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{{Infobox Chemisches Element

| Name = Gadolinium
| Symbol = Gd
| Ordnungszahl = 64
| Serie = La
| Gruppe = La
| Periode = 6
| Block = f

| Aussehen = silbrig weiß
| CAS = {{CASRN|7440-54-2}}
| EG-Nummer = 231-162-2
| ECHA-ID = 100.028.329
| Massenanteil = 5,9 ppm (45. Rang)<ref name="Harry H. Binder">[[Harry H. Binder]]: ''Lexikon der chemischen Elemente'', S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.</ref>

| Hauptquelle = <ref>Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus [https://www.webelements.com/gadolinium/ www.webelements.com (Gadolinium)] entnommen.</ref>
| Atommasse = 157,25(3)<ref name="CIAAW">[https://www.ciaaw.org/atomic-weights.htm CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013].</ref>
| Atomradius = 188
| AtomradiusBerechnet = 233
| KovalenterRadius = 196
| VanDerWaalsRadius =
| Elektronenkonfiguration = <nowiki>[</nowiki>[[Xenon|Xe]]<nowiki>]</nowiki> 4[[F-Orbital|f]]7 5[[D-Orbital|d]]1 6[[S-Orbital|s]]2
| Austrittsarbeit =
| Ionisierungsenergie_1 = {{ZahlExp|6,14980|suffix=(4)|post=[[Elektronenvolt|eV]]<ref name="NIST-ASD-gadolinium">{{NIST-ASD|gadolinium|Abruf=2020-06-13}}</ref>}} ≈ {{ZahlExp|593,37|post=[[Joule|kJ]]/[[mol]]<ref name="Webelements-gadolinium">{{Webelements|gadolinium|atoms|Abruf=2020-06-13}}</ref>}}
| Ionisierungsenergie_2 = {{ZahlExp|12,076|suffix=(20)|post=eV<ref name="NIST-ASD-gadolinium" />}} ≈ {{ZahlExp|1165,2|post=kJ/mol<ref name="Webelements-gadolinium" />}}
| Ionisierungsenergie_3 = {{ZahlExp|20,54|suffix=(3)|post=eV<ref name="NIST-ASD-gadolinium" />}} ≈ {{ZahlExp|1980|post=kJ/mol<ref name="Webelements-gadolinium" />}}
| Ionisierungsenergie_4 = {{ZahlExp|44,44|suffix=(8)|post=eV<ref name="NIST-ASD-gadolinium" />}} ≈ {{ZahlExp|4290|post=kJ/mol<ref name="Webelements-gadolinium" />}}
| Ionisierungsenergie_5 = {{ZahlExp|64,8|suffix=(4)|post=eV<ref name="NIST-ASD-gadolinium" />}} ≈ {{ZahlExp|6250|post=kJ/mol<ref name="Webelements-gadolinium" />}}

| Aggregatzustand = fest
| Modifikationen =
| Kristallstruktur = [[hexagonal]]
| Dichte = 7,886 g/cm3 (25 [[Grad Celsius|°C]])<ref name=Greenwood>N. N. Greenwood und A. Earnshaw: ''Chemie der Elemente'', 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.</ref>
| RefTempDichte_K =
| Mohshärte =
| Magnetismus = [[Ferromagnetismus|ferromagnetisch]] ([[Curie-Temperatur|Curie-Temp.]] 292,5 K)<ref name="CRC">Weast, Robert C. (ed. in chief): ''CRC Handbook of Chemistry and Physics''. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990. Seiten E-129 bis E-145. ISBN 0-8493-0470-9. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.</ref>
| Schmelzpunkt_K = 1585
| Schmelzpunkt_C = 1312
| Siedepunkt_K = 3273 K<ref name="Zhang">Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: ''Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks.'' In: ''[[Journal of Chemical & Engineering Data]].'' 56, 2011, S. 328–337, [[doi:10.1021/je1011086]].</ref>
| Siedepunkt_C = 3000
| MolaresVolumen = 19,90 · 10−6
| Verdampfungswärme = 301 kJ·mol−1<ref name="Zhang"/>
| Schmelzwärme = 10,0
| Dampfdruck =
| RefTempDampfdruck_K =
| Schallgeschwindigkeit = 2680
| RefTempSchallgeschwindigkeit_K = 293,15
| SpezifischeWärmekapazität = 
| ElektrischeLeitfähigkeit = 0,763 · 106
| RefTempElektrischeLeitfähigkeit_K =
| Wärmeleitfähigkeit = 11
| RefTempWärmeleitfähigkeit_K =

| Oxidationszustände = +2, '''+3'''
| Normalpotential =
| Elektronegativität = 1,20
| Quelle GHS-Kz = <ref name="GESTIS">{{GESTIS|Name=Gadolinium, Pulver|ZVG=7640|CAS=7440-54-2|Abruf=2017-04-26}}</ref>
| GHS-Piktogramme = Pulver{{GHS-Piktogramme|02}}
| GHS-Signalwort = Achtung
| H = {{H-Sätze|228|260}}
| EUH = {{EUH-Sätze|-}}
| P = {{P-Sätze|210|231+232|241|280|240|501}}
| Quelle P = <ref name="GESTIS" />

| Isotope =
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 150
| Symbol = Gd
| NH = 0
| Halbwertszeit = 1.790.000 [[Jahr|a]]
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Zerfallstyp1ZM = [[Alphazerfall|α]]
| Zerfallstyp1ZE = 2,809
| Zerfallstyp1ZP = [[Samarium|146Sm]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 151
| Symbol = Gd
| NH = 0
| Halbwertszeit = 124 [[Tag|d]]
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektroneneinfang|ε]]
| Zerfallstyp1ZE = 0,464
| Zerfallstyp1ZP = [[Europium|151Eu]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 152
| Symbol = Gd
| NH = 0,20
| Halbwertszeit = 1,08 · 1014 [[Jahr|a]]
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Zerfallstyp1ZM = [[Alphazerfall|α]]
| Zerfallstyp1ZE = 2,205
| Zerfallstyp1ZP = [[Samarium|148Sm]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 153
| Symbol = Gd
| NH = 0
| Halbwertszeit = 241,6 [[Tag|d]]
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektroneneinfang|ε]]
| Zerfallstyp1ZE = 0,485
| Zerfallstyp1ZP = [[Europium|153Eu]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 0
| Massenzahl = 154
| Symbol = Gd
| NH = 2,18
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 0
| Massenzahl = 155
| Symbol = Gd
| NH = 14,80
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 0
| Massenzahl = 156
| Symbol = Gd
| NH = 20,47
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 0
| Massenzahl = 157
| Symbol = Gd
| NH = 15,65
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen = 0
| Massenzahl = 158
| Symbol = Gd
| NH = '''24,84'''
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 159
| Symbol = Gd
| NH = 0
| Halbwertszeit = 18,479 [[Stunde|h]]
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Zerfallstyp1ZM = [[Betazerfall|β−]]
| Zerfallstyp1ZE = 0,971
| Zerfallstyp1ZP = [[Terbium|159Tb]]
}}
{{Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl = 160
| Symbol = Gd
| NH = 21,86
| Halbwertszeit = ≥ 1,3 · 1021 [[Jahr|a]]
| AnzahlZerfallstypen = 1
| Zerfallstyp1ZM = [[Doppelter Betazerfall|β−β−]]
| Zerfallstyp1ZE = k. A.
| Zerfallstyp1ZP = [[Dysprosium|160Dy]]
}}
| NMREigenschaften=
{{Infobox Chemisches Element/NMR
| Symbol = Gd
| Massenzahl_1 = 155
| Kernspin_1 = 3/2
| Gamma_1 = −0,821 · 107
| Empfindlichkeit_1 =
| Larmorfrequenz_1 = 3,07
| Massenzahl_2 = 157
| Kernspin_2 = 3/2
| Gamma_2 = −1,077 · 107
| Empfindlichkeit_2 =
| Larmorfrequenz_2 = 4,03
}}
}}

'''Gadolinium''' ist ein [[chemisches Element]] mit dem [[Elementsymbol]] Gd und der [[Ordnungszahl]] 64. Im [[Periodensystem]] steht es in der Gruppe der [[Lanthanoide]] und zählt damit auch zu den [[Metalle der Seltenen Erden|Metallen der Seltenen Erden]].

== Geschichte ==
Das Element wurde erstmals 1880 vom Schweizer Chemiker [[Jean Charles Galissard de Marignac]] entdeckt. Er untersuchte dabei die Bestandteile von [[Samarskit]] und ihre unterschiedliche Löslichkeit in [[Kaliumsulfat]]-Lösungen. Es bildeten sich je nach Löslichkeit mehrere Fraktionen. In einer der Fraktionen fand er im [[Absorptionsspektrum]] die [[Spektrallinie]]n eines unbekannten Elements. Dieses nannte er, da er nicht ausreichend Material für eine exakte Bestimmung erhalten konnte, Yα. Daneben fand er in einer weiteren Fraktion das ihm ebenfalls unbekannte Yβ, hierbei stellte sich jedoch schnell heraus, dass es sich um das schon von [[Marc Delafontaine]] und [[Paul Émile Lecoq de Boisbaudran]] gefundene [[Samarium]] handelte.<ref>Jean Charles Galissard de Marignac: ''Sur les terres de la samarskite.'' In: ''Comptes Rendus.'' 1880, 90, S. 899–903 ({{Gallica|ID=bpt6k3047v|Seite=895}}).</ref> Nachdem die Existenz von Yα von [[William Crookes]]<ref>William Crookes: ''Sur la terre Yα.'' In: ''Comptes Rendus.'' 1886, 102, S. 646–647 ({{Gallica|ID=bpt6k3058f|Seite=644}}).</ref> und Paul Émile Lecoq de Boisbaudran bestätigt werden konnte, nannte Lecoq de Boisbaudran am 19. April 1886 das neue Element in Absprache mit Marignac ''Gadolinium'', zu Ehren des finnischen Chemikers [[Johan Gadolin]], mit dem Symbol Gd.<ref> Paul Émile Lecoq de Boisbaudran: ''Le Yα de Marignac est définitevement nomme Gadolinium.'' In: ''Comptes Rendus.'' 1886, 102, S. 902 ({{Gallica|ID=bpt6k3058f|Seite=900}}).</ref><ref>W. Crookes: ''On Some New Elements in Gadolinite and Samarskite, Detected Spectroscopically.'' In: ''Proceedings of the Royal Society of London.'' 40, 1886, S. 502–509, [[doi:10.1098/rspl.1886.0076]].</ref>

Metallisches Gadolinium wurde erstmals 1935 von [[Félix Trombe]] gewonnen. Er nutzte dafür die [[Elektrolyse|elektrolytische]] [[Reduktion (Chemie)|Reduktion]] einer Schmelze aus [[Gadolinium(III)-chlorid]], [[Kaliumchlorid]] und [[Lithiumchlorid]] bei 625–675 °C an [[Cadmium]]elektroden.<ref> Félix Trombe: ''L'isolement de gadolinium.'' In: ''Comptes Rendus.'' 1935, 200, S. 459–461 ({{Gallica|ID=bpt6k3152t|Seite=459}}).</ref> Kurze Zeit später entdeckte er zusammen mit [[Georges Urbain]] und [[Pierre-Ernest Weiss]] den [[Ferromagnetismus]] des Elements.<ref> Georges Urbain, Pierre-Ernest Weiss Félix Trombe: ''Un nouveau métal ferromagnetique, le gadolinium.'' In: ''Comptes Rendus.'' 1935, 200, S. 2132–2134 ({{Gallica|ID=bpt6k3152t|Seite=2132}}).</ref>

== Vorkommen ==
Gadolinium ist auf der Erde ein seltenes Element, sein [[Elementhäufigkeit|Anteil]] an der [[Kontinentale Erdkruste|kontinentalen Erdkruste]] beträgt etwa 6,2 [[Parts per million|ppm]].<ref name="CRC_90_14_18">{{CRC Handbook |Auflage=90 |Titel=Geophysics, Astronomy, and Acoustics; Abundance of Elements in the Earth's Crust and in the Sea |Kapitel=14 |Startseite=18 |Endseite= }}</ref>

Das Element kommt in vielen [[Mineral]]en der Seltenerdmetalle in unterschiedlichen Gehalten vor. Besonders hoch ist der Gadoliniumgehalt in Mineralen der [[Yttererde]]n wie [[Xenotim]]. In Xenotimvorkommen aus [[Malaysia]] beträgt der Gadoliniumanteil etwa 4 %. Aber auch [[Monazit]] enthält je nach Lagerstätte 1,5 bis 2 % des Elements, in [[Bastnäsit]] ist der Anteil mit 0,15 bis 0,7 % dagegen geringer.<ref name="Ullmann">Ian McGill: ''Rear Earth Elements.'' In: ''[[Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie|Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry]].'' Wiley-VCH, Weinheim 2012, [[doi:10.1002/14356007.a22_607]].</ref> Es ist nur ein einziges Mineral bekannt, in dem Gadolinium das Seltenerdmetall mit dem höchsten Anteil ist. Dabei handelt es sich um das sehr seltene [[Uranylcarbonat]] [[Lepersonnit-(Gd)]] mit der chemischen Zusammensetzung Ca(Gd,Dy)2(UO2)24(SiO4)4(CO3)8(OH)24 · 48H2O.<ref>M. Deliens und P. Piret: ''Bijvoetite et lepersonnite, carbonates hydratés d'uranyle et des terres rares de Shinkolobwe, Zaire.'' In: ''Canadian Mineralogist.'' 1982, 20, S. 231–238 ([http://www.minsocam.org/ammin/AM68/AM68_1248.pdf Abstract in American Mineralogist] (PDF-Datei; 623 kB)).</ref>

== Gewinnung und Darstellung ==
Aufgrund der nur geringen Mengen des in den Erzen enthaltenen Gadoliniums und der Ähnlichkeit mit den anderen Lanthanoiden ist dessen Separierung schwierig. Nach dem [[Aufschluss (Chemie)|Aufschluss]] der Ausgangsmaterialien wie Monazit oder Bastnäsit mit [[Schwefelsäure]] oder [[Natronlauge]] sind verschiedene Wege zur Abtrennung möglich. Neben [[Ionenaustausch]] ist besonders ein auf der [[Flüssig-Flüssig-Extraktion]] basierendes Verfahren wichtig. Dabei wird bei Bastnäsit als Ausgangsmaterial zunächst das [[Cer]] in Form von [[Cer(IV)-oxid]] abgetrennt und die verbleibenden Seltenen Erden in [[Salzsäure]] gelöst. Daraufhin werden mit Hilfe einer Mischung von [[Bis(2-ethylhexyl)phosphat|DEHPA]] (Di(2-ethylhexyl)phosphorsäure) und [[Kerosin]] in Flüssig-Flüssig-Extraktion [[Europium]], Gadolinium, [[Samarium]] und die schwereren Seltenerdmetalle von den leichten getrennt. Ersteres lässt sich chemisch durch Reduktion zu zweiwertigem Europium und Fällung als schwerlösliches [[Europium(II)-sulfat]] abtrennen. Für die Trennung von Gadolinium, Samarium und dem Rest wird wiederum die Flüssig-Flüssig-Extraktion genutzt. Die Mischung wird in verdünnter Salzsäure gelöst, mit einer Mischung von DEHPA und [[Trimethylbenzole]]n (Shellsol A) behandelt und in einer [[Mixer-Settler]]-Apparatur getrennt.<ref>Clifford G. Brown, Leonard G. Sherrington: ''Solvent extraction used in industrial separation of rare earths.'' In: ''[[Journal of Chemical Technology and Biotechnology]].'' 29, 1979, S. 193–209, [[doi:10.1002/jctb.503290402]].</ref><ref name="Ullmann"/>

Die Gewinnung elementaren Gadoliniums ist über die Reduktion von [[Gadolinium(III)-fluorid]] mit [[Calcium]] möglich.<ref name="Ullmann"/>
:<chem>2 GdF3 + 3 Ca -> 2 Gd + 3 CaF2</chem>

Gadolinium wird nur in geringerem Umfang produziert und benötigt. Wichtigster Produzent ist, wie bei allen Seltenerdmetallen, die [[Volksrepublik China]].

== Eigenschaften ==
[[Datei:Gadolinium.jpg|miniatur|links|Elementares Gadolinium]]
[[Datei:Gd Heat Capacity DE.svg|miniatur|links|Wärmekapazität von Gadolinium, grün: gesamte Wärmekapazität, rot: phononischer Anteil, blau: spinanteil, türkis: elektronischer Anteil]]
=== Physikalische Eigenschaften ===
Das silbrigweiß bis grauweiß glänzende [[Seltene Erden|Metall der Seltenen Erden]] ist [[Duktilität|duktil]] und schmiedbar. Es kristallisiert in einer [[Hexagonales Kristallsystem|hexagonal-dichtesten Kristallstruktur]] mit den [[Gitterparameter]]n a = 363 pm und c = 578 pm.<ref>J. Banister, S. Legvold, F. Spedding: ''Structure of Gd, Dy, and Er at Low Temperatures.'' In: ''Physical Review.'' 94, 1954, S. 1140–1142, [[doi:10.1103/PhysRev.94.1140]].</ref> Oberhalb von 1262 °C geht die Struktur in eine [[Kubisches Kristallsystem|kubisch-raumzentrierte]] Struktur über.<ref>F.H. Spedding, J.J. Hanak, A.H. Daane: ''High temperature allotropy and thermal expansion of the rare-earth metals.'' In: ''Journal of the Less Common Metals.'' 3, 1961, S. 110–124, [[doi:10.1016/0022-5088(61)90003-0]].</ref>

Neben dieser Hochtemperaturphase sind mehrere Hochdruckphasen bekannt. Die Abfolge der Phasen entspricht dabei der der anderen Lanthanoide (außer Europium und Ytterbium). Auf die hexagonale Struktur folgt (jeweils bei Raumtemperatur) bei Drücken über 1,5 GPa eine Struktur vom [[Samarium]]-Typ, oberhalb von 6,5 GPa ist eine doppelt-hexagonale Kristallstruktur stabil. Eine kubisch-flächenzentrierte Packung ist bei Drücken zwischen 26 und 33 GPa am stabilsten. Bei noch größeren Drücken sind noch eine doppelt-kubisch-flächenzentrierte Struktur sowie das [[Monoklines Kristallsystem|monokline]] Gd-VIII bekannt.<ref>W.B. Holzapfel: ''Structural systematics of 4f and 5f elements under pressure.'' In: ''Journal of Alloys and Compounds.'' 223, 1995, S. 170–173, [[doi:10.1016/0925-8388(94)09001-7]].</ref><ref>D. Errandonea, R. Boehler, B. Schwager, M. Mezouar: ''Structural studies of gadolinium at high pressure and temperature.'' In: ''Physical Review B.'' 75, 2007, S. , [[doi:10.1103/PhysRevB.75.014103]].</ref>

Gadolinium ist neben [[Dysprosium]], [[Holmium]], [[Erbium]], [[Terbium]] und [[Thulium]] eines der Lanthanoide, das [[Ferromagnetismus|ferromagnetisch]] ist. Mit einer [[Curie-Temperatur]] von 292,5 K (19,3 °C) besitzt es die höchste Curie-Temperatur aller Lanthanoide, nur [[Eisen]], [[Cobalt]] und [[Nickel]] besitzen höhere.<ref>C. Rau, S. Eichner: ''Evidence for ferromagnetic order at gadolinium surfaces above the bulk Curie temperature.'' In: ''Physical Review B.'' 34, 1986, S. 6347–6350, [[doi:10.1103/PhysRevB.34.6347]].</ref> Oberhalb dieser Temperatur ist es [[Paramagnetismus|paramagnetisch]] mit einer [[Magnetische Suszeptibilität|magnetischen Suszeptibilität]] χ''m'' von 0,12.<ref name="CRC"/>

Aufgrund dieser magnetischen Eigenschaften hat Gadolinium auch eine sehr stark temperaturabhängige Wärmekapazität. Bei tiefen Temperaturen (unter 4 K) dominiert zunächst, wie bei Metallen üblich, die elektronische Wärmekapazität ''C''el (wobei ''C''el = γ·''T'' mit γ = 6,38 mJ·mol−1·K−2 und ''T'' der Temperatur<ref name="Tsang">T.-W. Tsang, K. Gschneidner, F. Schmidt, D. Thome: ''Low-temperature heat capacity of electrotransport-purified scandium, yttrium, gadolinium, and lutetium.'' In: ''Physical Review B.'' 31, 1985, S. 235–244, [[doi:10.1103/PhysRevB.31.235]].</ref><ref>T.-W. E. Tsang, K. Gschneidner, F. Schmidt, D. Thome: ''Erratum: Low-temperature heat capacity of electrotransport-purified scandium, yttrium, gadolinium, and lutetium.'' In: ''Physical Review B.'' 31, 1985, S. 6095–6095, [[doi:10.1103/PhysRevB.31.6095]].</ref>). Für höhere Temperaturen ist die [[Debye-Modell|Debyesche Wärmekapazität]] (mit der Debye-Temperatur ΘD = 163,4 K<ref name="Tsang"/>) ausschlaggebend. Knapp unterhalb der Curie-Temperatur nimmt die Wärmekapazität stark zu, was auf das [[Spin]]system zurückzuführen ist. Sie erreicht 56 J·mol−1·K−1 bei 290 K, um bei höheren Temperaturen sprunghaft auf unter 31 J·mol−1·K−1 einzubrechen.<ref name="jelinek">F. Jelinek, B. Gerstein, M. Griffel, R. Skochdopole, F. Spedding: ''Re-Evaluation of Some Thermodynamic Properties of Gadolinium Metal.'' In: ''Physical Review.'' 149, 1966, S. 489–490, [[doi:10.1103/PhysRev.149.489]].</ref>

Gadolinium ist Bestandteil keramischer Hochtemperatur-Supraleiter des Typs Ba2GdCu3O7-x mit einer [[Sprungtemperatur]] von 94,5 K.<ref>X.T. Xu, J.K. Liang, S.S. Xie, G.C. Che, X.Y. Shao, Z.G. Duan, C.G. Cui: ''Crystal structure and superconductivity of Ba?Gd?Cu?O system.'' In: ''Solid State Communications.'' 63, 1987, S. 649–651, [[doi:10.1016/0038-1098(87)90872-6]].</ref>
Das reine Element ist nicht [[Supraleitung|supraleitfähig]].<ref>Cristina Buzea, Kevin Robbie: ''Assembling the puzzle of superconducting elements: a review.'' In: ''Superconductor Science and Technology.'' 18, 2005, S. R1–R8, [[doi:10.1088/0953-2048/18/1/R01]].</ref>

Gadolinium hat mit 49.000 [[barn]] wegen seines enthaltenen Isotops Gd-157 (mit 254.000 barn) den höchsten [[Einfangquerschnitt]] für thermische [[Neutron]]en aller bekannten stabilen Elemente. Nur das radioaktive [[Xenonvergiftung|Xe-135]] erreicht mit 2,65 Millionen barn reichlich das Zehnfache von Gd-157. Die hohe [[Abbrandrate]] (''burn-out-rate'') schränkt eine Verwendung als [[Steuerstab]] in [[Kernreaktor]]en aber erheblich ein.

=== Chemische Eigenschaften ===
In trockener Luft ist Gadolinium beständig, in feuchter Luft bildet es eine nichtschützende, lose anhaftende und abblätternde Oxidschicht aus. Mit Wasser reagiert es langsam. In verdünnten [[Säure]]n wird es gelöst. Stäube von metallischem Gadolinium sind feuer- und explosionsgefährlich.
<div style="clear:left"></div>

== Verwendung ==
Gadolinium wird zur Herstellung von Gadolinium-Yttrium-Granat für [[Mikrowellen]]anwendungen verwendet. Oxysulfide dienten zur Herstellung von grünem Leuchtstoff für [[Phosphoreszenz|nachleuchtende]] Bildschirme ([[Radar]]).

Gadolinium-[[Gallium]]-[[Granat]] wurde zur Herstellung von [[Magnetblasenspeicher]]n genutzt.

Zusätze von 1 % Gadolinium erhöhen die Bearbeitbarkeit und die Hochtemperatur- und Oxidationsbeständigkeit von [[Eisen]]- und [[Chrom]][[legierung]]en. Entsprechende Gadolinium-Eisen-[[Kobalt]]-Legierungen können zur optomagnetischen Datenspeicherung eingesetzt werden.

Gadolinium könnte, da es einen [[Curie-Punkt]] nahe der [[Zimmertemperatur]] besitzt, in [[Kühlschrank|Kühlgeräten]], die nach dem Prinzip der [[Adiabatische Magnetisierung|adiabatischen Magnetisierung]] funktionieren, Verwendung finden. Solche Kühlgeräte würden ohne [[Ozonschicht]]-schädigende [[Fluorchlorkohlenwasserstoffe]] (FCKW) auskommen und besäßen keine [[verschleiß]]enden mechanischen Teile. Umgekehrt lässt sich ein Motor durch Versorgung mit warmem und kaltem Wasser betreiben. Dadurch ließe sich z. B. die Restenergie aus warmen industriellen Abwässern gewinnen.<ref>''[https://www.nzz.ch/wissenschaft/technik/teslas-thermomagnetischer-motor-gruener-strom-aus-neuen-quellen-ld.129008 Grüner Strom aus neuen Quellen]'', NZZ, 19. November 2016.</ref>

Gadolinium wird in Form von Gadoliniumoxid in modernen [[Brennelement]]en als abbrennbares Absorbermaterial verwendet, das nach einem Brennelementewechsel zu Beginn des Betriebszyklus die durch einen Überschuss an [[Kernbrennstoff]] entstehende zu hohe [[Reaktivität (Kerntechnik)|Reaktivität]] des [[Kernreaktor|Reaktors]] begrenzt. Mit zunehmendem Abbrand der Brennelemente wird auch das Gadolinium abgebaut.<ref>{{Patent|Land=DE|V-Nr=4423128|Code=A1|Titel=Reaktorkern für einen Siedewasserkernreaktor|V-Datum=1995-01-26|Erfinder=}}</ref> Durch [[Neutroneneinfang]] werden dabei immer schwerere Isotope des Gadoliniums gebildet bis schließlich [[Transmutation]] erfolgt.

Mit [[Terbium]] dotiertes Gadolinium-Oxysulfid (Gd2O2S:Tb) ist ein in der [[Röntgen]]technik häufig eingesetzter [[Szintillator]]. Gd2O2S:Tb emittiert [[Licht]] mit einer [[Wellenlänge]] von 545 nm.<ref>Christos M. Michail: {{Webarchiv |url=http://e-jst.teiath.gr/issue_15/Michail_15.pdf |text=Luminescence Efficiency of Gd2O2S:Eu Powder Phosphors as X-ray to Light Converter |wayback=20150423211714}} (PDF; 239 kB), in: e-Journal of Science & Technology.</ref>

=== MRT-Kontrastmittel ===
[[Intravenös]] injizierte Gadolinium(III)-Verbindungen wie [[Gadopentetat-Dimeglumin]] dienen als [[Kontrastmittel]] bei Untersuchungen im [[Kernspintomograph]]en. Durch die sieben ungepaarten [[Elektron]]en in der [[Elektronenkonfiguration|f-Schale]] sind Gadoliniumionen stark [[paramagnetisch]]. Das Kontrastmittel ermöglicht so den umgebenden [[Proton]]en – im Wesentlichen Wasser – schneller zu relaxieren. Dies erhöht die Kontrastunterschiede zwischen verschiedenen [[Gewebe (Biologie)|Geweben]] in einer [[Magnetresonanztomographie|MRT]]-Aufnahme erheblich. Gadolinium wird bspw. intravenös verabreicht, um Tumoren und entzündliche Veränderungen im Gehirn darzustellen.
Bei Störungen der Blut-Liquor-Schranke kommt es zu einer Anreicherung im verdächtigen Bereich und liefert somit wichtige diagnostische Informationen.

Wegen der hohen [[Giftigkeit]] von freien Gadolinium-Ionen werden in MRT-Kontrastmitteln [[Komplexierung]]smittel mit hoher Komplexierungskonstante verwendet, wie die [[Chelatkomplexe|Chelate]] [[DTPA]] (Diethylentriaminpentaessigsäure) und [[1,4,7,10-Tetraazacyclododecan-1,4,7,10-tetraessigsäure|DOTA]] (1,4,7,10-Tetraazacyclododecan-1,4,7,10-tetraessigsäure), vgl. auch mit [[Gadotersäure]].
Gadolinium kann sich nach Angaben der US-amerikanischen Arzneimittelbehörde [[FDA]] im Gehirn ablagern<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://www.fda.gov/drugs/drug-safety-and-availability/fda-drug-safety-communication-fda-evaluating-risk-brain-deposits-repeated-use-gadolinium-based |titel=FDA evaluating the risk of brain deposits with repeated use of gadolinium-based contrast agents for magnetic resonance imaging (MRI) |werk=FDA Drug Safety Communication |hrsg=[[Food and Drug Administration]] |datum=2017-08-18 |abruf=2024-09-26}}</ref>. Der Berufsverband Deutscher Nuklearmediziner (BDN) rät, die Mittel vorerst nur bei unvermeidbaren Untersuchungen einzusetzen.<ref>{{Internetquelle |autor=Kerstin Ullrich |url=https://www.berufsverband-nuklearmedizin.de/presse/pressemitteilungen/meldung/news/mrt-kontrastmittel-kann-im-gehirn-zurueckbleiben/ |titel=MRT-Kontrastmittel kann im Gehirn zurückbleiben |werk=Pressemitteilungen |hrsg=Berufsverband Deutscher Nuklearmediziner e. V. |datum=2016-02-05 |abruf=2024-09-26}}</ref>

== Verbindungen ==
* [[Gadolinium(III)-oxid]] Gd2O3
* [[Gadolinium(III)-fluorid]] GdF3
* [[Gadolinium(III)-chlorid]] GdCl3
* [[Gadolinium(III)-bromid]] GdBr3
* [[Gadolinium(III)-iodid]] GdI3
* [[Gadolinium(II)-iodid]] GdI2; schwarze Substanz, die [[Ferromagnetismus|ferromagnetisch]] ist.
*[[Gadolinium(III)-nitrat]] Gd(NO3)3

* [[Gallium-Gadolinium-Granat]] Ga3Gd5O12
* [[Gadotersäure]]
* [[Gadopentetat-Dimeglumin]]

== Physiologie ==
Es ist keine biologische Funktion des Gadoliniums bekannt.

=== Toxizität ===
Freie Gadolinium-Ionen verhalten sich ähnlich wie [[Calcium]]-Ionen, das heißt, sie werden vorwiegend in der [[Leber]] und im [[Knochensystem]] eingebaut und können dort über Jahre verbleiben. Freies Gadolinium beeinflusst außerdem als Calciumantagonist – die [[Ionenradius|Ionenradien]] von Calcium und Gadolinium sind nahezu gleich – die Kontraktilität des [[Myokard]]s und hemmt das [[Hämostase|Gerinnungssystem]].<ref name="Kühn">Jens Kühn: {{Toter Link|url=http://apps.drg.de/data/DOWNLOADS/roentgenkongress-2009/Kuehn_MTRA7_22mai09.pdf |text=''Physikochemische Eigenschaften von MRT Kontrastmitteln.'' }} (PDF-Datei; 2,49 MB).</ref>

Intravenös applizierte Lösungen von freien Gadolinium-Ionen wirken akut toxisch. Von der Toxizität betroffen sind unter anderem die glatte und die quergestreifte Muskulatur, die Funktion der Mitochondrien und die Blutgerinnung.<ref name="unimed">{{Internetquelle |url=http://abszess.universimed.com/artikel/sichere-mrt-diagnostik-mit-gadoters%C3%A4ure |titel=Sichere MRT-Diagnostik mit Gadotersäure |werk=universimed.com |datum=2011-05-24 |abruf=2012-02-22 |archiv-url=https://archive.is/20130208225320/http://abszess.universimed.com/artikel/sichere-mrt-diagnostik-mit-gadoters%C3%A4ure |archiv-datum=2013-02-08}}</ref>

Die Toxizität von freiem Gadolinium ist als hoch einzustufen. In ''komplexierter'' Form, so wie das Gadolinium in den zugelassenen [[Kontrastmittel]]n vorliegt, ist es dagegen unter Berücksichtigung der Kontraindikationen im Allgemeinen gut verträglich. Seit 2006 gibt es zunehmend Berichte, dass es bei niereninsuffizienten Patienten nach Gabe verschiedener Chelate des Gadoliniums, insbesondere Gd-DTPA, zum Krankheitsbild der [[Nephrogene systemische Fibrose|nephrogenen systemischen Fibrose]] kommen kann. Eine neue Studie liefert Hinweise darauf, dass Gadolinium in Kontrastmitteln nach mehrmaligen [[Magnetresonanztomographie|MRTs]] zu Ablagerungen und eventuell auch Strukturschädigungen im Gehirn führen könnte.<ref name="DOI10.1148/radiol.13131669">Tomonori Kanda, Kazunari Ishii, Hiroki Kawaguchi, Kazuhiro Kitajima, Daisuke Takenaka: ''High Signal Intensity in the Dentate Nucleus and Globus Pallidus on Unenhanced T1-weighted MR Images: Relationship with Increasing Cumulative Dose of a Gadolinium-based Contrast Material.'' In: ''Radiology.'' 2013, S. 131669, [[doi:10.1148/radiol.13131669]].</ref><ref>{{Internetquelle |autor=[[Peter Jaeggi]], Ulrike Barwanietz, Candy Sauer |url=https://avdlswr-a.akamaihd.net/swr/swr2/wissen/sendungen/wissen/swr2wissen-20200309-schaedliche-kontrastmittel-wie-gefaehrlich-sind-mrt.m.mp3 |titel=Schädliche Kontrastmittel? – Wie gefährlich sind MRT? |werk=[[SWR2 Wissen]] |datum=2020-03-09 |format=mp3-Audio; 24 MB; 27:55 Minuten |kommentar=[https://www.swr.de/swr2/wissen/swr2-wissen-manuskript-2020-03-09-100.pdf pdf; 194 kB] |abruf=2023-01-05}}</ref> Ob es wirklich zu einer Schädigung kommt, konnte jedoch noch nicht festgestellt werden.

Seit 2018 ruht die Zulassung einiger gadoliniumhaltiger Präparate in der EU.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.bfarm.de/SharedDocs/Risikoinformationen/Pharmakovigilanz/DE/RV_STP/g-l/gadolinium-kernspin-neu.html |titel=BfArM - Risikoinformationen - Gadoliniumhaltige Kontrastmittel: Gadoliniumablagerungen im Gehirn und anderen Geweben |sprache=de |archiv-url=https://web.archive.org/web/20241214104318/https://www.bfarm.de/SharedDocs/Risikoinformationen/Pharmakovigilanz/DE/RV_STP/g-l/gadolinium-kernspin-neu.html |archiv-datum=2024-12-14 |abruf=2025-07-01}}</ref>

== Weblinks ==
{{Commonscat|Gadolinium|audio=1|video=1}}
{{Wiktionary|Gadolinium}}
* {{RömppOnline|ID=RD-07-00021|Name=Gadolinium|Abruf=2015-01-03}}
* [https://www.aerztezeitung.de/panorama/article/623163/mrt-kontrastmittel-berliner-trinkwasser-teil-hohe-werte.html ''MRT-Kontrastmittel in Berliner Trinkwasser''] Ärzte Zeitung online, 7. Oktober 2010

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Periodensystem}}

{{Normdaten|TYP=s|GND=4155786-4|LCCN=sh85052688}}

[[Kategorie:Kontrastmittel]]

Gadolinium - Versionsgeschichte

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