گادولینیوم: سردترین فلز در جهان

گودولین، عنصر 64 جدول تناوبی.

لانتانید در جدول تناوبی یک خانواده بزرگ است و خصوصیات شیمیایی آنها بسیار شبیه به یکدیگر است ، بنابراین جدا کردن آنها دشوار است. در سال 1789 ، شیمیدان فنلاندی جان گادولین اکسید فلزی به دست آورد و اولین اکسید زمین نادر را کشف کرد -اکسید yttrium (iii)از طریق تجزیه و تحلیل ، باز کردن تاریخ کشف عناصر نادر زمین. در سال 1880 ، دانشمند سوئدی دیمریاک دو عنصر جدید را کشف کرد که یکی از آنها بعداً تأیید شدساماریومو دیگری پس از خالص شدن توسط شیمیدان فرانسوی Debuwa Bodeland ، به طور رسمی به عنوان یک عنصر جدید ، گادولینیوم شناخته شد.

عنصر گادولینیوم از سنگ مرمر سیلیکون بریلیم گادولینیوم سرچشمه می گیرد ، که از نظر بافتی ارزان ، نرم ، در انعطاف پذیری ، مغناطیسی در دمای اتاق خوب است و یک عنصر زمین نادر نسبتاً فعال است. در هوای خشک نسبتاً پایدار است ، اما درخشش خود را در رطوبت از دست می دهد ، پوسته پوسته و به راحتی جدا شده مانند اکسیدهای سفید را تشکیل می دهد. هنگامی که در هوا سوزانده می شود ، می تواند اکسیدهای سفید ایجاد کند. گادولینیوم به آرامی با آب واکنش نشان می دهد و می تواند در اسید حل شود تا نمک های بی رنگ تشکیل شود. خصوصیات شیمیایی آن بسیار شبیه به سایر لانتانید است ، اما خصوصیات نوری و مغناطیسی آن کمی متفاوت است. گادولینیوم پارامغناطیسم در دمای اتاق و فرومغناطیسی پس از خنک کننده است. از ویژگی های آن می توان برای بهبود آهنرباهای دائمی استفاده کرد.

با استفاده از پارامغناطیسم گادولینیوم ، ماده گادولینیوم تولید شده به یک ماده کنتراست خوب برای NMR تبدیل شده است. تحقیق خود در مورد فناوری تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی هسته ای آغاز شده است ، و 6 جایزه نوبل مربوط به آن بوده است. رزونانس مغناطیسی هسته ای عمدتا با حرکت چرخش هسته های اتمی ایجاد می شود و حرکت چرخش هسته های مختلف اتمی متفاوت است. بر اساس امواج الکترومغناطیسی که توسط میرایی مختلف در محیط های مختلف ساختاری ساطع می شود ، موقعیت و نوع هسته های اتمی که این شی را تشکیل می دهند قابل تعیین است و می توان تصویر ساختاری داخلی شی را ترسیم کرد. تحت عمل یک میدان مغناطیسی ، سیگنال فناوری تصویربرداری رزونانس مغناطیسی هسته ای از چرخش هسته های اتمی خاص مانند هسته های هیدروژن موجود در آب ناشی می شود. با این حال ، این هسته های قادر به چرخش در میدان RF رزونانس مغناطیسی ، شبیه به اجاق مایکروویو گرم می شوند ، که به طور معمول سیگنال فناوری تصویربرداری رزونانس مغناطیسی را تضعیف می کند. یون گادولینیوم نه تنها یک لحظه مغناطیسی چرخش بسیار قوی دارد ، که به چرخش هسته اتمی کمک می کند ، احتمال تشخیص بافت بیمار را بهبود می بخشد ، بلکه به طرز معجزه آسایی خنک می شود. با این حال ، گادولینیوم از سمیت خاصی برخوردار است و در پزشکی از لیگاند های کلات برای محاصره یون های گادولینیوم برای جلوگیری از ورود آنها به بافتهای انسانی استفاده می شود.

گادولینیوم در دمای اتاق اثر مغناطیسی قوی دارد و دمای آن با شدت میدان مغناطیسی متفاوت است ، که یک کاربرد جالب - یخچال مغناطیسی ایجاد می کند. در طی فرآیند تبرید ، به دلیل جهت گیری قطب مغناطیسی ، مواد مغناطیسی تحت یک میدان مغناطیسی خارجی خاص گرم می شوند. هنگامی که میدان مغناطیسی برداشته و عایق بندی می شود ، دمای مواد کاهش می یابد. این نوع خنک کننده مغناطیسی می تواند استفاده از مبرد ها مانند Freon را کاهش داده و به سرعت خنک شود. در حال حاضر ، جهان در تلاش است تا کاربرد گادولینیوم و آلیاژهای آن را در این زمینه توسعه دهد و یک کولر مغناطیسی کوچک و کارآمد تولید کند. تحت استفاده از گادولینیوم ، دمای فوق العاده کم می توان به دست آورد ، بنابراین گادولینیوم به عنوان "سردترین فلز در جهان" نیز شناخته می شود.

ایزوتوپهای گادولینیوم GD-155 و GD-157 بیشترین مقطع جذب نوترون حرارتی را در بین تمام ایزوتوپهای طبیعی دارند و می توانند از مقدار کمی از گادولینیوم برای کنترل عملکرد طبیعی راکتورهای هسته ای استفاده کنند. بنابراین ، راکتورهای آب سبک مبتنی بر گادولینیوم و میله کنترل گادولینیوم متولد شدند که می تواند ضمن کاهش هزینه ها ، ایمنی راکتورهای هسته ای را بهبود بخشد.

گادولینیوم همچنین دارای خواص نوری بسیار خوبی است و می تواند برای ساخت جداکننده های نوری ، شبیه به دیودهای موجود در مدارها ، همچنین به عنوان دیودهای دارای نشر نور شناخته شود. این نوع دیود در حال انتشار نه تنها اجازه می دهد تا نور در یک جهت عبور کند ، بلکه بازتاب پژواک ها را در فیبر نوری نیز مسدود می کند و از خلوص انتقال سیگنال نوری و بهبود راندمان انتقال امواج نور اطمینان می دهد. گالیم گالیم گادولینیوم یکی از بهترین مواد بستر برای ساخت انزوات نوری است.