釓

釓（ㄍㄚˊ）（英語：Gadolinium；舊譯錷），是一種化學元素，其化學符號為Gd，原子序數為64，原子量為7002157249000000000♠157.249 u，屬於鑭系元素，也是稀土元素之一^[3]。釓是一種銀白色金屬，具有些微延展性。釓在多數文獻中被視為輕、重稀土元素的分界點^[4][5]，從釓開始的鑭系元素在空氣中的穩定性顯著高於較輕的鑭至銪。釓在空氣中會與氧氣或水氣緩慢反應，在表面逐漸形成黑色的氧化層。釓可溶於稀酸中。作為典型的鑭系及稀土元素，釓最常見的氧化態為+3。

釓 ₆₄Gd

氫（非金屬） 氦（惰性氣體） 鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體） 鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體） 鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體） 銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體） 銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體） 鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體） － ↑ 釓 ↓ 鋦 銪 ← 釓 → 鋱
外觀
銀白色
概況
名稱·符號·序數	釓（gadolinium）·Gd·64
元素類別	鑭系元素
族·週期·區	不適用·6·f
標準原子質量	157.249(2)[1]
電子排布	[Xe] 4f7 5d1 6s2 2, 8, 18, 25, 9, 2 釓的電子層（2, 8, 18, 25, 9, 2）
歷史
發現	讓-夏爾·加利薩·德馬里尼亞（1880年）
分離	保羅·埃米爾·勒科克·德布瓦博德蘭（1886年）
物理性質
物態	固體
密度	（接近室溫） 7.90 g·cm−3
熔點時液體密度	7.4 g·cm−3
熔點	1585 K，1312 °C，2394 °F
沸點	3273 K，3000 °C，5432 °F
熔化熱	10.05 kJ·mol−1
汽化熱	301.3 kJ·mol−1
比熱容	37.03 J·mol−1·K−1
蒸氣壓（計算） 壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k 溫/K 1836 2028 2267 2573 2976 3535
原子性質
氧化態	1, 2, 3 （弱鹼性氧化物）
電負性	1.20（鮑林標度）
電離能	第一：593.4 kJ·mol−1 第二：1170 kJ·mol−1 第三：1990 kJ·mol−1
原子半徑	180 pm
共價半徑	196±6 pm
釓的原子譜線
雜項
晶體結構	六方密堆積
磁序	鐵磁性-順磁性，在293.4 K轉變
電阻率	α, poly: 1.310 µΩ·m
熱導率	10.6 W·m−1·K−1
熱膨脹係數	α poly: 9.4 µm/(m·K)
聲速（細棒）	（20 °C）2680 m·s−1
楊氏模量	α form: 54.8 GPa
剪切模量	α form: 21.8 GPa
體積模量	α form: 37.9 GPa
泊松比	α form: 0.259
維氏硬度	510–950 MPa
CAS號	7440-54-2
同位素 閱 論 編
主條目：釓的同位素 同位素 豐度 半衰期​（t1/2） 衰變 方式 能量​（MeV） 產物 148Gd 人造 86.9 年[2] 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% 穩定，帶90粒中子 155Gd 14.828% 穩定，帶91粒中子 156Gd 20.493% 穩定，帶92粒中子 157Gd 15.657% 穩定，帶93粒中子 158Gd 24.820% 穩定，帶94粒中子 160Gd 21.811% 穩定，帶96粒中子

釓在溫度低於16°C（釓的居禮點）時會變為鐵磁性，是除了鐵系元素（鐵、鈷和鎳）外唯一能在接近室溫的環境下產生鐵磁性的金屬元素，將一塊釓放入冰水中冷卻會吸附磁鐵，但回溫後釓會脫離磁鐵掉落。其他更重的鑭系元素——鋱、鏑、鈥、鉺、銩和鐿——在更低的溫度下也會呈現出鐵磁性，但其居里點要低得多。^[6]在居禮點以上的環境中，釓是最具順磁性的元素。

釓於1880年由讓-夏爾·加利薩·德馬里尼亞（英語：Jean Charles Galissard de Marignac）發現，並以其發現來源矽鈹釔礦（Gadolinite）命名，而該礦物本身是以芬蘭化學家約翰·加多林之名命名的。1886年左右，保羅·埃米爾·勒科克·德布瓦博德蘭首次分離出純釓。

由於釓化合物具有高度的順磁性，釓螯合有機錯合物被用作核磁共振成像的顯影劑。釓也被用於合金添加劑、人造石榴石和核反應爐的控制棒等。摻雜其他稀土離子的釓化合物在醫學成像等領域中用作磷光體和閃爍體。釓的高居禮溫度也使其在磁致冷（英語：Magnetic refrigeration）領域有很大的應用前景。

性質

化學性質

參見：Category:釓化合物

與較輕的稀土元素相比，金屬釓在乾燥空氣中是相對穩定的，不需要像輕稀土元素保存在充氬玻璃管中。但它在潮濕空氣中會迅速失去光澤，形成一層易脫落的氧化釓薄膜。當其脫落時，氧化會向內部進行。

4 Gd + 3 O₂ → 2 Gd₂O₃

粉末狀釓在1200℃時快速氧化為Gd₂O₃ ，在1800℃下升華形成GdO薄膜。

釓是一種強還原劑，可以將一些金屬氧化物還原至金屬形態。釓電正性強，可以和冷水緩慢反應、和熱水迅速反應，生成氫氧化釓：

2 Gd + 6 H₂O → 2 Gd(OH)₃ + 3 H₂

釓能夠迅速地和稀硫酸反應，生成無色的[Gd(H₂O)₉]³⁺水合離子：^[7]

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

釓和鹵素在約200°C反應，生成三鹵化釓：

2 Gd + 3 X₂ → 2 GdX₃

釓可以和大多數的元素直接化合，形成Gd(III)的化合物。如加熱或高溫時可以和氮氣、硫、磷、硒、碳、硅或砷反應，形成二元化合物。^[8]

化合物

在釓的大多數化合物中，其氧化態為+3。所有三鹵化釓都是已知的，它們都是白色固體（三碘化釓例外，為黃色）。常見的釓鹽除了三氯化釓之外，還有硫酸釓和硝酸釓，它們可由相應的稀酸溶解金屬或其氧化物得到。

Gd³⁺正如其它鑭系元素離子一樣，可以形成配合物，並有着高配位數。例如在絡合劑DOTA的存在下，形成八齒配位的化合物釓特酸。含[Gd(DOTA)]⁻的鹽在核磁共振成像中有着應用。一系列類似的齒合化合物也被研發出來了，例如釓雙胺、釓布醇等。

低價態的釓化合物也是已知的，特別是在固態中。鹵化釓(II)可由三鹵化釓和釓金屬在鉭制容器中加熱得到。Gd₂Cl₃和GdCl可以在更高溫度（800 °C）還原得到。一氯化釓是有着類似層狀石墨結構的片狀固體。^[9]

用途

釓化合物具有高度的順磁性（paramagnetic），可作核磁共振成像的顯影劑，稱為含釓造影劑（Gadolinium-based contrast agents,GBCA）。釓對磁共振造影機的磁場有強烈反應，以釓噴酸二甲葡胺（英語：Gadopentetate dimeglumine）藥劑形式注入血管中磁共振造影會清楚顯示血液流向，精確定位內出血的位置，並由3D視覺影像觀察血液自血管何處滲出，或觀察血液何處變窄或停止，確定血管阻塞或閉鎖的部位。^[10]

其他含釓造影劑有釓特酸葡胺、釓布醇、釓麥芽糖醇、釓弗塞酸等

安全性

釓離子往往被報導具有高毒性，但是用作MRI造影劑的螯合物被認為有足夠的安全性，並被廣泛使用。釓離子在動物的毒性表現為其對鈣離子通道相關的生理過程的干擾。釓離子的半數致死劑量（LD50）約為100-200mg/kg，低劑量暴露則無慢性毒性。對齧齒類動物的毒性研究表明螯合釓（實際上溶解度更高）安全性至少為離子狀態的100倍（即增加100倍劑量的Gd-螯合物相當於自由離子的毒性）

研究表明，對於正在進行透析的腎功能不全或嚴重腎功能衰竭患者可以使用，但是也存在風險：一種罕見的嚴重副作用，稱為腎源性系統性纖維化（NSF）或腎纖維化皮膚病，已被證明與四個含釓磁共振成像造影劑有關。該病類似於硬化性粘液水腫和某些硬皮症。症狀可能在被注射造影劑後持續數月。在美國目前的指導方針是透析患者應只接受釓劑，必要時並考慮進行碘造影劑增強CT。在增強MRI上，必須進行透析。

參考文獻

1. Standard Atomic Weights: Gadolinium. CIAAW. 2024.
2. Chiera, Nadine M.; Dressler, Rugard; Sprung, Peter; Talip, Zeynep; Schumann, Dorothea. Determination of the half-life of gadolinium-148. Applied Radiation and Isotopes (Elsevier BV). 2023, 194: 110708. ISSN 0969-8043. doi:10.1016/j.apradiso.2023.110708.
3. 無機化學（第二版）下冊.高等教育出版社.龐錫濤 主編.1-2 鑭系元素的存在、製備、性質及用途. P446. ISBN 978-7-04-005387-6
4. 佘海東, 范宏瑞, 胡芳芳, 楊奎鋒, 楊占峰, 王其偉. 2018. 稀土元素在熱液中的遷移與沉澱. 岩石學報, 34(12): 3567-3581
5. 池汝安, 田君, 羅仙平, 徐志高, 何正艷. 風化殼淋積型稀土礦的基礎研究[J]. 有色金屬科學與工程, 2012, 3(4): 1-13. DOI:10.13264/j.cnki.ysjskx.2012.04.010.
6. Cullity, B. D. and Graham, C. D. (2011) Introduction to Magnetic Materials, John Wiley & Sons, ISBN 9781118211496
7. Chemical reactions of Gadolinium. Webelements. [2009-06-06]. （原始內容存檔於2021-11-04）.
8. Holleman, A. F.; Wiberg, E. (2001), Inorganic Chemistry, San Diego: Academic Press, ISBN 0-12-352651-5
9. Cotton. Advanced inorganic chemistry 6th. Wiley-India. 2007: 1128. ISBN 81-265-1338-1.
10. 看得到的化學，Theodore Gray著，大是文化 ISBN 978-986652667-1

外部連結

• 元素釓在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的介紹（英文）
• EnvironmentalChemistry.com —— 釓（英文）
• 元素釓在The Periodic Table of Videos（諾丁漢大學）的介紹（英文）
• 元素釓在Peter van der Krogt elements site的介紹（英文）
• WebElements.com – 釓（英文）