Γαδολίνιο, στοιχείο 64 του περιοδικού πίνακα.
Το λανθανίδιο στον περιοδικό πίνακα είναι μια μεγάλη οικογένεια και οι χημικές τους ιδιότητες είναι πολύ παρόμοιες μεταξύ τους, επομένως είναι δύσκολο να τις διαχωριστούν. Το 1789, ο φινλανδός χημικός John Gadolin έλαβε οξείδιο μετάλλου και ανακάλυψε το πρώτο οξείδιο της σπάνιων γαιών -Οξείδιο Yttrium (III)Μέσω της ανάλυσης, ανοίγοντας το ιστορικό ανακάλυψης των στοιχείων σπάνιων γαιών. Το 1880, ο Σουηδός επιστήμονας Demeriak ανακάλυψε δύο νέα στοιχεία, ένα από τα οποία αργότερα επιβεβαιώθηκε ότι ήτανσαμάριο, και ο άλλος αναγνωρίστηκε επισήμως ως νέο στοιχείο, το γαδολίνιο, αφού καθαρίστηκε από τον Γάλλο Χημικό Debuwa Bodeland.
Το στοιχείο γαδολινίου προέρχεται από μεταλλεύματα σιλικόν βηρυλλίου βηρυλλίου, το οποίο είναι φθηνό, μαλακό σε υφή, καλή σε ολκιμότητα, μαγνητική σε θερμοκρασία δωματίου και είναι ένα σχετικά ενεργό στοιχείο σπάνιων γαιών. Είναι σχετικά σταθερό σε ξηρό αέρα, αλλά χάνει τη λάμψη του σε υγρασία, σχηματίζοντας χαλαρά και εύκολα αποσπασμένα νιφάδες σαν λευκά οξείδια. Όταν καίγεται στον αέρα, μπορεί να παράγει λευκά οξείδια. Το γαδολίνιο αντιδρά αργά με νερό και μπορεί να διαλύεται σε οξύ για να σχηματίσει άχρωμα άλατα. Οι χημικές του ιδιότητες είναι πολύ παρόμοιες με άλλες λανθανίδιο, αλλά οι οπτικές και μαγνητικές του ιδιότητες είναι ελαφρώς διαφορετικές. Το γαδολίνιο είναι παραμαγνητισμός σε θερμοκρασία δωματίου και σιδηρομαγνητικό μετά την ψύξη. Τα χαρακτηριστικά του μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση των μόνιμων μαγνητών.
Χρησιμοποιώντας τον παραμαγνητισμό του γαδολινίου, ο παράγοντας Gadolinium που παράγεται έχει γίνει ένας καλός παράγοντας αντίθεσης για το NMR. Έχει ξεκινήσει η ερευνητική έρευνα της τεχνολογίας πυρηνικής μαγνητικής συντονισμού και υπήρξαν 6 βραβεία Νόμπελ που σχετίζονται με αυτό. Ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός προκαλείται κυρίως από την κίνηση περιστροφής των ατομικών πυρήνων και η κίνηση περιστροφής διαφορετικών ατομικών πυρήνων ποικίλλει. Με βάση τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που εκπέμπονται με διαφορετική εξασθένηση σε διαφορετικά δομικά περιβάλλοντα, η θέση και ο τύπος των ατομικών πυρήνων που συνθέτουν αυτό το αντικείμενο μπορεί να προσδιοριστεί και μπορεί να σχεδιαστεί η εσωτερική δομική εικόνα του αντικειμένου. Κάτω από τη δράση ενός μαγνητικού πεδίου, το σήμα της τεχνολογίας απεικόνισης πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού προέρχεται από την περιστροφή ορισμένων ατομικών πυρήνων, όπως πυρήνες υδρογόνου στο νερό. Ωστόσο, αυτοί οι πυρήνες που είναι ικανοί με περιστροφές θερμαίνονται στο πεδίο RF του μαγνητικού συντονισμού, παρόμοιο με ένα φούρνο μικροκυμάτων, ο οποίος συνήθως αποδυναμώνει το σήμα της τεχνολογίας απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού. Το ιόν γαδολινίου όχι μόνο έχει μια πολύ ισχυρή μαγνητική ροπή περιστροφής, η οποία βοηθά την περιστροφή του ατομικού πυρήνα, βελτιώνει την πιθανότητα αναγνώρισης του ασθενούς ιστού, αλλά και με θαυμασμό διατηρεί δροσερό. Ωστόσο, το γαδολίνιο έχει ορισμένη τοξικότητα και στην ιατρική, οι χηλικοί συνδέτες χρησιμοποιούνται για την ενσωμάτωση των ιόντων γαδολινίου για να τους εμποδίσουν να εισέλθουν σε ανθρώπινους ιστούς.
Το γαδολίνιο έχει ένα ισχυρό μαγνητορικό αποτέλεσμα σε θερμοκρασία δωματίου και η θερμοκρασία του ποικίλλει ανάλογα με την ένταση του μαγνητικού πεδίου, το οποίο φέρνει μια ενδιαφέρουσα εφαρμογή - μαγνητική ψύξη. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ψύξης, λόγω του προσανατολισμού του μαγνητικού διπόλου, το μαγνητικό υλικό θα θερμαίνεται κάτω από ένα συγκεκριμένο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Όταν το μαγνητικό πεδίο αφαιρεθεί και μονωθεί, η θερμοκρασία του υλικού μειώνεται. Αυτό το είδος μαγνητικής ψύξης μπορεί να μειώσει τη χρήση ψυκτικών μέσων όπως ο Freon και να κρυώσει γρήγορα. Προς το παρόν, ο κόσμος προσπαθεί να αναπτύξει την εφαρμογή του γαδολινίου και των κραμάτων του σε αυτόν τον τομέα και να παράγει ένα μικρό και αποτελεσματικό μαγνητικό ψυγείο. Κάτω από τη χρήση γαδολινίου, μπορούν να επιτευχθούν εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, οπότε το γαδολίνιο είναι επίσης γνωστό ως το "πιο κρύο μέταλλο στον κόσμο".
Τα ισότοπα Gadolinium GD-155 και GD-157 έχουν τη μεγαλύτερη διατομή απορρόφησης θερμικών νετρονίων μεταξύ όλων των φυσικών ισότοπων και μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια μικρή ποσότητα γαδολινίου για τον έλεγχο της κανονικής λειτουργίας των πυρηνικών αντιδραστήρων. Έτσι, γεννήθηκαν οι αντιδραστήρες ελαφρού νερού με βάση το γαδολίνιο και η ράβδο ελέγχου γαδολινίου, η οποία μπορεί να βελτιώσει την ασφάλεια των πυρηνικών αντιδραστήρων μειώνοντας ταυτόχρονα το κόστος.
Το γαδολίνιο έχει επίσης εξαιρετικές οπτικές ιδιότητες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή οπτικών απομονωτών, παρόμοιων με τις δίοδοι σε κυκλώματα, επίσης γνωστά ως δίοδοι εκπομπής φωτός. Αυτός ο τύπος δίοδος εκπομπής φωτός όχι μόνο επιτρέπει στο φως να μεταβιβάζεται προς μία κατεύθυνση, αλλά και να εμποδίζει την αντανάκλαση των ηχώ στην οπτική ίνα, εξασφαλίζοντας την καθαρότητα της μετάδοσης του οπτικού σήματος και τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας των φωτεινών κυμάτων. Το γρανίτη γαλλίου Gadolinium είναι ένα από τα καλύτερα υλικά υποστρώματος για την κατασκευή οπτικών απομονωτών.
Χρόνος δημοσίευσης: Ιουλ-06-2023