الجادولينيوم: أبرد المعدن في العالم

الجادولينيوم، العنصر 64 من الجدول الدوري.

Lanthanide في الجدول الدوري هي عائلة كبيرة ، وخصائصها الكيميائية تشبه إلى حد كبير بعضها البعض ، لذلك من الصعب فصلها. في عام 1789 ، حصل الكيميائي الفنلندي جون جادولين على أكسيد معدني واكتشف أول أكسيد الأرض النادر -Yttrium (III) أكسيدمن خلال التحليل ، فتح تاريخ اكتشاف عناصر الأرض النادرة. في عام 1880 ، اكتشف العالم السويدي ديميرياك عنصرين جديدين ، تم تأكيد أحدهما لاحقًاالساماريوم، والآخر تم تحديده رسميًا كعنصر جديد ، الجادولينيوم ، بعد تنقيته من قبل الكيميائي الفرنسي Debuwa Bodeland.

ينبع عنصر الجادولينيوم من خام السيليكون البريليوم الجادولينيوم ، وهو رخيص ، ناعم في الملمس ، جيد في ليونة ، مغناطيسي في درجة حرارة الغرفة ، وهو عنصر أرض نادر نشط نسبيًا. إنه مستقر نسبيًا في الهواء الجاف ، لكنه يفقد بريقه في الرطوبة ، ويشكل تقشرًا فضفاضًا وسهل الانفصال مثل الأكاسيد البيضاء. عند حرقها في الهواء ، يمكن أن تولد أكاسيد بيضاء. يتفاعل الجادولينيوم ببطء بالماء ويمكن أن يذوب في الحمض لتشكيل أملاح عديمة اللون. تتشابه خصائصها الكيميائية إلى حد كبير مع اللانثانيد الأخرى ، لكن خصائصه البصرية والمغناطيسية مختلفة قليلاً. الجادولينيوم هو مغنطيسي في درجة حرارة الغرفة والغنطيس المغناطيسي بعد التبريد. يمكن استخدام خصائصه لتحسين المغناطيس الدائم.

باستخدام مغنطيسية gadolinium ، أصبح عامل الجادولينيوم الذي تم إنتاجه عامل تباين جيد ل NMR. بدأت البحوث الذاتية لتكنولوجيا التصوير بالرنين المغناطيسي النووي ، وكانت هناك 6 جوائز نوبل تتعلق بها. ينجم الرنين المغناطيسي النووي بشكل أساسي عن حركة الدوران للنوى الذرية ، وتختلف حركة الدوران للنوكلي الذرية المختلفة. استنادًا إلى الموجات الكهرومغناطيسية المنبعثة من التوهين المختلفة في بيئات هيكلية مختلفة ، يمكن تحديد موضع ونوع النوى الذرية التي تشكل هذا الكائن ، ويمكن رسم الصورة الهيكلية الداخلية للكائن. في ظل عمل مجال مغناطيسي ، تأتي إشارة تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي النووي من تدور من بعض النواة الذرية ، مثل نواة الهيدروجين في الماء. ومع ذلك ، يتم تسخين هذه النواة القادرة على الدوران في حقل RF من الرنين المغناطيسي ، على غرار فرن الميكروويف ، والذي يضعف عادة إشارة تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي. لا تتمتع أيون الجادولينيوم بلحظة مغناطيسية قوية للغاية ، والتي تساعد على تدور النواة الذرية ، تعمل على تحسين احتمال الاعتراف بالأنسجة المريضة ، ولكن أيضًا تبقى باردة بأعجوبة. ومع ذلك ، فإن الجادولينيوم له سمية معينة ، وفي الطب ، يتم استخدام الروابط المخللة لتغليف أيونات الجادولينيوم لمنعها من دخول الأنسجة البشرية.

الجادولينيوم له تأثير قوي مغناطيسي في درجة حرارة الغرفة ، وتختلف درجة حرارته مع شدة المجال المغناطيسي ، مما يثير تطبيقًا مثيرًا للاهتمام - التبريد المغناطيسي. أثناء عملية التبريد ، بسبب اتجاه ثنائي القطب المغناطيسي ، سوف تسخن المادة المغناطيسية تحت حقل مغناطيسي خارجي معين. عند إزالة المجال المغناطيسي وعزله ، تنخفض درجة حرارة المادة. هذا النوع من التبريد المغناطيسي يمكن أن يقلل من استخدام المبردات مثل الفريون ويبرد بسرعة. في الوقت الحاضر ، يحاول العالم تطوير تطبيق الجادولينيوم وسبائكه في هذا المجال ، وإنتاج مبرد مغناطيسي صغير وفعال. تحت استخدام الجادولينيوم ، يمكن تحقيق درجات حرارة منخفضة للغاية ، لذلك يُعرف الجادولينيوم أيضًا باسم "أبرد المعدن في العالم".

نظائر الجادولينيوم GD-155 و GD-157 لديها أكبر مقطع عرضي لامتصاص النيوترون الحراري بين جميع النظائر الطبيعية ، ويمكنهم استخدام كمية صغيرة من الجادولينيوم للتحكم في التشغيل الطبيعي للمفاعلات النووية. وهكذا ، ولدت مفاعلات المياه الخفيفة القائمة على الجادولينيوم وقضيب التحكم الجادولينيوم ، مما يمكن أن يحسن سلامة المفاعلات النووية مع تقليل التكاليف.

يحتوي الجادولينيوم أيضًا على خصائص بصرية ممتازة ويمكن استخدامها لصنع العوامل البصرية ، على غرار الثنائيات في الدوائر ، والمعروفة أيضًا باسم الثنائيات الباعثة للضوء. لا يسمح هذا النوع من الصمام الثنائي الباعز للضوء فقط بالمرور في اتجاه واحد ، ولكن أيضًا يحظر انعكاس الأصداء في الألياف البصرية ، مما يضمن نقاء انتقال الإشارة البصرية وتحسين كفاءة الإرسال في موجات الضوء. Gadolinium Gallium Garnet هي واحدة من أفضل المواد الركيزة لصنع العوامل البصرية.