量:(ppm)：0.002

元素在海水中的含量:(ppm)：太平洋表面0.0000006

地壳中含量：（ppm）：7.7

元素原子量：157.3

氧化态：

MainGd+2,Gd+3

Other

晶体结构：晶胞为六方晶胞。

晶胞参数：

a=363.6pm

b=363.6pm

c=578.26pm

α=90°

β=90°

γ=120°

维氏硬度：570MPa

声音在其中的传播速率：（m/S）2680

电离能(kJ/mol)

M-M+592.5

M+-M2+1167

M2+-M3+1990

M3+-M4+4250

相对原子质量：157.25

常见化合价：+3

电负性：1.2

外围电子排布：4f75d16s2

核外电子排布：2,8,18,25,9,2

同位素及放射线：Gd-148Gd-150Gd-152(放α)Gd-154Gd-155Gd-156Gd-157*Gd-158Gd-159Gd-160Gd-162

元素周期表的位置：64

电子层分布情况:2-8-16-25-9-2

电子亲合和能：0KJ•mol-1

第一电离能：594KJ•mol-1

第二电离能：1170KJ•mol-1

第三电离能：0KJ•mol-1

单质密度：7.895g/cm3

单质熔点：1311.0℃

单质沸点：3233.0℃

原子半径：2.54埃

离子半径：1.05(+3)埃

共价半径：1.61埃

体积弹性模量：Gpa：37.9

原子化焓：kJ/mol@25℃：352

热容：J/（mol•K）：37.03

导电性：10^6/(cm•Ω)：0.00736

导热系数：W/（m•K）：10.6

熔化热:(千焦/摩尔)：10.050

汽化热:(千焦/摩尔)：359.40

元素在宇宙中的含量:(ppm)：0.002

原子体积:(立方厘米/摩尔)：19.9

3、发现简史

钆于1880年由CharlesGalissarddeMarignac在日内瓦发现。他早就怀疑CarlMosander报告的didymium（镨钕混合物）并不是一种新的元素而是混合物。他的推测被在巴黎的MarcDelafontaine和Paul-EmileLecoqdeBoisbaudran确认了，报告称它的光谱线会从不同的来源而变化。确实，在1879年他们已经从一些didymium中分离了钐，其是从发现于乌拉尔山脉的铌钇矿中提取的。在1880年，Marignac从didymium中提取了另一种新的稀土，Paul-ÉmileLecoqdeBoisbaudran也在1886年实现了，后者称它为gadolinium（钆）。

发现人：马里纳克（C.G.Marignac）

发现年代：1880年

发现过程：1880年，马里纳克（C.G.Marignac）发现。

自莫桑德尔先后发现镧、铒和铽以后，各国化学家特别注意从已发现的稀土元素去分离新的元素。在发现钐后的第2年，1880年瑞士科学家马里纳克发现了两个新元素并分别命名为gammaalpha和gammabeta。后来证实gammabeta和钐是同一元素。1886年布瓦博德朗制得纯净的gammaalpha，并确定它是一种新元素。命名为gadolinium，元素符号Gd。这是为了纪念芬兰矿物学家加多林（J．Gadonlin）。钆、钐、镨、钕都是从当时被认为是一种稀土元素的didymium中分离出来的。由于它们的发现，didymium不再被保留。而正是它们的发现打开了发现稀土元素的第三道大门，是发现稀土元素的第三阶段。但这仅是完成了第三阶段的一半工作。确切的将应该是打开了铈的大门或完成了铈的分离，另一半就将是打开钇的大门或是完成钇的分离。

4、物理性质

钆为银白色金属，有延展性，熔点1313°C，沸点3266°C，密度7.9004克/厘米³。钆在室温下有磁性。

钆在干燥空气中比较稳定，在湿空气中失去光泽；钆有最高的热中子俘获面，可用作反应堆控制材料和防护材料；用钆盐经磁化制冷可获得接近绝对零度的超低温。1880年，瑞士的马里格纳克将“钐”分离成两个元素，其中一个由索里特证实是钐元素，另一个元素得到波依斯包德莱的研究确认，1886年，马里格纳克为了纪念钇元素的发现者，研究稀土的先驱荷兰化学家加多林（GadoLinium），将这个新元素命名为钆。钆在现代技革新中将起重要作用。

5、化学性质

能与水缓慢反应；溶于酸形成相应的盐。

元素用途：常用作原子反应堆中吸收中子的材料。也用于微波技术、彩色电视机的荧光粉。

在潮湿的空气中变晦暗。溶于酸，不溶于水。氧化物为白色粉状。盐类无色。有良好的超导电性能、高磁矩及室温居里点等特殊性能。钆有以下同位素：152Gd、154Gd~158Gd、160Gd。

6、矿藏分布

当下世界上已知的稀土矿物及含有稀土元素的矿物有250多种，稀土元素含量较高的矿物有60多种，有工业价值的不到10种。中国稀土资源极其丰富，其特点可概括为：储量大、品种全、有价值的元素含量高、分布广。中国稀土的工业储量（按氧化物计）是国外稀土工业储量的2.2倍。国外稀土资源集中在美国、印度、巴西、澳大利亚和苏联等国，工业储量（按氧化物计）为701.11万吨。

7、应用领域

钆的重要性质是7个轨道上每个轨道有一个电子，是稀土元素中最大数的不成对电子。依存这个不成对电子的磁力矩最大，可以期待这个特性能够被有效利用。

医疗领域

在医疗应用方面，钆-二乙烯二胺五醋酸(DTPA)的络合物，正好可以像X射线造影剂钡那样，作为MRI（磁共振成像诊断）的画面浓淡的调节剂来使用。也就是利用钆周围的水受到钆原子核磁场力矩的影响，显示出和没有受到影响的水性质不同这一点，使用对照画面，有利于病情的诊断。

工业领域

已经为人所熟知的被称为磁冷冻的工业技术，就是将受到磁场作用变为磁铁时发热，撤掉磁场磁性消失时吸热的性质用于冷却的利用。可以制造小型高效的制冷器。

在磁泡记忆装置中，使用钆-钾-石榴石作为媒体物质。磁泡记忆就是在物质的垂直方向上加上磁场，使其变成了圆筒状的磁场，把磁场加强，不久就产生这个磁场消失的现象。利用磁泡记忆装置可以存储信息，一般被用于信息收藏。

钆的其他用途是与铽和镝一样用于光纤、光盘。光磁记录是用光来代替磁读取磁化处和未被磁化处，具有高密度，可改写记录的特征。

核能领域

在原子能工业中，利用铕和钆的同位素的中子吸收截面大的特性，作轻水堆和快中子增殖堆的控制棒和中子吸收剂。

利用钆是所有元素中对热中子强烈反应的特点，除用于原子反应堆的控制外，还可以将不可见中子用钆吸收并使之发光，作为在X线胶卷上感光的荧光化剂使用。

8、制备方法

氟化物的钙热还原法。采用钙还原稀土氟化物的方法制备高熔点致密稀土金属的优点是：热还原产物氟化钙及稀土金属的熔点相近，氟化钙的蒸气压低，使反应过程进行得平稳。氟化钙流动性好，便于金属凝聚和分离。还原用的金属钙易提纯，货源稳定。还原冶炼温度一般在金属和渣的熔点以上50～100℃。冶炼设备为真空感应炉，该设备要能调节控制炉温高达1800℃，控温精度±10℃，炉体真空可达10-5Pa。还原剂金属钙用钙粒或钙屑，都应是重蒸馏过的，其氧、氮等杂质含量要低。氟化物钙热直接还原使用能耐氟化物腐蚀并不与稀土金属作用的钽坩埚，由厚度为0.3～0.4mm钽片氩弧焊接而成。还原的保护气氛使用氩气。将过量10%～15%的金属钙屑或钙粒与氟化钆混匀，装在钽坩埚中压实，盖好盖子，然后放入真空感应炉中开始抽真空至10-2Pa后，缓慢加热至400～600℃。在深脱气后充入净化的氩气至6×10^4Pa，继续升温至800～1000℃，炉料开始明显地发生还原反应。然后将温度升至1800℃并保持10～15min，使金属与渣熔化和彼此充分分层分离，从而获得致密的金属锭。氟化物钙热还原法只能得到工业纯的稀土金属。一般稀土金属的纯度为95%～98%。为了提高还原产品的纯度，需要使用经干法氟化法制备的较纯的稀土氟化物(含氧、氮、过渡金属特别是铁少)。还原剂钙使用前需要再于79993Pa的氦分压下蒸馏提纯，并把提纯过的钙保存在充氦的密封干燥箱内，以避免氧化及吸收空气中水分。还原产品中钙含量一般为0.2%～0.5%，坩埚杂质钽含量约为0.1%～0.5%。