Гадолиний, елемент 64 от периодичната таблица.
Лантанидите в периодичната таблица са голямо семейство и техните химични свойства са много сходни един с друг, така че е трудно да ги разделим. През 1789 г. финландският химик Джон Гадолин получава метален оксид и открива първия редкоземен оксид -Итриев(III) оксидчрез анализ, отваряйки историята на откриването на редкоземни елементи. През 1880 г. шведският учен Демериак открива два нови елемента, единият от които по-късно е потвърден катосамарий, а другият беше официално идентифициран като нов елемент, гадолиний, след като беше пречистен от френския химик Дебуа Боделанд.
Елементът гадолиний произхожда от силициева берилиева гадолиниева руда, която е евтина, мека по текстура, добра пластичност, магнитна при стайна температура и е относително активен редкоземен елемент. Той е относително стабилен на сух въздух, но губи блясъка си при влажност, образувайки рохкави и лесно отделящи се люспи като бели оксиди. При изгаряне във въздуха може да генерира бели оксиди. Гадолиний реагира бавно с вода и може да се разтвори в киселина, за да образува безцветни соли. Неговите химични свойства са много подобни на другите лантаниди, но неговите оптични и магнитни свойства са малко по-различни. Гадолиният е парамагнетизъм при стайна температура и феромагнитен след охлаждане. Неговите характеристики могат да се използват за подобряване на постоянните магнити.
Използвайки парамагнетизма на гадолиния, произведеният гадолиниев агент се превърна в добър контрастен агент за ЯМР. Започнато е самоизследването на технологията за ядрено-магнитен резонанс и има 6 Нобелови награди, свързани с това. Ядрено-магнитният резонанс се причинява главно от спиновото движение на атомните ядра, а спиновото движение на различните атомни ядра варира. Въз основа на електромагнитните вълни, излъчвани от различно затихване в различни структурни среди, може да се определи позицията и типът на атомните ядра, които изграждат този обект, и може да се начертае вътрешният структурен образ на обекта. Под действието на магнитно поле сигналът на технологията за ядрено-магнитен резонанс идва от въртенето на определени атомни ядра, като например водородните ядра във водата. Тези способни на въртене ядра обаче се нагряват в RF полето на магнитния резонанс, подобно на микровълнова фурна, което обикновено отслабва сигнала на технологията за магнитно резонансно изображение. Гадолиниевият йон не само има много силен спинов магнитен момент, който помага за въртенето на атомното ядро, подобрява вероятността за разпознаване на болна тъкан, но също така по чудодеен начин поддържа хладно. Гадолиният обаче има известна токсичност и в медицината се използват хелатиращи лиганди за капсулиране на гадолиниеви йони, за да се предотврати навлизането им в човешките тъкани.
Гадолиният има силен магнитокалоричен ефект при стайна температура и температурата му варира в зависимост от интензитета на магнитното поле, което води до интересно приложение - магнитно охлаждане. По време на процеса на охлаждане, поради ориентацията на магнитния дипол, магнитният материал ще се нагрее под определено външно магнитно поле. Когато магнитното поле се премахне и изолира, температурата на материала намалява. Този вид магнитно охлаждане може да намали употребата на хладилни агенти като фреон и да се охлади бързо. В момента светът се опитва да разработи приложението на гадолиний и неговите сплави в тази област и да произведе малък и ефективен магнитен охладител. При използването на гадолиний могат да се постигнат ултра-ниски температури, така че гадолиният е известен също като "най-студения метал в света".
Гадолиниеви изотопи Gd-155 и Gd-157 имат най-голямото напречно сечение на поглъщане на топлинни неутрони сред всички естествени изотопи и могат да използват малко количество гадолиний, за да контролират нормалната работа на ядрените реактори. Така се родиха реактори с лека вода на базата на гадолиний и контролен прът с гадолиний, които могат да подобрят безопасността на ядрените реактори, като същевременно намалят разходите.
Гадолиният също има отлични оптични свойства и може да се използва за направата на оптични изолатори, подобни на диоди във вериги, известни също като диоди, излъчващи светлина. Този тип светодиод не само позволява светлината да преминава в една посока, но също така блокира отразяването на ехото в оптичното влакно, осигурявайки чистотата на оптичното предаване на сигнала и подобрявайки ефективността на предаване на светлинните вълни. Гадолиниев галиев гранат е един от най-добрите субстратни материали за изработка на оптични изолатори.
Време на публикуване: 6 юли 2023 г