钆

钆（gá）（英语：Gadolinium；旧译錷），是一种化学元素，其化学符号为Gd，原子序数为64，原子量为7002157249000000000♠157.249 u，属于镧系元素，也是稀土元素之一。钆是一种银白色金属，具有些微延展性。钆在多数文献中被视为轻、重稀土元素的分界点，从钆开始的镧系元素在空气中的稳定性显著高于较轻的镧至铕。钆在空气中会与氧气或水汽缓慢反应，在表面逐渐形成黑色的氧化层。钆可溶于稀酸中。作为典型的镧系及稀土元素，钆最常见的氧化态为+3。

钆 ₆₄Gd

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外观
银白色
概况
名称·符号·序数	钆（gadolinium）·Gd·64
元素类别	镧系元素
族·周期·区	不适用·6·f
标准原子质量	157.249(2)
电子排布	[Xe] 4f7 5d1 6s2 2, 8, 18, 25, 9, 2 钆的电子层（2, 8, 18, 25, 9, 2）
历史
发现	让-夏尔·加利萨·德马里尼亚（1880年）
分离	保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰（1886年）
物理性质
物态	固体
密度	（接近室温） 7.90 g·cm−3
熔点时液体密度	7.4 g·cm−3
熔点	1585 K，1312 °C，2394 °F
沸点	3273 K，3000 °C，5432 °F
熔化热	10.05 kJ·mol−1
汽化热	301.3 kJ·mol−1
比热容	37.03 J·mol−1·K−1
蒸气压（计算） 压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k 温/K 1836 2028 2267 2573 2976 3535
原子性质
氧化态	1, 2, 3 （弱碱性氧化物）
电负性	1.20（鲍林标度）
电离能	第一：593.4 kJ·mol−1 第二：1170 kJ·mol−1 第三：1990 kJ·mol−1
原子半径	180 pm
共价半径	196±6 pm
钆的原子谱线
杂项
晶体结构	六方密堆积
磁序	铁磁性-顺磁性，在293.4 K转变
电阻率	α, poly: 1.310 µΩ·m
热导率	10.6 W·m−1·K−1
热膨胀系数	α poly: 9.4 µm/(m·K)
声速（细棒）	（20 °C）2680 m·s−1
杨氏模量	α form: 54.8 GPa
剪切模量	α form: 21.8 GPa
体积模量	α form: 37.9 GPa
泊松比	α form: 0.259
维氏硬度	510–950 MPa
CAS号	7440-54-2
同位素
主条目：钆的同位素 同位素 丰度 半衰期​（t1/2） 衰变 方式 能量​（MeV） 产物 148Gd 人造 86.9 年 α 3.271 144Sm 150Gd 人造 1.79×106 年 α 2.807 146Sm 152Gd 0.204% 1.08×1014 年 α 2.204 148Sm 153Gd 人造 240.6 天 ε 0.485 153Eu 154Gd 2.187% 稳定，带90粒中子 155Gd 14.828% 稳定，带91粒中子 156Gd 20.493% 稳定，带92粒中子 157Gd 15.657% 稳定，带93粒中子 158Gd 24.820% 稳定，带94粒中子 160Gd 21.811% 稳定，带96粒中子

钆在温度低于16°C（钆的居里点）时会变为铁磁性，是除了铁系元素（铁、钴和镍）外唯一能在接近室温的环境下产生铁磁性的金属元素，将一块钆放入冰水中冷却会吸附磁铁，但回温后钆会脱离磁铁掉落。其他更重的镧系元素——铽、镝、钬、铒、铥和镱——在更低的温度下也会呈现出铁磁性，但其居里点要低得多。在居里点以上的环境中，钆是最具顺磁性的元素。

钆于1880年由让-夏尔·加利萨·德马里尼亚发现，并以其发现来源硅铍钇矿（Gadolinite）命名，而该矿物本身是以芬兰化学家约翰·加多林之名命名的。1886年左右，保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰首次分离出纯钆。

由于钆化合物具有高度的顺磁性，钆螯合有机配合物被用作核磁共振成像的显影剂。钆也被用于合金添加剂、人造石榴石和核反应堆的控制棒等。掺杂其他稀土离子的钆化合物在医学成像等领域中用作磷光体和闪烁体。钆的高居里温度也使其在磁致冷领域有很大的应用前景。

性质

化学性质

参见：Category:钆化合物

与较轻的稀土元素相比，金属钆在干燥空气中是相对稳定的，不需要像轻稀土元素保存在充氩玻璃管中。但它在潮湿空气中会迅速失去光泽，形成一层易脱落的氧化钆薄膜。当其脱落时，氧化会向内部进行。

4 Gd + 3 O₂ → 2 Gd₂O₃

粉末状钆在1200℃时快速氧化为Gd₂O₃ ，在1800℃下升华形成GdO薄膜。

钆是一种强还原剂，可以将一些金属氧化物还原至金属形态。钆电正性强，可以和冷水缓慢反应、和热水迅速反应，生成氢氧化钆：

2 Gd + 6 H₂O → 2 Gd(OH)₃ + 3 H₂

钆能够迅速地和稀硫酸反应，生成无色的[Gd(H₂O)₉]³⁺水合离子：

2 Gd + 3 H₂SO₄ + 18 H₂O → 2 [Gd(H₂O)₉]³⁺ + 3 SO2−
4 + 3 H₂

钆和卤素在约200°C反应，生成三卤化钆：

2 Gd + 3 X₂ → 2 GdX₃

钆可以和大多数的元素直接化合，形成Gd(III)的化合物。如加热或高温时可以和氮气、硫、磷、硒、碳、硅或砷反应，形成二元化合物。

化合物

在钆的大多数化合物中，其氧化态为+3。所有三卤化钆都是已知的，它们都是白色固体（三碘化钆例外，为黄色）。常见的钆盐除了三氯化钆之外，还有硫酸钆和硝酸钆，它们可由相应的稀酸溶解金属或其氧化物得到。

Gd³⁺正如其它镧系元素离子一样，可以形成配合物，并有着高配位数。例如在络合剂DOTA的存在下，形成八齿配位的化合物钆特酸。含[Gd(DOTA)]⁻的盐在核磁共振成像中有着应用。一系列类似的齿合化合物也被研发出来了，例如钆双胺、钆布醇等。

低价态的钆化合物也是已知的，特别是在固态中。卤化钆(II)可由三卤化钆和钆金属在钽制容器中加热得到。Gd₂Cl₃和GdCl可以在更高温度（800 °C）还原得到。一氯化钆是有着类似层状石墨结构的片状固体。

用途

钆化合物具有高度的顺磁性（paramagnetic），可作核磁共振成像的显影剂，称为含钆造影剂（Gadolinium-based contrast agents,GBCA）。钆对磁共振造影机的磁场有强烈反应，以钆喷酸二甲葡胺药剂形式注入血管中磁共振造影会清楚显示血液流向，精确定位内出血的位置，并由3D视觉影像观察血液自血管何处渗出，或观察血液何处变窄或停止，确定血管阻塞或闭锁的部位。

其他含钆造影剂有钆特酸葡胺、钆布醇、钆麦芽糖醇、钆弗塞酸等

安全性

钆离子往往被报导具有高毒性，但是用作MRI造影剂的螯合物被认为有足够的安全性，并被广泛使用。钆离子在动物的毒性表现为其对钙离子通道相关的生理过程的干扰。钆离子的半数致死剂量（LD50）约为100-200mg/kg，低剂量暴露则无慢性毒性。对啮齿类动物的毒性研究表明螯合钆（实际上溶解度更高）安全性至少为离子状态的100倍（即增加100倍剂量的Gd-螯合物相当于自由离子的毒性）

研究表明，对于正在进行透析的肾功能不全或严重肾功能衰竭患者可以使用，但是也存在风险：一种罕见的严重副作用，称为肾源性系统性纤维化（NSF）或肾纤维化皮肤病，已被证明与四个含钆磁共振成像造影剂有关。该病类似于硬化性粘液水肿和某些硬皮症。症状可能在被注射造影剂后持续数月。在美国目前的指导方针是透析患者应只接受钆剂，必要时并考虑进行碘造影剂增强CT。在增强MRI上，必须进行透析。

外部链接

• 元素钆在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介绍（英文）
• EnvironmentalChemistry.com —— 钆（英文）
• 元素钆在The Periodic Table of Videos（诺丁汉大学）的介绍（英文）
• 元素钆在Peter van der Krogt elements site的介绍（英文）
• WebElements.com – 钆（英文）