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]
Penampilan	putih keperakan
Gadolinium dalam tabel periodik
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
Golongan	golongan n/a
Periode	periode 6
Blok	blok-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 kelopak	2, 8, 18, 25, 9, 2
Sifat fisik
Fase pada STS (0 °C dan 101,325 kPa)	padat
Titik lebur	1585 K ​(1312 °C, ​2394 °F)
Titik didih	3273 K ​(3000 °C, ​5432 °F)
Kepadatan mendekati s.k.	7,90 g/cm3
saat cair, pada t.l.	7,4 g/cm3
Kalor peleburan	10,05 kJ/mol
Kalor penguapan	301,3 kJ/mol
Kapasitas kalor molar	37,03 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 oksidasi	0,[2] +1, +2, +3 (oksida agak basa)
Elektronegativitas	Skala Pauling: 1,20
Energi ionisasi	ke-1: 593,4 kJ/mol ke-2: 1170 kJ/mol ke-3: 1990 kJ/mol
Jari-jari atom	empiris: 180 pm
Jari-jari kovalen	196±6 pm
Lain-lain
Kelimpahan alami	primordial
Struktur kristal	​susunan padat heksagon (hcp)
Kecepatan suara batang ringan	2680 m/s (suhu 20 °C)
Ekspansi kalor	α poli: 9,4 µm/(m·K) (suhu 100 °C)
Konduktivitas termal	10,6 W/(m·K)
Resistivitas listrik	α, poli: 1,310 µΩ·m
Arah magnet	feromagnetik–transisi paramagnetik pada 293,4 K
Suseptibilitas magnetik molar	+755.000,0×10−6 cm3/mol (300,6 K)[3]
Modulus Young	bentuk α: 54,8 GPa
Modulus Shear	bentuk α: 21,8 GPa
Modulus curah	bentuk α: 37,9 GPa
Rasio Poisson	bentuk α: 0,259
Skala Vickers	510–950 MPa
Nomor CAS	7440-54-2
Sejarah
Penamaan	dari mineral Gadolinit (ia sendiri dinamai dari J. Gadolin)
Penemuan	J. Marignac (1880)
Isolasi pertama	L. 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
lihat bicara sunting | 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

Sebuah sampel logam gadolinium

Sifat fisik

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(Si_1-xGe_x)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

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

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

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 (t_1/2= 110 detik), ^145mGd (t_1/2= 85 detik) dan ^141mGd (t_1/2= 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

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

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

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

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

Penyerap neutron

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

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

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

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

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

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

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

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(Si_xGe_1−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(Si_xGe_1−x)₄, komposisi Si dan Ge dapat divariasikan untuk menyesuaikan suhu Curie.^[9]

Superkonduktor

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 (GdBa₂Cu₃O_7−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

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

Artikel utama: Agen kontras MRI dan Fibrosis sistemik nefrogenik

Gadolinium

Bahaya
Piktogram GHS
Keterangan bahaya GHS	{{{value}}}
Pernyataan bahaya GHS	H261
Langkah perlindungan GHS	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

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]