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Gadolínio – Propriedades – Preço – Aplicações – Produção

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Sobre o Gadolínio

O gadolínio pertence a um elemento de terras raras (é um de um conjunto de dezessete elementos químicos na tabela periódica). Na indústria nuclear, o gadolínio é comumente usado como absorvedor de nêutrons devido à seção transversal de absorção de nêutrons muito alta de dois isótopos 155Gd e 157Gd. De fato, suas seções transversais de absorção são as mais altas entre todos os isótopos estáveis.

Resumo

Elemento Gadolínio
Número atômico 64
Categoria do elemento Metal de terras raras
Fase em STP Sólido
Densidade 7,901 g/cm3
Resistência à tração 170 MPa
Força de rendimento 160 MPa
Módulo de elasticidade de Young 54,8 GPa
Escala de Mohs N/D
Dureza Brinell N/D
Dureza Vickers 570 MPa
Ponto de fusão 1313 °C
Ponto de ebulição 3000 °C
Condutividade térmica 11 W/mK
Coeficiente de Expansão Térmica 9,4 µm/mK
Calor específico 0,23 J/gK
Calor de fusão 10,05 kJ/mol
Calor da vaporização 359,4 kJ/mol
Resistividade elétrica [nanoOhm meter] 1310
Suscetibilidade Magnética +755000e-6 cm3/mol


Aplicações do Gadolínio

O gadolínio possui propriedades metalúrgicas incomuns, na medida em que apenas 1% de gadolínio pode melhorar significativamente a trabalhabilidade e a resistência à oxidação em altas temperaturas de ferro, cromo e metais relacionados. O gadolínio como metal ou sal absorve nêutrons e, portanto, é usado às vezes para blindagem em radiografia de nêutrons e em reatores nucleares. O gadolínio é amplamente utilizado como absorvedor queimável, que é comumente usado em combustível fresco para compensar um excesso de reatividade do núcleo do reator. Entre todos os elementos estáveis ​​conhecidos, o gadolínio tem a maior seção de captura de nêutrons térmicos (49000 celeiros). O óxido de cobre e bário gadolínio (GdBCO) foi pesquisado por suas propriedades supercondutoras com aplicações em motores ou geradores supercondutores – por exemplo, em uma turbina eólica.


 
Aplicações de gadolínio
 

Produção e preço do Gadolínio

Os preços das matérias-primas mudam diariamente. Eles são impulsionados principalmente pela oferta, demanda e preços de energia. Em 2019, os preços do gadolínio puro estavam em torno de 1910 $/kg.

O gadolínio é produzido tanto a partir de monazita quanto de bastnäsite. Comercialmente, é recuperado da areia monazita e bastnasita por processos de extração e técnicas de troca iônica. Monazita é um minério importante para tório, lantânio e cério. É frequentemente encontrado em depósitos de placer. Índia, Madagascar e África do Sul têm grandes depósitos de areias monazíticas. Os depósitos na Índia são particularmente ricos em monazita.

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Fonte: www.luciteria.com

Propriedades mecânicas do Gadolínio

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Força do Gadolínio

Na mecânica dos materiais, a resistência de um material é sua capacidade de suportar uma carga aplicada sem falha ou deformação plástica. A resistência dos materiais considera basicamente a relação entre as cargas externas aplicadas a um material e a deformação resultante ou alteração nas dimensões do material. Ao projetar estruturas e máquinas, é importante considerar esses fatores, para que o material selecionado tenha resistência adequada para resistir às cargas ou forças aplicadas e manter sua forma original. A resistência de um material é a sua capacidade de suportar esta carga aplicada sem falha ou deformação plástica.

Para tensão de tração, a capacidade de um material ou estrutura de suportar cargas que tendem a se alongar é conhecida como resistência à tração final (UTS). O limite de escoamento ou tensão de escoamento é a propriedade do material definida como a tensão na qual um material começa a se deformar plasticamente, enquanto o ponto de escoamento é o ponto onde a deformação não linear (elástica + plástica) começa.

Veja também: Resistência dos Materiais

Resistência à tração final do Gadolínio

A resistência à tração final do Gadolínio é de 170 MPa.

Força de rendimento do Gadolínio

O limite de escoamento do Gadolínio é de 160 MPa.

Módulo de Elasticidade do Gadolínio

O módulo de elasticidade de Young do Gadolínio é de 160 MPa.

Dureza do Gadolínio

Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de suportar o recuo da superfície (deformação plástica localizada) e arranhõesO teste de dureza Brinell é um dos testes de dureza de indentação, que foi desenvolvido para testes de dureza. Nos testes Brinell, um penetrador esférico duro é forçado sob uma carga específica na superfície do metal a ser testado.

A dureza Brinell do Gadolínio é aproximadamente N/A.

O método de teste de dureza Vickers foi desenvolvido por Robert L. Smith e George E. Sandland na Vickers Ltd como uma alternativa ao método Brinell para medir a dureza dos materiais. O método de teste de dureza Vickers também pode ser usado como um método de teste de microdureza, que é usado principalmente para peças pequenas, seções finas ou trabalhos de profundidade de caixa.

A dureza Vickers do gadolínio é de aproximadamente 570 MPa.

A dureza ao risco é a medida de quão resistente uma amostra é à deformação plástica permanente devido ao atrito de um objeto pontiagudo. A escala mais comum para este teste qualitativo é a escala de Mohs, que é usada em mineralogia. A escala Mohs de dureza mineral é baseada na capacidade de uma amostra natural de mineral riscar visivelmente outro mineral.

O Gadolínio tem uma dureza de aproximadamente N/A.

Veja também: Dureza dos Materiais

Gadolínio – Estrutura Cristalina

Uma possível estrutura cristalina do Gadolínio é a estrutura hexagonal compacta.

estruturas cristalinas - FCC, BCC, HCP

Nos metais e em muitos outros sólidos, os átomos estão dispostos em arranjos regulares chamados cristais. Uma rede cristalina é um padrão repetitivo de pontos matemáticos que se estende por todo o espaço. As forças de ligação química causam essa repetição. É esse padrão repetido que controla propriedades como força, ductilidade, densidade, condutividade (propriedade de conduzir ou transmitir calor, eletricidade, etc.) e forma. Existem 14 tipos gerais de tais padrões conhecidos como reticulados de Bravais.

Veja também: Estrutura Cristalina de Materiais

Estrutura Cristalina de Gadolínio
A estrutura cristalina do gadolínio é: hexagonal compacta

Força dos Elementos

Elasticidade dos Elementos

Dureza dos Elementos

Propriedades Térmicas do Gadolínio

Gadolínio-ponto de fusão-condutividade-propriedades térmicas

Gadolínio – Ponto de Fusão e Ponto de Ebulição

O ponto de fusão do Gadolínio é 1313 °C.

O ponto de ebulição do Gadolínio é 3000 °C.

Observe que esses pontos estão associados à pressão atmosférica padrão.

Gadolínio – Condutividade Térmica

A condutividade térmica do Gadolínio é 11 W/(m·K).

As características de transferência de calor de um material sólido são medidas por uma propriedade chamada condutividade térmica, k (ou λ), medida em W/mK. É uma medida da capacidade de uma substância de transferir calor através de um material por condução. Observe que a lei de Fourier se aplica a toda matéria, independentemente de seu estado (sólido, líquido ou gasoso), portanto, também é definida para líquidos e gases.

Coeficiente de Expansão Térmica do Gadolínio

O coeficiente de expansão térmica linear do Gadolínio é de 9,4 µm/(m·K).

A expansão térmica é geralmente a tendência da matéria de mudar suas dimensões em resposta a uma mudança na temperatura. Geralmente é expresso como uma mudança fracionária no comprimento ou volume por unidade de mudança de temperatura.

Gadolínio – Calor Específico, Calor Latente de Fusão, Calor Latente de Vaporização

O calor específico do Gadolínio é 0,23 J/g K.

A capacidade calorífica é uma propriedade extensiva da matéria, o que significa que é proporcional ao tamanho do sistema. A capacidade calorífica C tem a unidade de energia por grau ou energia por kelvin. Ao expressar o mesmo fenômeno como uma propriedade intensiva, a capacidade calorífica é dividida pela quantidade de substância, massa ou volume, portanto a quantidade é independente do tamanho ou extensão da amostra.

O calor latente de fusão do Gadolínio é 10,05 kJ/mol.

O calor latente de vaporização do Gadolínio é 359,4 kJ/mol.

Calor latente é a quantidade de calor adicionada ou removida de uma substância para produzir uma mudança de fase. Essa energia quebra as forças atrativas intermoleculares e também deve fornecer a energia necessária para expandir o gás (o pΔV trabalho). Quando o calor latente é adicionado, nenhuma mudança de temperatura ocorre. A entalpia de vaporização é uma função da pressão na qual essa transformação ocorre.

Ponto de fusão dos elementos

Tabela Periódica dos Elementos - ponto de fusão

Condutividade Térmica dos Elementos

Tabela Periódica de Elementos - condutividade térmica

Expansão Térmica dos Elementos

Tabela Periódica de Elementos - expansão térmica

Capacidade de Calor dos Elementos

Tabela Periódica de Elementos - capacidade calorífica

Calor de Fusão de Elementos

Tabela Periódica de Elementos - fusão de calor latente

Calor de Vaporização dos Elementos

Tabela Periódica de Elementos - vaporização de calor latente

Gadolínio – Resistividade Elétrica – Suscetibilidade Magnética

Gadolínio-resistividade-elétrica-suscetibilidade-magnética

A propriedade elétrica refere-se à resposta de um material a um campo elétrico aplicado. Uma das principais características dos materiais é sua capacidade (ou falta de capacidade) de conduzir corrente elétrica. De fato, os materiais são classificados por essa propriedade, ou seja, são divididos em condutores, semicondutores e não condutores.

Veja também:  Propriedades Elétricas

A propriedade magnética refere-se à resposta de um material a um campo magnético aplicado. As propriedades magnéticas macroscópicas de um material são consequência das interações entre um campo magnético externo e os momentos de dipolo magnético dos átomos constituintes. Diferentes  materiais reagem à aplicação do campo magnético de forma diferente.

Veja também: Propriedades Magnéticas

Resistividade elétrica do Gadolínio

A resistividade elétrica do Gadolínio é 1310 nΩ⋅m.

A condutividade elétrica e seu inverso, a resistividade elétrica, é uma propriedade fundamental de um material que quantifica como o gadolínio conduz o fluxo de corrente elétrica. A condutividade elétrica ou condutância específica é o recíproco da resistividade elétrica.

Suscetibilidade Magnética do Gadolínio

A suscetibilidade magnética do Gadolínio é +755000e-6 cm3/mol .

No eletromagnetismo, a suscetibilidade magnética é a medida da magnetização de uma substância. A suscetibilidade magnética é um fator de proporcionalidade adimensional que indica o grau de magnetização do gadolínio em resposta a um campo magnético aplicado.

Resistividade Elétrica dos Elementos

Tabela Periódica de Elementos - resistividade elétrica

Suscetibilidade Magnética dos Elementos

Aplicação e preços de outros elementos

Gadolínio - Comparação de Propriedades e Preços