Gadolinio.

Elemento chimico di numero atomico 64, peso atomico 157,25 e simbolo Gd. Nella tavola periodica degli elementi chimici si colloca nel gruppo dei Lantanidi o terre rare. Fu scoperto nel 1880 da J.C.G. Marignac, che lo ottenne dalla miscela di terre rare in forma impura di altri elementi. Egli lo denominò elemento Y, incognito. Successivamente (1886) lo stesso Marignac lo ottenne in un maggior stato di purezza e lo chiamò g., in onore del chimico svedese J. Gadolin. È un elemento alquanto raro nella crosta terrestre, della quale costituisce solo il 5,9·10^-4%, un'abbondanza dell'ordine di quella del germanio, dell'arsenico, dello scandio, del bromo e del tantalio. Nell'universo si stima ne esistano 0,684 atomi per ogni milione di atomi di silicio. Non esistono suoi minerali specifici; in generale esso è contenuto in piccoli tenori nei minerali delle terre rare, specialmente in quelli ricchi in elementi della famiglia del terbio. Da questi esso viene estratto coi metodi tipici della metallurgia estrattiva delle terre rare, in miscela con gli altri lantanidi. La sua separazione è possibile per scambio ionico su resina. Si prepara per questa via un cloruro GdCl₃ che si purifica fino al grado voluto; questo viene poi ridotto con magnesio ottenendo una lega Gd-Mg che può essere purificata dal magnesio per distillazione. Il g. presenta in natura ben 7 isotopi stabili, precisamente (indicando fra parentesi le abbondanze relative): isot. ¹⁵² Gd (0,20%), isot. ¹⁵⁴ Gd (2,15%), isot. ¹⁵⁵ Gd (14,75%), isot. ¹⁵⁶ Gd (20,5%), isot. ¹⁵⁷ Gd (15,7%), isot. ¹⁵⁸ Gd (24,9%) ed isot. ¹⁶⁰ Gd (21,9%). Sono stati preparati per sintesi anche gli altri isotopi dal numero atomico 148 al 161; tutti però sono instabili e si decompongono abbastanza rapidamente, eccetto il Gd-150 che ha un periodo di semitrasformazione (tempo nel quale una massa di un isotopo radioattivo si riduce alla metà per decadimento spontaneo) superiore a 100.000 anni. Il g. si presenta come un metallo di peso specifico 7,89 cristallizzato nel sistema esagonale ad alto impaccamento. Fonde a 1.312 °C e bolle attorno ai 3000 °C. È alquanto stabile all'aria anche umida sotto i 500 °C, ma viene lentamente attaccato dall'acqua, soprattutto se calda. Presenta un calore specifico di 11,2 kcal/mole·°C, un calore di fusione di 3,7 kcal/mole ed un calore di vaporizzazione di 73 kcal/mole. La sua conducibilità termica ammonta a sole 0,021 cal/ (cm·sec·°C), circa 1/10 di quella del nichel, mentre la sua conducibilità elettrica è di 0,007 microohm^-1, cioè molto bassa, pari a 1/10 circa di quella del cromo. Le sue proprietà meccaniche non sono note con grande precisione; si possono assumere orientativamente i seguenti valori: carico di rottura pari a 18 kg/mm², carico di snervamento di 17 kg/mm², allungamento a rottura del 7,8% ed una durezza di 66 Vickers circa. La sua caratteristica principale è il comportamento magnetico. Esso allo stato metallico è paramagnetico in condizioni ambiente, ma per raffreddamento sotto i 16 °C diventa fortemente ferromagnetico. Alcuni suoi sali presentano in modo molto spiccato il fenomeno del raffreddamento per smagnetizzazione adiabatica; con questo metodo sono state ottenute per la prima volta temperature inferiori ad 1 °K. Dal punto di vista chimico, il g. presenta un comportamento tipicamente metallico, analogamente agli altri lantanidi; la sua elettronegatività nella scala Pauling è di 1,1, intermedia fra quella del litio e quella del magnesio. Presenta come unica valenza stabile +3, l'unica che manifesta nei suoi composti stabili. I suoi sali sono tutti incolori (salvo colorazioni dell'anione) in quanto lo ione GD³⁺ è incolore. L'ossido Gd₂O₃ si presenta come una polvere bianca di peso specifico 7,40 poco solubile in acqua ma solubile in tutti gli acidi minerali escluso il fluoridrico. In generale i sali del g. sono più solubili dei corrispondenti sali di terbio, coi quali manifestano tuttavia numerose similitudini. Sono stati preparati, oltre all'ossido, anche il cloruro GdCl₃, un solido bianco molto solubile in acqua, il fluoruro GdF₃, il solfato Gd₂(SO₄)₃ che cristallizza anche idrato con 8 molecole d'acqua e può formare sali doppi col solfato potassico, il nitrato Gd(NO₃)₃ e vari altri. Il g. non ha un forte interesse pratico, almeno per ora, ma si presenta come un materiale molto promettente in campo nucleare. La miscela dei suoi isotopi presenta infatti un'altissima sezione di cattura di neutroni termici, pari a ben 46.000 barns, soprattutto dovuta ai suoi isotopi Gd-155 e Gd-157. Esso è stato quindi proposto e talvolta anche utilizzato come materiale per costruire barre di controllo per reattori nucleari. Queste barre possono essere introdotte in misura più o meno profonda nel nocciolo di un reattore nucleare ed assorbono una quantità di neutroni che dipende dalla loro penetrazione, sottraendoli alla reazione di fissione indotta dai neutroni stessi. Esse servono quindi per regolare l'andamento della combustione nucleare che viene accelerata estraendole e rallentata inserendole. Attualmente questa funzione è per lo più svolta da barre di cadmio, il quale però presenta una sezione di cattura nettamente inferiore al g. Per lo stesso motivo questo elemento è interessante per la produzione di schermi leggeri contro l'emissione di neutroni.