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ELM Élément n° 64 sur 118

Gadolinium (Gd)

Le gadolinium se distingue par sa forte capacité à absorber les neutrons et par ses propriétés magnétiques. Ces caractéristiques expliquent ses usages dans certains réacteurs, matériaux et produits d’imagerie médicale.

Par Claire Delmas · Mis à jour le

Fiche d’identité du gadolinium

Numéro atomique (Z)
64
Symbole
Gd
Masse atomique
157,249 u
Masse molaire
157,249 g/mol
Famille
Lanthanides
Période · groupe · bloc
6 · aucun (bloc f) · f
Configuration électronique
[Xe] 6s² 4f⁷ 5d¹
État à 20 °C
solide
Température de fusion
1 312,85 °C (1 586 K)
Température d’ébullition
3 272,85 °C (3 546 K)
Masse volumique
7,9 g/cm³
Électronégativité (Pauling)
1,2
Rayon atomique (van der Waals)
237 pm
1re énergie d’ionisation
6,15 eV
Affinité électronique
non mesuré
États d’oxydation
+3
Découverte
1880, par Jean Charles Galissard de Marignac
Nom tiré de
Johan Gadolin
Abondance dans l’eau de mer
7 × 10⁻⁷ mg/L
Numéro CAS
7440-54-2
Gadolinium : période 6, ligne des lanthanides, famille des lanthanides.
Gd
Électrons par couche : 2 · 8 · 18 · 25 · 9 · 2

Le gadolinium est un métal argenté de la famille des terres rares. Dans la nature, il est mêlé à d’autres lanthanides dans des minerais, plutôt que présent sous forme de métal pur. Sa chimie est dominée par l’état d’oxydation +3, tandis que ses propriétés magnétiques et sa capacité à capturer les neutrons lui donnent plusieurs applications techniques.

Dans quels minerais trouve-t-on le gadolinium ?

Le gadolinium est principalement associé à la monazite et à la bastnäsite, des minerais qui contiennent aussi d’autres terres rares. La gadolinite, malgré son nom, n’est pas une source exploitable importante : elle ne renferme que des traces de gadolinium, précise l’Institut UTINAM du CNRS. Cette distinction aide à comprendre pourquoi l’extraction ne consiste pas simplement à récupérer un minerai composé de gadolinium.

Après l’extraction du minerai, les éléments sont séparés par des procédés chimiques, notamment l’échange d’ions et l’extraction par solvant. Ces étapes sont nécessaires parce que les lanthanides ont des propriétés chimiques très proches. Le gadolinium métallique peut ensuite être obtenu à partir d’un composé purifié. Comme les autres éléments de cette famille, il appartient aux lanthanides du tableau périodique.

Pourquoi capte-t-il les neutrons ?

Le gadolinium absorbe très efficacement les neutrons thermiques, c’est-à-dire les neutrons ralentis présents dans certains dispositifs nucléaires. Cette propriété permet d’employer des matériaux qui en contiennent dans des applications de contrôle ou de détection des neutrons. La fiche du Jefferson Lab signale notamment son utilisation dans des barres de contrôle de réacteurs.

Cette capacité dépend en partie des isotopes présents. Le gadolinium naturel comporte plusieurs isotopes stables, dont le gadolinium-155 et le gadolinium-157, particulièrement efficaces pour capturer les neutrons. Ils ne constituent toutefois qu’une partie du mélange naturel. Le comportement d’un matériau contenant du gadolinium dépend donc de sa composition isotopique et de l’application visée.

Quels usages tirent parti de ses propriétés magnétiques ?

Les ions gadolinium possèdent des propriétés magnétiques marquées. Certains composés de gadolinium sont employés comme agents de contraste en imagerie par résonance magnétique (IRM) : ils modifient le signal magnétique de tissus et peuvent aider à distinguer certaines structures sur les images. En pratique médicale, l’élément est administré sous forme de composé, et non de métal pur. L’Institut UTINAM décrit notamment l’emploi de complexes de gadolinium en IRM.

Le métal et ses composés ont aussi des applications matérielles. Des grenats associant gadolinium et yttrium sont utilisés dans des technologies de micro-ondes. Des composés ont servi de luminophores, des substances qui émettent de la lumière après excitation, dans des écrans de télévision couleur. Selon le tableau périodique de la Royal Society of Chemistry, le gadolinium peut également améliorer certaines propriétés d’alliages de fer ou de chrome, notamment leur aptitude au travail et leur résistance à l’oxydation à haute température.

D’où vient son nom ?

Le chimiste suisse Jean Charles Galissard de Marignac a identifié le gadolinium en 1880 grâce à l’analyse spectroscopique de minéraux. Le nom rend hommage à Johan Gadolin, chimiste et géologue finlandais associé à l’étude des terres rares. La Royal Society of Chemistry distingue cette identification de 1880 de l’isolement ultérieur de l’oxyde pur par Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran, qui a fixé le nom de l’élément.

Le gadolinium illustre ainsi un trait fréquent des terres rares : un élément peut être identifié dans un mélange minéral bien avant que sa séparation et sa production sous une forme pure soient maîtrisées.

Isotopes naturels du gadolinium

IsotopeMasse (u)Abondance naturelleStabilité
¹⁵²Gd151,9197995(18)0,2 %radioactif
¹⁵⁴Gd153,9208741(17)2,18 %stable
¹⁵⁵Gd154,9226305(17)14,8 %stable
¹⁵⁶Gd155,9221312(17)20,47 %stable
¹⁵⁷Gd156,9239686(17)15,65 %stable
¹⁵⁸Gd157,9241123(17)24,84 %stable
¹⁶⁰Gd159,9270624(18)21,86 %radioactif

56 isotopes du gadolinium sont connus, dont 5 stables. Données : NIST et AMDC (AIEA), via PubChem.

Questions fréquentes

Quelle est la masse molaire du gadolinium ?

La masse molaire du gadolinium est de 157,249 g/mol, d’après la masse atomique standard de 157,249 u retenue par l’IUPAC (CIAAW). Une mole d’atomes de gadolinium pèse donc environ 157,249 grammes.

Quel est le numéro atomique du gadolinium ?

Le numéro atomique du gadolinium est 64 : son noyau compte 64 protons, et l’atome neutre autant d’électrons. Son symbole chimique est Gd.

Quelle est la configuration électronique du gadolinium ?

La configuration électronique du gadolinium est [Xe] 6s² 4f⁷ 5d¹, soit 2, 8, 18, 25, 9, 2 électrons répartis de la première à la dernière couche. Le gadolinium appartient au bloc f du tableau périodique.

Le gadolinium est-il présent dans l’eau de mer ?

Le gadolinium peut exister à l’état de traces dans des milieux naturels, mais il n’est pas extrait de l’eau de mer comme source habituelle. La valeur « 0 mg/L » de la fiche d’identité correspond à une abondance arrondie à cette précision, et non à une affirmation qu’aucun atome ne peut être détecté.

Le gadolinium est-il un métal magnétique ?

Oui. Le gadolinium métallique possède des propriétés magnétiques particulières, et ses ions présentent également un comportement magnétique marqué. Les usages dépendent toutefois de la forme chimique : le métal, un alliage et un composé de gadolinium n’ont pas les mêmes propriétés ni les mêmes applications.

Le gadolinium est-il dangereux pour la santé ?

Le risque dépend de la forme chimique et de la voie d’exposition. Le métal pur n’est pas équivalent aux complexes conçus pour l’imagerie médicale. Les produits de contraste à base de gadolinium sont administrés dans un cadre médical, après évaluation de leur pertinence et des facteurs propres au patient ; ils ne doivent pas être manipulés ou consommés comme des produits courants.

Sources des données

Valeurs relevées le 3 octobre 2026. Températures et masses volumiques à pression atmosphérique ; une valeur « non mesuré » n’est pas connue expérimentalement.