Gadoliinium, perioodilisuse tabeli element 64.
Lantaniid perioodilisustabelis on suur perekond ja nende keemilised omadused on üksteisega väga sarnased, mistõttu on neid raske eraldada. Aastal 1789 sai Soome keemik John Gadolin metallioksiidi ja avastas esimese haruldaste muldmetallide oksiidi -Ütrium(III)oksiidanalüüsi kaudu, avades haruldaste muldmetallide elementide avastamise ajaloo. 1880. aastal avastas Rootsi teadlane Demeriak kaks uut elementi, millest ühe olemasolu kinnitati hiljemsamarium, ja teine tuvastati ametlikult uue elemendina, gadoliiniumina, pärast seda, kui Prantsuse keemik Debuwa Bodeland oli selle puhastanud.
Gadoliiniumi element pärineb räni berüllium gadoliiniumi maagist, mis on odav, pehme tekstuuriga, hea plastilisusega, toatemperatuuril magnetiline ja on suhteliselt aktiivne haruldaste muldmetallide element. Kuivas õhus on see suhteliselt stabiilne, kuid kaotab niiskuse käes läike, moodustades lahtised ja kergesti eralduvad helbed nagu valged oksiidid. Õhus põletamisel võib see tekitada valgeid oksiide. Gadoliinium reageerib aeglaselt veega ja võib lahustuda happes, moodustades värvituid sooli. Selle keemilised omadused on väga sarnased teiste lantaniididega, kuid selle optilised ja magnetilised omadused on veidi erinevad. Gadoliinium on toatemperatuuril paramagnetism ja pärast jahutamist ferromagnetiline. Selle omadusi saab kasutada püsimagnetite täiustamiseks.
Gadoliiniumi paramagnetismi kasutades on toodetud gadoliiniumi ainest saanud hea NMR kontrastaine. Algatatud on tuumamagnetresonantstomograafia tehnoloogia eneseuuringud, millega on seotud 6 Nobeli preemiat. Tuumamagnetresonantsi põhjustab peamiselt aatomituumade pöörlemisliikumine ja erinevate aatomituumade spinniliikumine on erinev. Erinevates struktuursetes keskkondades erineva sumbumisega kiirgavate elektromagnetlainete põhjal saab määrata selle objekti moodustavate aatomituumade asukoha ja tüübi ning joonistada objekti sisemise struktuuripildi. Magnetvälja toimel tuleb tuumamagnetresonantstomograafia tehnoloogia signaal teatud aatomituumade, näiteks vees olevate vesiniku tuumade pöörlemisest. Neid pöörlemisvõimelisi tuumasid kuumutatakse aga sarnaselt mikrolaineahjuga magnetresonantsi RF-väljas, mis tavaliselt nõrgendab magnetresonantstomograafia tehnoloogia signaali. Gadoliiniumioonil pole mitte ainult väga tugevat Spin-magnetmomenti, mis aitab kaasa aatomituuma pöörlemisele, parandab haige koe äratundmise tõenäosust, vaid hoiab imekombel ka jahedana. Gadoliiniumil on aga teatud toksilisus ja meditsiinis kasutatakse kelaativaid ligande gadoliiniumiioonide kapseldamiseks, et vältida nende sattumist inimese kudedesse.
Gadoliiniumil on toatemperatuuril tugev magnetokaloriline toime ja selle temperatuur varieerub sõltuvalt magnetvälja intensiivsusest, mis toob esile huvitava rakenduse – magnetjahutuse. Jahutusprotsessi ajal soojeneb magnetiline materjal magnetdipooli orientatsiooni tõttu teatud välise magnetvälja mõjul. Magnetvälja eemaldamisel ja isoleerimisel materjali temperatuur langeb. Selline magnetjahutus võib vähendada külmutusagensite, nagu freoon, kasutamist ja kiiresti jahtuda. Praegu püütakse maailmas arendada gadoliiniumi ja selle sulamite rakendust selles valdkonnas ning toota väikest ja tõhusat magnetjahutit. Gadoliiniumi kasutamisel on võimalik saavutada ülimadalaid temperatuure, mistõttu gadoliiniumi tuntakse ka kui "maailma külmimat metalli".
Gadoliiniumi isotoopidel Gd-155 ja Gd-157 on kõigi looduslike isotoopide seas suurim termilise neutronite neeldumise ristlõige ja need võivad tuumareaktorite normaalse töö kontrollimiseks kasutada väikest kogust gadoliiniumi. Nii sündisid gadoliiniumipõhised kergveereaktorid ja gadoliiniumi juhtpulk, mis võivad parandada tuumareaktorite ohutust, vähendades samal ajal kulusid.
Gadoliiniumil on ka suurepärased optilised omadused ja seda saab kasutada optiliste isolaatorite valmistamiseks, mis on sarnased ahelates olevatele dioodidele, tuntud ka kui valgusdioodid. Seda tüüpi valgusdiood ei lase valgusel läbida ainult ühes suunas, vaid blokeerib ka kaja peegeldumise optilises kius, tagades optilise signaali ülekande puhtuse ja parandades valguslainete ülekandeefektiivsust. Gadoliinium-galliumgranaat on üks parimaid substraatmaterjale optiliste isolaatorite valmistamiseks.
Postitusaeg: juuli-06-2023