Gadolínio (Gd)

Principais propriedades

O gadolínio é um metal branco-prateado, dúctil, com uma configuração eletrônica excepcional: sete elétrons desemparelhados na camada interna, o maior número entre os elementos em seu estado fundamental. Essa estrutura produz o momento magnético mais alto da tabela periódica em condições ordinárias e explica praticamente todas as suas aplicações.

É o único elemento além dos metais do grupo do ferro a apresentar ferromagnetismo perto da temperatura ambiente: abaixo de aproximadamente vinte graus Celsius o metal se torna ferromagnético e acima disso deixa de sê-lo. Essa transição em faixa acessível o transformou em material de referência para o estudo do efeito magnetocalórico, no qual o material aquece ao ser magnetizado e esfria ao ser desmagnetizado.

Ocorrência na natureza

É um lantanídeo de abundância intermediária, com teor crustal de poucas partes por milhão, presente na bastnasita, na monazita e na gadolinita, mineral que lhe deu nome. Como ocorre em proporção relativamente estável entre os lantanídeos pesados, sua oferta acompanha de perto a produção geral de terras raras.

Processo de obtenção

A separação do gadolínio segue a rota usual dos lantanídeos, por extração por solventes e troca iônica a partir de concentrados minerais, com exigência de pureza elevada quando o destino é a fabricação de compostos de uso médico. A conversão em metal ocorre por redução em plantas metalúrgicas especializadas, e a maior parte do consumo se dá na forma de óxido e de compostos de coordenação.

Aplicações

A aplicação mais conhecida está na medicina diagnóstica: complexos de gadolínio, nos quais o íon é firmemente aprisionado por moléculas orgânicas, alteram o comportamento magnético da água nos tecidos e realçam o contraste das imagens de ressonância magnética, tornando visíveis tumores, inflamações e alterações vasculares. Um dos isótopos do elemento absorve nêutrons melhor que qualquer outro nuclídeo estável conhecido, o que o leva a barras de controle e a sistemas de segurança de reatores. O oxissulfeto de gadolínio converte raios X em luz visível em detectores de tomografia e radiografia digital, e ligas do metal figuram entre os materiais estudados para refrigeradores magnéticos sem gases de efeito estufa.

Importância biológica

O gadolínio não tem função biológica e o íon livre é tóxico, sobretudo porque seu raio é próximo ao do cálcio e ele bloqueia canais iônicos das membranas celulares. Nos agentes de contraste, o metal circula preso a moléculas que impedem sua liberação e é eliminado pelos rins, arranjo que viabiliza o uso clínico com segurança na grande maioria dos pacientes.

Riscos e precauções

A administração de contrastes com gadolínio a pessoas com insuficiência renal grave já foi associada à fibrose sistêmica nefrogênica, doença rara e incapacitante, o que levou à substituição de formulações menos estáveis e à triagem prévia da função renal. Estudos identificaram ainda retenção residual do elemento em tecidos após exames repetidos, tema sob acompanhamento das agências reguladoras. O exame contrastado é seguro quando indicado e conduzido por equipe qualificada, com avaliação individual de risco; em ambiente industrial, aplicam-se a ficha de informações de segurança e a supervisão de profissionais habilitados.

História da descoberta

Jean Charles Galissard de Marignac detectou o gadolínio em 1880, em Genebra, ao identificar linhas espectrais desconhecidas em frações separadas da samarskita e do didímio. Amostras mais puras foram preparadas alguns anos depois por Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, e o nome proposto por Marignac acabou consagrado.

Origem do nome

Deriva do mineral gadolinita, batizado em homenagem a Johan Gadolin, químico finlandês que analisou pela primeira vez a rocha de Ytterby, ponto de partida da descoberta de boa parte das terras raras.

Isótopos relevantes

¹⁵⁸Gd (cerca de 25%), ¹⁶⁰Gd, ¹⁵⁶Gd, ¹⁵⁷Gd e ¹⁵⁵Gd em proporções próximas.

Isótopos são átomos do mesmo elemento com quantidades diferentes de nêutrons. Eles compartilham o comportamento químico, mas diferem em massa e em estabilidade nuclear. Veja a definição no glossário.

Curiosidades

• É o único elemento fora do grupo do ferro que se comporta como ímã permanente em temperaturas próximas às do ambiente.
• Um isótopo natural de gadolínio captura nêutrons com mais eficiência que qualquer outro núcleo estável conhecido.
• O gadolínio é o único lantanídeo cujo nome homenageia um químico, e não um lugar, uma cor ou uma figura mitológica.