Gadolinium, grundstof 64 i det periodiske system.
Lanthanider i det periodiske system er en stor familie, og deres kemiske egenskaber ligner hinanden meget, så det er svært at adskille dem. I 1789 opnåede den finske kemiker John Gadolin et metaloxid og opdagede det første sjældne jordarters oxid -Yttrium(III)oxidgennem analyse, åbner opdagelseshistorien for sjældne jordarters grundstoffer. I 1880 opdagede den svenske videnskabsmand Demerak to nye grundstoffer, hvoraf det ene senere blev bekræftet at væresamarium, og det andet blev officielt identificeret som et nyt grundstof, gadolinium, efter at være blevet renset af den franske kemiker Debuwa Bodeland.
Gadolinium grundstof stammer fra silicium beryllium gadolinium malm, som er billigt, blødt i konsistensen, godt i duktilitet, magnetisk ved stuetemperatur og er et relativt aktivt sjældent jordarters grundstof. Den er forholdsvis stabil i tør luft, men mister sin glans i fugtighed og danner løse og let løsnede flager som hvide oxider. Når det brændes i luft, kan det danne hvide oxider. Gadolinium reagerer langsomt med vand og kan opløses i syre og danne farveløse salte. Dens kemiske egenskaber er meget lig andre Lanthanide, men dens optiske og magnetiske egenskaber er lidt anderledes. Gadolinium er paramagnetisme ved stuetemperatur og ferromagnetisk efter afkøling. Dens egenskaber kan bruges til at forbedre permanente magneter.
Ved at bruge gadoliniums paramagnetisme er det producerede gadoliniummiddel blevet et godt kontrastmiddel til NMR. Selvforskningen af kernemagnetisk resonansbilledteknologi er blevet indledt, og der har været 6 Nobelpriser relateret til det. Kernemagnetisk resonans er hovedsageligt forårsaget af spin-bevægelsen af atomkerner, og spin-bevægelsen af forskellige atomkerner varierer. Baseret på de elektromagnetiske bølger, der udsendes af forskellig dæmpning i forskellige strukturelle miljøer, kan positionen og typen af atomkerner, der udgør dette objekt, bestemmes, og det indre strukturelle billede af objektet kan tegnes. Under påvirkning af et magnetfelt kommer signalet fra kernemagnetisk resonansbilledteknologi fra spin af visse atomkerner, såsom brintkerner i vand. Imidlertid opvarmes disse spin-kompatible kerner i RF-feltet af magnetisk resonans, svarende til en mikrobølgeovn, som typisk svækker signalet fra magnetisk resonansbilledteknologi. Gadolinium-ion har ikke kun et meget stærkt spin-magnetisk moment, som hjælper atomkernens spin, forbedrer genkendelsessandsynligheden for sygt væv, men holder på mirakuløst vis koldt. Gadolinium har dog en vis toksicitet, og i medicin bruges chelaterende ligander til at indkapsle gadoliniumioner for at forhindre dem i at trænge ind i menneskeligt væv.
Gadolinium har en stærk magnetokalorisk effekt ved stuetemperatur, og dens temperatur varierer med intensiteten af det magnetiske felt, hvilket bringer en interessant anvendelse op - magnetisk køling. Under køleprocessen vil det magnetiske materiale på grund af den magnetiske dipols orientering opvarmes under et bestemt eksternt magnetfelt. Når magnetfeltet fjernes og isoleres, falder materialets temperatur. Denne form for magnetisk køling kan reducere brugen af kølemidler såsom Freon og køle hurtigt ned. På nuværende tidspunkt forsøger verden at udvikle anvendelsen af gadolinium og dets legeringer på dette område og producere en lille og effektiv magnetisk køler. Ved brug af gadolinium kan der opnås ultralave temperaturer, så gadolinium er også kendt som det "koldeste metal i verden".
Gadoliniumisotoper Gd-155 og Gd-157 har det største termiske neutronabsorptionstværsnit blandt alle naturlige isotoper og kan bruge en lille mængde gadolinium til at kontrollere den normale drift af atomreaktorer. Således blev gadoliniumbaserede letvandsreaktorer og gadoliniumkontrolstang født, som kan forbedre sikkerheden ved atomreaktorer og samtidig reducere omkostningerne.
Gadolinium har også fremragende optiske egenskaber og kan bruges til at lave optiske isolatorer, der ligner dioder i kredsløb, også kendt som lysemitterende dioder. Denne type lysemitterende diode tillader ikke kun lys at passere i én retning, men blokerer også for refleksionen af ekkoer i den optiske fiber, hvilket sikrer renheden af optisk signaltransmission og forbedrer transmissionseffektiviteten af lysbølger. Gadolinium gallium granat er et af de bedste substratmaterialer til fremstilling af optiske isolatorer.
Indlægstid: Jul-06-2023