Wikipedia

Gadolinium

unsur kimia dengan lambang Gd dan nomor atom 64
(Dialihkan dari Senyawa gadolinium)

Gadolinium adalah sebuah unsur kimia dengan lambang Gd dan nomor atom 64. Gadolinium adalah sebuah logam berwarna putih keperakan bila oksidasi dihilangkan. Ia hanya sedikit lunak dan merupakan unsur tanah jarang yang ulet. Gadolinium akan bereaksi dengan oksigen atmosfer atau kelembapan secara perlahan untuk membentuk lapisan hitam. Gadolinium di bawah titik Curie-nya pada suhu 20 °C (68 °F) bersifat feromagnetik, dengan daya tarik medan magnet lebih tinggi daripada nikel. Di atas suhu ini, ia adalah unsur yang paling paramagnetik. Ia ditemukan di alam hanya dalam bentuk teroksidasi. Ketika dipisahkan, ia biasanya mengandung pengotor tanah jarang lainnya karena sifat kimianya yang serupa.

64Gd
Gadolinium
Sampel gadolinium
Garis spektrum gadolinium
Sifat umum
Pengucapan/gadolinium/[1]
Penampilanputih keperakan
Gadolinium dalam tabel periodik
Perbesar gambar

64Gd
Hidrogen Helium
Lithium Berilium Boron Karbon Nitrogen Oksigen Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Silikon Fosfor Sulfur Clor Argon
Potasium Kalsium Skandium Titanium Vanadium Chromium Mangan Besi Cobalt Nikel Tembaga Seng Gallium Germanium Arsen Selen Bromin Kripton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon
Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon
Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
–
↑
Gd
↓
Cm
europium ← gadolinium → terbium
Lihat bagan navigasi yang diperbesar
Nomor atom (Z)64
Golongangolongan n/a
Periodeperiode 6
Blokblok-f
Kategori unsur  lantanida
Berat atom standar (Ar)
  • 157,25±0,03
  • 157,25±0,03 (diringkas)
Konfigurasi elektron[Xe] 4f7 5d1 6s2
Elektron per kelopak2, 8, 18, 25, 9, 2
Sifat fisik
Fase pada STS (0 °C dan 101,325 kPa)padat
Titik lebur1585 K ​(1312 °C, ​2394 °F)
Titik didih3273 K ​(3000 °C, ​5432 °F)
Kepadatan mendekati s.k.7,90 g/cm3
saat cair, pada t.l.7,4 g/cm3
Kalor peleburan10,05 kJ/mol
Kalor penguapan301,3 kJ/mol
Kapasitas kalor molar37,03 J/(mol·K)
Tekanan uap (dihitung)
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
pada T (K) 1836 2028 2267 2573 2976 3535
Sifat atom
Bilangan oksidasi0,[2] +1, +2, +3 (oksida agak basa)
ElektronegativitasSkala Pauling: 1,20
Energi ionisasike-1: 593,4 kJ/mol
ke-2: 1170 kJ/mol
ke-3: 1990 kJ/mol
Jari-jari atomempiris: 180 pm
Jari-jari kovalen196±6 pm
Lain-lain
Kelimpahan alamiprimordial
Struktur kristal ​susunan padat heksagon (hcp)
Struktur kristal Hexagonal close packed untuk gadolinium
Kecepatan suara batang ringan2680 m/s (suhu 20 °C)
Ekspansi kalorα poli: 9,4 µm/(m·K) (suhu 100 °C)
Konduktivitas termal10,6 W/(m·K)
Resistivitas listrikα, poli: 1,310 µΩ·m
Arah magnetferomagnetik–transisi paramagnetik pada 293,4 K
Suseptibilitas magnetik molar+755.000,0×10−6 cm3/mol (300,6 K)[3]
Modulus Youngbentuk α: 54,8 GPa
Modulus Shearbentuk α: 21,8 GPa
Modulus curahbentuk α: 37,9 GPa
Rasio Poissonbentuk α: 0,259
Skala Vickers510–950 MPa
Nomor CAS7440-54-2
Sejarah
Penamaandari mineral Gadolinit (ia sendiri dinamai dari J. Gadolin)
PenemuanJ. Marignac (1880)
Isolasi pertamaL. Boisbaudran (1886)
Isotop gadolinium yang utama
Iso­top Kelim­pahan Waktu paruh (t1/2) Mode peluruhan Pro­duk
148Gd sintetis 75 thn α 144Sm
150Gd sintetis 1,8×106 thn α 146Sm
152Gd 0,20% 1,08×1014 thn α 148Sm
154Gd 2,18% stabil
155Gd 14,80% stabil
156Gd 20,47% stabil
157Gd 15,65% stabil
158Gd 24,84% stabil
160Gd 21,86% stabil
| referensi | di Wikidata

Gadolinium ditemukan pada tahun 1880 oleh Jean C. de Marignac, yang mendeteksi oksidanya dengan menggunakan spektroskopi. Ia dinamai dari mineral gadolinit, salah satu mineral di mana gadolinium ditemukan, ia sendiri dinamai dari kimiawan Finlandia Johan Gadolin. Gadolinium murni pertama kali diisolasi oleh kimiawan Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran sekitar tahun 1886.

Gadolinium memiliki sifat metalurgis yang tidak biasa, sampai-sampai sesedikit 1% gadolinium dapat secara signifikan meningkatkan kemampuan kerja dan ketahanan terhadap oksidasi pada suhu tinggi untuk besi, kromium, dan logam terkait. Gadolinium sebagai logam atau garam dapat menyerap neutron dan, oleh karena itu, kadang-kadang digunakan untuk perlindungan dalam radiografi neutron dan reaktor nuklir.

Seperti kebanyakan tanah jarang, gadolinium membentuk ion trivalen dengan sifat fluoresen, dan garam gadolinium(III) digunakan sebagai fosfor dalam berbagai aplikasi.

Ion gadolinium(III) dalam garam yang larut dalam air sangat beracun bagi mamalia. Namun, senyawa gadolinium(III) terkelat akan mencegah gadolinium(III) terpapar pada organisme dan sebagian besar diekskresikan oleh ginjal yang sehat[4] sebelum dapat disimpan di jaringan. Karena sifat paramagnetiknya, larutan kompleks gadolinium organik terkelat digunakan sebagai agen kontras MRI berbasis gadolinium yang diberikan secara intravena dalam pencitraan resonansi magnetik medis. Deposit dalam jumlah bervariasi di jaringan otak, otot jantung, ginjal, organ lain, dan kulit, bergantung terutama pada fungsi ginjal, struktur kelat (linear atau makrosiklik), dan dosis yang diberikan.

Karakteristik

sunting
 
Sebuah sampel logam gadolinium

Sifat fisik

sunting

Gadolinium adalah anggota kedelapan dari deret lantanida. Dalam tabel periodik, ia muncul di antara unsur europium di sebelah kirinya dan terbium di sebelah kanannya, serta di atas aktinida kurium. Ia adalah sebuah unsur tanah jarang yang berwarna putih keperakan, mudah dibentuk, dan ulet. Ke-64 elektronnya tersusun dalam konfigurasi [Xe]4f75d16s2, dengan ke-10 elektron 4f, 5d, dan 6s adalah elektron valensi.

Seperti kebanyakan logam lain dalam deret lantanida, tiga elektron biasanya tersedia sebagai elektron valensi. Elektron 4f yang tersisa terikat terlalu kuat: ini dikarenakan orbital 4f menembus paling banyak melalui inti elektron xenon yang lengai ke nukleus, diikuti oleh 5d dan 6s, dan ini meningkat dengan muatan ionik yang lebih tinggi. Gadolinium mengkristal dalam bentuk-α padat heksagon pada suhu kamar. Pada suhu di atas 1.235 °C (2.255 °F), ia membentuk atau bertransformasi menjadi bentuk-β, yang memiliki struktur kubus berpusat-badan.[5]

Isotop gadolinium-157 memiliki penampang lintang penangkapan neutron termal tertinggi di antara nuklida stabil mana pun: sekitar 259.000 barn. Hanya xenon-135 yang memiliki penampang lintang penangkapan lebih tinggi, sekitar 2,0 juta barn, tetapi isotop ini bersifat radioaktif.[6]

Gadolinium diyakini bersifat feromagnetik pada suhu di bawah 20 °C (68 °F)[7] dan sangat bersifat paramagnetik di atas suhu tersebut. Terdapat bukti bahwa gadolinium bersifat antiferomagnetik heliks, bukan feromagnetik, di bawah suhu 20 °C (68 °F).[8] Gadolinium menunjukkan efek magnetokalorik di mana suhunya akan meningkat ketika memasuki medan magnet dan menurun ketika meninggalkan medan magnet. Efek magnetokalorik yang signifikan diamati pada suhu yang lebih tinggi, hingga sekitar 300 K, dalam senyawa Gd5(Si1-xGex)4.[9]

Atom gadolinium individual dapat diisolasi dengan membungkusnya menjadi molekul fulerena, di mana mereka dapat divisualisasikan dengan mikroskop transmisi elektron.[10] Atom Gd individual dan gugus Gd kecil dapat dimasukkan ke dalam tabung nano karbon.[11]

Sifat kimia

sunting
Lihat pula Kategori: Senyawa gadolinium

Gadolinium bergabung dengan sebagian besar unsur untuk membentuk turunan Gd(III). Ia juga bergabung dengan nitrogen, karbon, belerang, fosforus, boron, selenium, silikon, dan arsen pada suhu tinggi, membentuk senyawa biner.[12]

Berbeda dengan unsur tanah jarang lainnya, logam gadolinium relatif stabil di udara kering. Namun, ia dengan cepat ternoda di udara lembap, membentuk gadolinium(III) oksida (Gd2O3) yang melekat longgar:

4 Gd + 3 O2 → 2 Gd2O3,

yang lepas, mengekspos lebih banyak permukaan pada oksidasi.

Gadolinium adalah zat pereduksi kuat, yang mereduksi oksida beberapa logam menjadi unsur-unsurnya. Gadolinium cukup elektropositif dan bereaksi lambat dengan air dingin dan cukup cepat dengan air panas untuk membentuk gadolinium(III) hidroksida (Gd(OH)3):

2 Gd + 6 H2O → 2 Gd(OH)3 + 3 H2.

Logam gadolinium mudah diserang oleh asam sulfat encer untuk membentuk larutan yang mengandung ion Gd(III) tak berwarna, yang eksis sebagai kompleks [Gd(H2O)9]3+:[13]

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

Senyawa kimia

sunting

Di sebagian besar senyawanya, seperti banyak logam tanah jarang, gadolinium memiliki keadaan oksidasi +3. Namun, gadolinium dapat ditemukan pada kesempatan langka dalam keadaan oksidasi 0, +1 dan +2. Keempat trihalida telah diketahui. Semuanya berwarna putih, kecuali iodida yang berwarna kuning. Halida yang paling sering dijumpai adalah gadolinium(III) klorida (GdCl3). Oksidanya larut dalam asam menghasilkan garamnya, seperti gadolinium(III) nitrat.

Gadolinium(III), seperti kebanyakan ion lantanida, membentuk kompleks dengan bilangan koordinasi tinggi. Kecenderungan ini diilustrasikan dengan penggunaan agen pengelat DOTA, sebuah ligan oktadentat. Garam [Gd(DOTA)]− berguna dalam pencitraan resonansi magnetik. Berbagai kompleks kelat terkait telah dikembangkan, termasuk gadodiamida.

Senyawa gadolinium tereduksi diketahui, terutama dalam keadaan padat. Gadolinium(II) halida diperoleh dengan memanaskan Gd(III) halida dengan adanya logam Gd dalam wadah tantalum. Gadolinium juga membentuk sesquiklorida Gd2Cl3, yang selanjutnya dapat direduksi menjadi GdCl melalui penganilan pada suhu 800 °C (1.470 °F). Gadolinium(I) klorida ini membentuk kepingan dengan struktur seperti grafit berlapis.[14]

Isotopes

sunting
Artikel utama: Isotop gadolinium

Gadolinium alami terdiri dari enam isotop stabil, 154Gd, 155Gd, 156Gd, 157Gd, 158Gd dan 160Gd, serta satu radioisotop, 152Gd, dengan isotop 158Gd menjadi yang paling melimpah (24,8% kelimpahan alami). Peluruhan beta ganda yang diprediksi dari 160Gd tidak pernah teramati (batas bawah eksperimental pada waktu paruhnya yang lebih dari 1,3×1021 tahun telah diukur[15]).

33 radioisotop gadolinium telah diamati, dengan yang paling stabil adalah 152Gd (terjadi secara alami), dengan waktu paruh sekitar 1,08×1014 tahun, dan 150Gd, dengan waktu paruh 1,79×106 tahun. Semua isotop radioaktif yang tersisa memiliki waktu paruh kurang dari 75 tahun. Sebagian besar memiliki waktu paruh kurang dari 25 detik. Isotop gadolinium memiliki empat isomer metastabil, dengan yang paling stabil adalah 143mGd (t1/2= 110 detik), 145mGd (t1/2= 85 detik) dan 141mGd (t1/2= 24,5 detik).

Isotop dengan massa atom lebih rendah dari isotop stabil yang paling melimpah, 158Gd, meluruh terutama melalui penangkapan elektron menjadi isotop europium. Pada massa atom yang lebih tinggi, mode peluruhan utamanya adalah peluruhan beta, dan produk utamanya adalah isotop terbium.

Sejarah

sunting

Gadolinium dinamai dari mineral gadolinit, yang pada gilirannya dinamai dari ahli kimia dan geologi Finlandia Johan Gadolin.[5] Pada tahun 1880, kimiawan Swiss Jean G. de Marignac mengamati garis spektroskopi dari gadolinium dalam sampel gadolinit (yang sebenarnya mengandung gadolinium yang relatif sedikit, tetapi cukup untuk menunjukkan spektrum) dalam mineral yang terpisah, serit. Mineral terakhir terbukti mengandung jauh lebih banyak unsur ini dengan garis spektrum baru. De Marignac akhirnya memisahkan sebuah oksida mineral dari serit, yang dia sadari merupakan oksida dari unsur baru ini. Dia menamai oksida itu "gadolinia". Karena dia menyadari bahwa "gadolinia" adalah oksida dari unsur baru ini, dia dikreditkan dengan penemuan gadolinium. Kimiawan Prancis Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran melakukan pemisahan logam gadolinium dari gadolinia pada tahun 1886.[16][17][18][19]

Keterjadian

sunting
 
Gadolinit

Gadolinium adalah konstituen dalam banyak mineral seperti monasit dan bastnäsit. Logam ini terlalu reaktif untuk eksis secara alami. Secara paradoks, seperti disebutkan di atas, mineral gadolinit sebenarnya hanya mengandung sedikit unsur ini. Kelimpahannya di kerak Bumi ialah sekitar 6,2  mg/kg.[5] Area pertambangan utama berada di Tiongkok, Amerika Serikat, Brasil, Sri Lanka, India, dan Australia dengan cadangan diperkirakan melebihi satu juta ton. Produksi gadolinium murni dunia adalah sekitar 400 ton per tahun. Satu-satunya mineral yang dikenal dengan gadolinium esensial, lepersonit-(Gd), sangatlah langka.[20][21]

Produksi

sunting

Gadolinium diproduksi baik dari monasit maupun bastnäsit.

  1. Mineral yang dihancurkan diekstraksi dengan asam klorida atau asam sulfat, yang mengubah oksida yang tidak larut menjadi klorida atau sulfat yang larut.
  2. Filtrat asam dinetralkan sebagian dengan soda kaustik hingga pH 3–4. Torium mengendap sebagai hidroksidanya, dan kemudian dihilangkan.
  3. Larutan yang tersisa diolah dengan amonium oksalat untuk mengubah tanah jarang menjadi oksalat yang tidak larut. Oksalat tersebut diubah menjadi oksida melalui pemanasan.
  4. Oksida tersebut dilarutkan dalam asam nitrat yang mengecualikan salah satu komponen utama, serium, yang oksidanya tidak larut dalam HNO3.
  5. Larutannya diolah dengan magnesium nitrat untuk menghasilkan campuran garam ganda gadolinium, samarium, dan europium yang mengkristal.
  6. Garam tersebut dipisahkan melalui kromatografi penukar ion.
  7. Ion tanah jarang kemudian dicuci secara selektif oleh zat pengompleks yang sesuai.[5]

Logam gadolinium diperoleh dari oksida atau garamnya dengan memanaskannya dengan kalsium pada suhu 1.450 °C (2.640 °F) dalam atmosfer argon. Spons gadolinium dapat diproduksi dengan mereduksi GdCl3 cair dengan logam yang sesuai pada suhu di bawah 1.312 °C (2.394 °F) (titik lebur Gd) pada tekanan rendah.[5]

Aplikasi

sunting

Gadolinium tidak memiliki aplikasi skala besar, tetapi memiliki berbagai kegunaan khusus.

Penyerap neutron

sunting

Karena gadolinium memiliki penampang lintang neutron yang tinggi, gadolinium efektif untuk digunakan dengan radiografi neutron dan pelindung reaktor nuklir. Ia digunakan sebagai tindakan penutupan darurat sekunder pada beberapa reaktor nuklir, khususnya tipe reaktor CANDU.[5] Gadolinium digunakan dalam sistem propulsi kelautan nuklir sebagai racun yang dapat dibakar. Gadolinium-157 digunakan untuk menargetkan tumor dalam terapi neutron.[butuh rujukan]

Paduan

sunting

Gadolinium memiliki sifat metalurgi yang tidak biasa, dengan sedikitnya 1% gadolinium dapat meningkatkan kemampuan kerja dan ketahanan besi, kromium, dan paduan terkait terhadap suhu tinggi dan oksidasi.[22]

Agen kontras magnetik

sunting

Gadolinium bersifat paramagnetik pada suhu kamar, dengan titik Curie feromagnetik 20 °C (68 °F).[7] Ion paramagnetik, seperti gadolinium, akan meningkatkan tingkat relaksasi spin inti, membuat gadolinium berguna sebagai agen kontras untuk pencitraan resonansi magnetik (MRI). Larutan kompleks gadolinium dan senyawa gadolinium organik digunakan sebagai agen kontras intravena untuk meningkatkan citra dalam prosedur angiografi resonansi magnetik (MRA) dan medis. Magnevist adalah contoh yang paling luas.[23][24] Tabung nano yang dikemas dengan gadolinium, yang disebut "tabung nano gadolinium", 40 kali lebih efektif daripada agen kontras gadolinium biasa.[25] Agen kontras berbasis gadolinium tradisional tidak ditargetkan, umumnya didistribusikan ke seluruh tubuh setelah injeksi, tetapi tidak akan melewati sawar darah–otak. Tumor otak, dan gangguan lain yang menurunkan kualitas sawar darah–otak, memungkinkan agen ini menembus ke dalam otak dan memfasilitasi pendeteksiannya melalui MRI yang ditingkatkan kontrasnya. Demikian pula, pencitraan resonansi magnetik kartilago yang ditingkatkan gadolinium tertunda menggunakan sebuah agen senyawa ionik, awalnya Magnevist, yang dikeluarkan dari kartilago sehat berdasarkan tolakan elektrostatik tetapi akan memasuki kartilago yang kekurangan proteoglikan pada penyakit seperti osteoartritis.

Fosfor

sunting

Gadolinium digunakan sebagai fosfor dalam pencitraan medis. Ia terkandung dalam lapisan fosfor detektor sinar-X, tersuspensi dalam matriks polimer. Gadolinium oksisulfida yang didoping terbium (Gd2O2S:Tb) pada lapisan fosfor akan mengubah sinar-X yang dilepaskan dari sumber menjadi cahaya. Bahan ini memancarkan sinar hijau pada 540 nm karena adanya Tb3+, yang sangat berguna untuk meningkatkan kualitas pencitraan. Konversi energi Gd mencapai 20%, yang berarti bahwa seperlima dari energi sinar-X yang menumbuk lapisan fosfor dapat diubah menjadi foton kasatmata.[butuh rujukan] Gadolinium oksiortosilikat (Gd2SiO5, GSO; biasanya didoping dengan 0,1–1,0% of Ce) adalah sebuah kristal tunggal yang digunakan sebagai sintilator dalam pencitraan medis seperti tomografi emisi positron, dan untuk mendeteksi neutron.[26]

Senyawa gadolinium juga digunakan untuk membuat fosfor hijau untuk tabung TV berwarna.[27]

Pemancar sinar gama

sunting

Gadolinium-153 diproduksi dalam reaktor nuklir dari target europium elemental atau gadolinium yang diperkaya. Ia memiliki waktu paruh 240±10 hari dan memancarkan radiasi gama dengan puncak kuat pada 41 keV dan 102 keV. Ia digunakan dalam banyak aplikasi jaminan kualitas, seperti sumber garis dan fantom kalibrasi, untuk memastikan bahwa sistem pencitraan kedokteran nuklir beroperasi dengan benar dan menghasilkan citra distribusi radioisotop yang bermanfaat di dalam tubuh pasien.[28] Ia juga digunakan sebagai sumber sinar gama dalam pengukuran penyerapan sinar-X dan pengukur kepadatan tulang untuk skrining osteoporosis.[butuh rujukan]

Perangkat elektronik dan optis

sunting

Gadolinium digunakan untuk membuat garnet gadolinium itrium (Gd:Y3Al5O12), yang memiliki aplikasi gelombang mikro dan digunakan dalam pembuatan berbagai komponen optis dan sebagai bahan substrat untuk film magneto-optis.[29]

Elektrolit dalam sel bahan bakar

sunting

Gadolinium juga dapat berfungsi sebagai elektrolit dalam sel bahan bakar oksida padat (SOFC). Menggunakan gadolinium sebagai dopan untuk beberapa bahan seperti serium oksida (dalam bentuk seria yang didoping gadolinium) akan menghasilkan elektrolit yang memiliki konduktivitas ionik tinggi dan suhu operasi rendah.

Pendinginan magnetik

sunting

Penelitian sedang dilakukan pada pendinginan magnetik di dekat suhu kamar, yang dapat memberikan efisiensi dan keuntungan lingkungan yang signifikan dibandingkan metode pendinginan konvensional. Bahan berbasis gadolinium, seperti Gd5(SixGe1−x)4, saat ini merupakan bahan yang paling menjanjikan, karena suhu Curie mereka yang tinggi dan efek magnetokalorik mereka yang sangat besar. Gd murni itu sendiri menunjukkan efek magnetokalorik yang besar di dekat suhu Curie pada 20 °C (68 °F), dan ini telah memicu minat untuk memproduksi paduan Gd yang memiliki efek lebih besar dan suhu Curie yang dapat diatur. Dalam Gd5(SixGe1−x)4, komposisi Si dan Ge dapat divariasikan untuk menyesuaikan suhu Curie.[9]

Superkonduktor

sunting

Gadolinium barium tembaga oksida (GdBCO) adalah sebuah superkonduktor[30][31][32] dengan aplikasi pada motor atau generator superkonduktor seperti pada turbin angin.[33] Ia dapat diproduksi dengan cara yang sama seperti superkonduktor kuprat suhu tinggi yang paling banyak diteliti, itrium barium tembaga oksida (YBCO) dan menggunakan komposisi kimia analog (GdBa2Cu3O7−δ).[34] Ia digunakan pada tahun 2014 untuk mencetak rekor dunia baru untuk medan magnet terperangkap tertinggi dalam superkonduktivitas suhu tinggi curah, dengan medan sebesar 17,6 T terperangkap dalam dua curah GdBCO.[35][36]

Aplikasi sebelumnya

sunting

Gadolinium digunakan untuk deteksi antineutrino pada detektor Super-Kamiokande Jepang untuk merasakan ledakan supernova. Neutron berenergi rendah yang muncul dari penyerapan antineutrino oleh proton dalam air ultramurni detektor ditangkap oleh inti gadolinium, yang kemudian memancarkan sinar gama yang terdeteksi sebagai bagian dari jejak antineutrino.[37]

Garnet gadolinium gallium (GGG, Gd3Ga5O12) digunakan untuk intan imitasi dan memori gelembung komputer.[38]

Keamanan

sunting
Artikel utama: Agen kontras MRI dan Fibrosis sistemik nefrogenik
Gadolinium
Bahaya
Piktogram GHS  
Keterangan bahaya GHS {{{value}}}
H261
P231+232, P422[39]

Sebagai ion bebas, gadolinium sering dilaporkan sangat beracun, tetapi agen kontras MRI adalah senyawa terkelat dan dianggap cukup aman untuk digunakan pada kebanyakan orang. Toksisitas ion gadolinium bebas pada hewan disebabkan oleh gangguan sejumlah proses yang bergantung pada saluran ion kalsium. Dosis letal 50%-nya adalah sekitar 0,34 mmol/kg (IV, tikus)[40] atau 100–200 mg/kg. Studi toksisitas pada hewan pengerat menunjukkan bahwa pengelatan gadolinium (yang juga meningkatkan kelarutannya) akan menurunkan toksisitasnya sehubungan dengan ion bebas dengan faktor 31 (yaitu, dosis letal untuk kelat-Gd meningkat 31 kali).[41][42][43] Oleh karena itu, diyakini bahwa toksisitas klinis agen kontras berbasis gadolinium (GBCA[44]) pada manusia akan bergantung pada kekuatan agen pengelat; namun penelitian ini masih belum lengkap.[per kapan?] Sekitar selusin agen terkelat-Gd yang berbeda telah disetujui sebagai agen kontras MRI di seluruh dunia.[45][46][47]

Pada pasien dengan gagal ginjal, terdapat risiko penyakit langka namun serius yang disebut fibrosis sistemik nefrogenik (NSF)[48] yang disebabkan oleh penggunaan agen kontras berbasis gadolinium. Penyakit ini menyerupai skleromiksedema dan, hingga batas tertentu, skleroderma. Ia dapat terjadi berbulan-bulan setelah agen kontras disuntikkan. Keterkaitannya dengan gadolinium dan bukan molekul pembawa dikonfirmasi oleh kemunculannya dengan berbagai bahan kontras di mana gadolinium dibawa oleh molekul pembawa yang sangat berbeda. Oleh karena itu, tidak dianjurkan untuk menggunakan agen ini untuk setiap individu dengan gagal ginjal stadium akhir karena mereka memerlukan dialisis darurat. Gejala serupa tetapi tidak identik dengan NSF dapat terjadi pada subjek dengan fungsi ginjal normal atau hampir normal dalam beberapa jam hingga 2 bulan setelah pemberian GBCA; nama "penyakit deposisi gadolinium" (GDD) telah diusulkan untuk kondisi ini, yang terjadi tanpa adanya penyakit yang sudah ada sebelumnya atau penyakit yang berkembang selanjutnya dari proses alternatif yang telah diketahui. Sebuah penelitian tahun 2016 melaporkan banyak kasus anekdot GDD.[49] Namun, dalam penelitian tersebut, para peserta direkrut dari kelompok pendukung daring untuk subjek yang mengidentifikasi diri mereka memiliki toksisitas gadolinium, dan tidak ada riwayat medis atau data yang relevan yang dikumpulkan. Belum ada penelitian ilmiah definitif yang membuktikan keberadaan kondisi tersebut.

Yang termasuk dalam pedoman saat ini dari Asosiasi Radiolog Kanada[50] adalah bahwa pasien dialisis hanya boleh menerima agen gadolinium jika diperlukan dan mereka harus menerima dialisis setelah pemeriksaan. Jika MRI dengan kontras yang ditingkatkan harus dilakukan pada pasien dialisis, dianjurkan bahwa agen kontras berisiko tinggi tertentu untuk dihindari tetapi tidak mempertimbangkan dosis yang lebih rendah.[50] Kolese Radiologi Amerika merekomendasikan agar pemeriksaan MRI dengan kontras dilakukan sedekat mungkin sebelum dialisis sebagai bentuk tindakan pencegahan, meskipun hal ini belum terbukti mengurangi kemungkinan berkembangnya NSF.[51] FDA merekomendasikan agar potensi retensi gadolinium dipertimbangkan saat memilih jenis GBCA yang digunakan pada pasien yang membutuhkan dosis ganda seumur hidup, wanita hamil, anak-anak, dan pasien dengan kondisi peradangan.[52]

Reaksi anafilaktoid jarang terjadi, dan terjadi pada sekitar 0,03–0,1%.[53]

Dampak lingkungan jangka panjang dari kontaminasi gadolinium akibat penggunaan manusia merupakan topik penelitian yang sedang berlangsung.[54][55]

Kegunaan biologis

sunting

Gadolinium tidak memiliki peran biologis asli yang diketahui, tetapi senyawanya digunakan sebagai alat penelitian dalam biomedis. Senyawa Gd3+ merupakan komponen agen kontras MRI.[56] Ia digunakan dalam berbagai percobaan elektrofisiologi saluran ion untuk memblokir saluran kebocoran natrium dan meregangkan saluran ion yang diaktifkan.[57] Gadolinium baru-baru ini telah digunakan untuk mengukur jarak antara dua titik dalam protein melalui resonansi paramagnetik elektron, sesuatu yang gadolinium dapat diterima berkat sensitivitas EPR pada frekuensi pita-w (95 GHz).[58]

Referensi

sunting
  1. ^ (Indonesia) "Gadolinium". KBBI Daring. Diakses tanggal 17 Juli 2022. 
  2. ^ Yttrium and all lanthanides except Ce and Pm have been observed in the oxidation state 0 in bis(1,3,5-tri-t-butylbenzene) complexes, see Cloke, F. Geoffrey N. (1993). "Zero Oxidation State Compounds of Scandium, Yttrium, and the Lanthanides". Chem. Soc. Rev. 22: 17–24. doi:10.1039/CS9932200017.  and Arnold, Polly L.; Petrukhina, Marina A.; Bochenkov, Vladimir E.; Shabatina, Tatyana I.; Zagorskii, Vyacheslav V.; Cloke (2003-12-15). "Arene complexation of Sm, Eu, Tm and Yb atoms: a variable temperature spectroscopic investigation". Journal of Organometallic Chemistry. 688 (1–2): 49–55. doi:10.1016/j.jorganchem.2003.08.028. 
  3. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. hlm. E110. ISBN 0-8493-0464-4. 
  4. ^ 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 Diarsipkan 2023-07-27 di Wayback Machine.
  5. ^ a b c d e f Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (edisi ke-2), Oxford: Butterworth-Heinemann, ISBN 0-7506-3365-4 
  6. ^ "Gadolinium". Neutron News. 3 (3): 29. 1992. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2021-04-29. Diakses tanggal 17 Juli 2023. 
  7. ^ a b Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (edisi ke-86). Boca Raton (FL): CRC Press. hlm. 4.122. ISBN 0-8493-0486-5. 
  8. ^ Coey JM, Skumryev V, Gallagher K (1999). "Rare-earth metals: Is gadolinium really ferromagnetic?". Nature. 401 (6748): 35–36. Bibcode:1999Natur.401...35C. doi:10.1038/43363. ISSN 0028-0836. 
  9. ^ a b Gschneidner, K.; Pecharsky, V.; Tsokol, A. (2005). "Recent Developments in Magnetocaloric Materials" (PDF). Reports on Progress in Physics. 68 (6): 1479. Bibcode:2005RPPh...68.1479G. doi:10.1088/0034-4885/68/6/R04. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 9 November 2014. 
  10. ^ Suenaga, Kazu; Taniguchi, Risa; Shimada, Takashi; Okazaki, Toshiya; Shinohara, Hisanori; Iijima, Sumio (2003). "Evidence for the Intramolecular Motion of Gd Atoms in a Gd2@C92 Nanopeapod". Nano Letters. 3 (10): 1395. Bibcode:2003NanoL...3.1395S. doi:10.1021/nl034621c. 
  11. ^ Hashimoto A, Yorimitsu H, Ajima K, Suenaga K, Isobe H, Miyawaki J, Yudasaka M, Iijima S, Nakamura E (Juni 2004). "Selective deposition of a gadolinium(III) cluster in a hole opening of single-wall carbon nanohorn". Proceedings of the National Academy of Sciences, USA. 101 (23): 8527–30. Bibcode:2004PNAS..101.8527H. doi:10.1073/pnas.0400596101  . PMC 423227  . PMID 15163794. 
  12. ^ Holleman, A. F.; Wiberg, E. (2001), Inorganic Chemistry, San Diego: Academic Press, ISBN 0-12-352651-5 
  13. ^ Mark Winter (1993–2018). "Chemical reactions of Gadolinium". The University of Sheffield and WebElements. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2021-11-04. Diakses tanggal 17 Juli 2023. 
  14. ^ Cotton (2007). Advanced inorganic chemistry (edisi ke-6). Wiley-India. hlm. 1128. ISBN 978-81-265-1338-3. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2023-07-27. Diakses tanggal 2023-07-17. 
  15. ^ Danevich, F.A.; et al. (2001). "Quest for double beta decay of 160Gd and Ce isotopes". Nucl. Phys. A. 694 (1): 375–91. arXiv:nucl-ex/0011020  . Bibcode:2001NuPhA.694..375D. doi:10.1016/S0375-9474(01)00983-6. 
  16. ^ Marshall, James L.; Marshall, Virginia R. (2008). "Rediscovery of the Elements: Yttrium and Johan Gadolin" (PDF). The Hexagon (Spring): 8–11. Diarsipkan (PDF) dari versi asli tanggal 2021-10-24. Diakses tanggal 2023-07-17. 
  17. ^ Marshall, James L. Marshall; Marshall, Virginia R. Marshall (2015). "Rediscovery of the elements: The Rare Earths–The Confusing Years" (PDF). The Hexagon: 72–77. Diarsipkan (PDF) dari versi asli tanggal 2021-10-11. Diakses tanggal 17 Juli 2023. 
  18. ^ Weeks, Mary Elvira (1956). The discovery of the elements (edisi ke-6). Easton, PA: Journal of Chemical Education. 
  19. ^ Weeks, Mary Elvira (1932). "The discovery of the elements: XVI. The rare earth elements". Journal of Chemical Education. 9 (10): 1751–1773. Bibcode:1932JChEd...9.1751W. doi:10.1021/ed009p1751. 
  20. ^ Deliens, M. dan Piret, P. (1982). "Bijvoetite et lepersonnite, carbonates hydrates d'uranyle et des terres rares de Shinkolobwe, Zaïre". Canadian Mineralogist 20, 231–38
  21. ^ "Lepersonnite-(Gd): Lepersonnite-(Gd) mineral information and data". Mindat.org. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2021-11-28. Diakses tanggal 17 Juli 2023. 
  22. ^ National Center for Biotechnology Information. "Element Summary for AtomicNumber 64, Gadolinium". PubChem. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2021-11-22. Diakses tanggal 17 Juli 2023. 
  23. ^ Liney, Gary (2006). MRI in clinical practice. Springer. hlm. 13;30. ISBN 978-1-84628-161-7. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2023-07-27. Diakses tanggal 2023-07-17. 
  24. ^ Raymond KN, Pierre VC (2005). "Next generation, high relaxivity gadolinium MRI agents". Bioconjugate Chemistry. 16 (1): 3–8. doi:10.1021/bc049817y. PMID 15656568. 
  25. ^ Wendler, Ronda (1 Desember 2009) Magnets Guide Stem Cells to Damaged Hearts. Texas Medical Center.
  26. ^ Ryzhikov VD, Grinev BV, Pirogov EN, Onyshchenko GM, Bondar VG, Katrunov KA, Kostyukevich SA (2005). "Use of gadolinium oxyorthosilicate scintillators in x-ray radiometers". Optical Engineering. 44: 016403. Bibcode:2005OptEn..44a6403R. doi:10.1117/1.1829713. 
  27. ^ Sajwan, Reena K.; Tiwari, Samit; Harshit, Tulika; Singh, Ajaya Kumar (10 Oktober 2017). "Recent progress in multicolor tuning of rare earth-doped gadolinium aluminate phosphors GdAlO3". Optical and Quantum Electronics (dalam bahasa Inggris). 49 (11): 344. doi:10.1007/s11082-017-1158-5. ISSN 1572-817X. 
  28. ^ "Gadolinium-153". Pacific Northwest National Laboratory. Diarsipkan dari versi asli tanggal 27 Mei 2009. Diakses tanggal 17 Juli 2023. 
  29. ^ Cuomo, J. J.; Chaudhari, P.; Gambino, R. J. (1 Mei 1974). "Amorphous magnetic materials for bubble domain and magneto-optics application". Journal of Electronic Materials (dalam bahasa Inggris). 3 (2): 517–529. Bibcode:1974JEMat...3..517C. doi:10.1007/BF02652955. ISSN 1543-186X. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2023-07-27. Diakses tanggal 2023-07-17. 
  30. ^ Shi, Y; Babu, N Hari; Iida, K; Cardwell, D A (1 Februari 2008). "Superconducting properties of Gd-Ba-Cu-O single grains processed from a new, Ba-rich precursor compound". Journal of Physics: Conference Series. 97 (1): 012250. Bibcode:2008JPhCS..97a2250S. doi:10.1088/1742-6596/97/1/012250  . ISSN 1742-6596. 
  31. ^ Cardwell, D A; Shi, Y-H; Hari Babu, N; Pathak, S K; Dennis, A R; Iida, K (1 Maret 2010). "Top seeded melt growth of Gd–Ba–Cu–O single grain superconductors". Superconductor Science and Technology. 23 (3): 034008. Bibcode:2010SuScT..23c4008C. doi:10.1088/0953-2048/23/3/034008. ISSN 0953-2048. 
  32. ^ Zhang, Y F; Wang, J J; Zhang, X J; Pan, C Y; Zhou, W L; Xu, Y; Liu, Y S; Izumi, M (2017). "Flux pinning properties of GdBCO bulk through the infiltration and growth process". IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 213 (1): 012049. Bibcode:2017MS&E..213a2049Z. doi:10.1088/1757-899X/213/1/012049  . ISSN 1757-8981. 
  33. ^ Wang, Brian (22 November 2018). "European EcoSwing Builds First Full Scale Superconductor Wind Turbine". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2021-04-27. Diakses tanggal 2023-07-17. 
  34. ^ Zhang, Yufeng; Zhou, Difan; Ida, Tetsuya; Miki, Motohiro; Izumi, Mitsuru (1 April 2016). "Melt-growth bulk superconductors and application to an axial-gap-type rotating machine". Superconductor Science and Technology. 29 (4): 044005. Bibcode:2016SuScT..29d4005Z. doi:10.1088/0953-2048/29/4/044005. ISSN 0953-2048. 
  35. ^ Durrell, J H; Dennis, A R; Jaroszynski, J; Ainslie, M D; Palmer, K G B; Shi, Y-H; Campbell, A M; Hull, J; Strasik, M (1 Agustus 2014). "A trapped field of 17.6 T in melt-processed, bulk Gd-Ba-Cu-O reinforced with shrink-fit steel". Superconductor Science and Technology. 27 (8): 082001. arXiv:1406.0686  . Bibcode:2014SuScT..27h2001D. doi:10.1088/0953-2048/27/8/082001. ISSN 0953-2048. 
  36. ^ "Strongest magnetic field trapped in a superconductor". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2021-04-19. Diakses tanggal 17 Juli 2023. 
  37. ^ Abe, K.; Bronner, C.; Hayato; et al. (2022). "First gadolinium loading to Super-Kamiokande". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 1027: 166248. doi:10.1016/j.nima.2021.166248. ISSN 0168-9002. 
  38. ^ Hammond, C. R. The Elements, dalam Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (edisi ke-86). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. 
  39. ^ "Gadolinium 691771". Sigma-Aldrich. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2023-07-27. Diakses tanggal 2023-07-17. 
  40. ^ Bousquet dkk., 1988
  41. ^ "Profil toxicologique des chélates de gadolinium pour l'IRM : où en est-on ?" (PDF). Diarsipkan (PDF) dari versi asli tanggal 2022-12-30. Diakses tanggal 2023-07-17. 
  42. ^ Ersoy, Hale; Rybicki, Frank J. (November 2007). "Biochemical Safety Profiles of Gadolinium-Based Extracellular Contrast Agents and Nephrogenic Systemic Fibrosis". Journal of Magnetic Resonance Imaging. 26 (5): 1190–1197. doi:10.1002/jmri.21135. ISSN 1053-1807. PMC 2709982  . PMID 17969161. 
  43. ^ Penfield JG, Reilly RF (December 2007). "What nephrologists need to know about gadolinium". Nature Clinical Practice. Nephrology. 3 (12): 654–68. doi:10.1038/ncpneph0660. PMID 18033225. 
  44. ^ "Gadolinium Deposition Disease (GDD) in Patients with Normal Renal Function". Gadolinium Toxicity. 1 November 2015. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2021-05-11. Diakses tanggal 17 Juli 2023. 
  45. ^ "Questions and Answers on Magnetic resonance imaging" (PDF). International Society for Magnetic Resonance in Medicine. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 29 November 2007. Diakses tanggal 17 Juli 2023. 
  46. ^ "Information on Gadolinium-Containing Contrast Agents". US Food and Drug Administration. Diarsipkan dari versi asli tanggal 6 September 2008. 
  47. ^ Gray, Theodore (2009). The Elements, Black Dog & Leventhal Publishers, ISBN 1-57912-814-9.
  48. ^ Thomsen HS, Morcos SK, Dawson P (November 2006). "Is there a causal relation between the administration of gadolinium based contrast media and the development of nephrogenic systemic fibrosis (NSF)?". Clinical Radiology. 61 (11): 905–06. doi:10.1016/j.crad.2006.09.003. PMID 17018301. 
  49. ^ Semelka RC, Ramalho J, Vakharia A, AlObaidy M, Burke LM, Jay M, Ramalho M (Desember 2016). "Gadolinium deposition disease: Initial description of a disease that has been around for a while". Magnetic Resonance Imaging. 34 (10): 1383–90. doi:10.1016/j.mri.2016.07.016. hdl:10400.17/2952  . PMID 27530966. 
  50. ^ a b Schieda N, Blaichman JI, Costa AF, Glikstein R, Hurrell C, James M, Jabehdar Maralani P, Shabana W, Tang A, Tsampalieros A, van der Pol CB, Hiremath S (2018). "Gadolinium-Based Contrast Agents in Kidney Disease: A Comprehensive Review and Clinical Practice Guideline Issued by the Canadian Association of Radiologists". Canadian Journal of Kidney Health and Disease. 5: 2054358118778573. doi:10.1177/2054358118778573. PMC 6024496  . PMID 29977584. 
  51. ^ ACR Committee on Drugs; Contrast Media (2010). ACR Manual on Contrast Media Version 7. ISBN 978-1-55903-050-2. 
  52. ^ Center for Drug Evaluation and Research. "FDA warns that gadolinium-based contrast agents (GBCAs) are retained in the body; requires new class warnings". www.fda.gov (dalam bahasa Inggris). Drug Safety and Availability – FDA Drug Safety Communication. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2019-04-23. Diakses tanggal 17 Juli 2023. 
  53. ^ Murphy KJ, Brunberg JA, Cohan RH (October 1996). "Adverse reactions to gadolinium contrast media: a review of 36 cases". AJR. American Journal of Roentgenology. 167 (4): 847–49. doi:10.2214/ajr.167.4.8819369  . PMID 8819369. 
  54. ^ Gwenzi, Willis; Mangori, Lynda; Danha, Concilia; Chaukura, Nhamo; Dunjana, Nothando; Sanganyado, Edmond (15 September 2018). "Sources, behaviour, and environmental and human health risks of high-technology rare-earth elements as emerging contaminants". The Science of the Total Environment. 636: 299–313. Bibcode:2018ScTEn.636..299G. doi:10.1016/j.scitotenv.2018.04.235. ISSN 1879-1026. PMID 29709849. 
  55. ^ Rogowska J, Olkowska E, Ratajczyk W, Wolska L (Juni 2018). "Gadolinium as a new emerging contaminant of aquatic environments". Environmental Toxicology and Chemistry. 37 (6): 1523–34. doi:10.1002/etc.4116  . PMID 29473658. 
  56. ^ Tircsó, Gyulia; Molńar, Enricő; Csupász, Tibor; Garda, Zoltan; Botár, Richárd; Kálmán, Ferenc K.; Kovács, Zoltan; Brücher, Ernő; Tóth, Imre (2021). "Chapter 2. Gadolinium(III)-Based Contrast Agents for Magnetic Resonance Imaging. A Re-Appraisal". Metal Ions in Bio-Imaging Techniques. Springer. hlm. 39–70. doi:10.1515/9783110685701-008. 
  57. ^ Yeung EW, Allen DG (Agustus 2004). "Stretch-activated channels in stretch-induced muscle damage: role in muscular dystrophy". Clinical and Experimental Pharmacology & Physiology. 31 (8): 551–56. doi:10.1111/j.1440-1681.2004.04027.x. hdl:10397/30099  . PMID 15298550. 
  58. ^ Yang Y, Yang F, Gong Y, Bahrenberg T, Feintuch A, Su X, Goldfarb, D (Oktober 2018). "High Sensitivity In-Cell EPR Distance Measurements on Proteins using and Optimized Gd(III) Spin Label". The Journal of Physical Chemistry Letters. 9 (20): 6119–23. doi:10.1021/acs.jpclett.8b02663. PMID 30277780. 

Pranala luar

sunting
 
Wikimedia Commons memiliki media mengenai Gadolinium.
 
Lihat entri gadolinium di kamus bebas Wiktionary.
Diperoleh dari "https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Gadolinium&oldid=23910415#Senyawa_kimia"