ગેડોલિનિયમ: વિશ્વની સૌથી ઠંડી ધાતુ

ગેડોલિનિયમ, સામયિક કોષ્ટકનું તત્વ 64.

સામયિક કોષ્ટકમાં લેન્થેનાઇડ એ એક વિશાળ કુટુંબ છે, અને તેમના રાસાયણિક ગુણધર્મો એકબીજા સાથે ખૂબ સમાન છે, તેથી તેમને અલગ કરવું મુશ્કેલ છે. 1789 માં, ફિનિશ રસાયણશાસ્ત્રી જ્હોન ગેડોલિને મેટલ ઓક્સાઇડ મેળવ્યું અને પ્રથમ દુર્લભ પૃથ્વી ઓક્સાઇડ શોધ્યું -યટ્રીયમ(III) ઓક્સાઇડવિશ્લેષણ દ્વારા, દુર્લભ પૃથ્વી તત્વોની શોધનો ઇતિહાસ ખોલીને. 1880 માં, સ્વીડિશ વૈજ્ઞાનિક ડેમેરિયાકે બે નવા તત્વો શોધી કાઢ્યા, જેમાંથી એક પછીથી તેની પુષ્ટિ થઈ.સમરિયમ, અને બીજાને ફ્રેન્ચ રસાયણશાસ્ત્રી ડેબુવા બોડેલેન્ડ દ્વારા શુદ્ધ કર્યા પછી સત્તાવાર રીતે નવા તત્વ, ગેડોલિનિયમ તરીકે ઓળખવામાં આવ્યું હતું.

ગેડોલિનિયમ તત્વ સિલિકોન બેરિલિયમ ગેડોલિનિયમ ઓરમાંથી ઉદ્ભવે છે, જે સસ્તું છે, પોતમાં નરમ છે, નરમતામાં સારું છે, ઓરડાના તાપમાને ચુંબકીય છે અને પ્રમાણમાં સક્રિય દુર્લભ પૃથ્વી તત્વ છે. તે શુષ્ક હવામાં પ્રમાણમાં સ્થિર હોય છે, પરંતુ ભેજમાં તેની ચમક ગુમાવે છે, સફેદ ઓક્સાઇડની જેમ છૂટક અને સહેલાઈથી અલગ પડી ગયેલા ફ્લેક બનાવે છે. જ્યારે હવામાં સળગાવવામાં આવે છે, ત્યારે તે સફેદ ઓક્સાઇડ પેદા કરી શકે છે. ગેડોલિનિયમ પાણી સાથે ધીમે ધીમે પ્રતિક્રિયા આપે છે અને રંગહીન ક્ષાર બનાવવા માટે એસિડમાં ઓગળી શકે છે. તેના રાસાયણિક ગુણધર્મો અન્ય લેન્થેનાઇડ જેવા જ છે, પરંતુ તેના ઓપ્ટિકલ અને ચુંબકીય ગુણધર્મો થોડા અલગ છે. ગેડોલિનિયમ એ ઓરડાના તાપમાને પેરામેગ્નેટિઝમ છે અને ઠંડક પછી ફેરોમેગ્નેટિક છે. તેની લાક્ષણિકતાઓનો ઉપયોગ કાયમી ચુંબકને સુધારવા માટે કરી શકાય છે.

ગેડોલિનિયમના પેરામેગ્નેટિઝમનો ઉપયોગ કરીને, ઉત્પાદિત ગેડોલિનિયમ એજન્ટ NMR માટે સારો કોન્ટ્રાસ્ટ એજન્ટ બની ગયો છે. ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ ટેક્નોલોજીનું સ્વ-સંશોધન શરૂ કરવામાં આવ્યું છે, અને તેને સંબંધિત 6 નોબેલ પારિતોષિકો આપવામાં આવ્યા છે. ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ મુખ્યત્વે અણુ ન્યુક્લીની સ્પિન ગતિને કારણે થાય છે, અને વિવિધ અણુ ન્યુક્લીની સ્પિન ગતિ બદલાય છે. વિવિધ માળખાકીય વાતાવરણમાં વિવિધ એટેન્યુએશન દ્વારા ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના આધારે, આ ઑબ્જેક્ટ બનાવે છે તે અણુ ન્યુક્લીની સ્થિતિ અને પ્રકાર નક્કી કરી શકાય છે, અને ઑબ્જેક્ટની આંતરિક માળખાકીય છબી દોરી શકાય છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રની ક્રિયા હેઠળ, ન્યુક્લિયર મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ ટેક્નોલોજીનો સંકેત પાણીમાં હાઇડ્રોજન ન્યુક્લી જેવા ચોક્કસ અણુ ન્યુક્લીના સ્પિનમાંથી આવે છે. જો કે, આ સ્પિન સક્ષમ ન્યુક્લીઓને ચુંબકીય રેઝોનન્સના RF ક્ષેત્રમાં ગરમ ​​કરવામાં આવે છે, જે માઇક્રોવેવ ઓવનની જેમ હોય છે, જે સામાન્ય રીતે મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ ટેક્નોલોજીના સિગ્નલને નબળા પાડે છે. ગેડોલિનિયમ આયનમાં માત્ર ખૂબ જ મજબૂત સ્પિન મેગ્નેટિક મોમેન્ટ નથી, જે અણુ ન્યુક્લિયસને સ્પિન કરવામાં મદદ કરે છે, રોગગ્રસ્ત પેશીઓની ઓળખની સંભાવનાને સુધારે છે, પણ ચમત્કારિક રીતે ઠંડુ પણ રાખે છે. જો કે, ગેડોલીનિયમમાં ચોક્કસ ઝેરીતા હોય છે, અને દવામાં, ચેલેટીંગ લિગાન્ડ્સનો ઉપયોગ ગેડોલીનિયમ આયનોને માનવ પેશીઓમાં પ્રવેશતા અટકાવવા માટે કરવામાં આવે છે.

ગેડોલિનિયમમાં ઓરડાના તાપમાને મજબૂત મેગ્નેટોકેલોરિક અસર હોય છે, અને તેનું તાપમાન ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા સાથે બદલાય છે, જે એક રસપ્રદ એપ્લિકેશન લાવે છે - ચુંબકીય રેફ્રિજરેશન. રેફ્રિજરેશન પ્રક્રિયા દરમિયાન, ચુંબકીય દ્વિધ્રુવના અભિગમને કારણે, ચુંબકીય સામગ્રી ચોક્કસ બાહ્ય ચુંબકીય ક્ષેત્ર હેઠળ ગરમ થશે. જ્યારે ચુંબકીય ક્ષેત્ર દૂર કરવામાં આવે છે અને ઇન્સ્યુલેટેડ થાય છે, ત્યારે સામગ્રીનું તાપમાન ઘટે છે. આ પ્રકારની ચુંબકીય ઠંડક ફ્રીઓન જેવા રેફ્રિજન્ટનો ઉપયોગ ઘટાડી શકે છે અને ઝડપથી ઠંડુ થઈ શકે છે. હાલમાં, વિશ્વ આ ક્ષેત્રમાં ગેડોલિનિયમ અને તેના એલોયનો ઉપયોગ વિકસાવવા અને નાના અને કાર્યક્ષમ ચુંબકીય કૂલર બનાવવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યું છે. ગેડોલિનિયમના ઉપયોગ હેઠળ, અતિ-નીચું તાપમાન પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, તેથી ગેડોલિનિયમને "વિશ્વની સૌથી ઠંડી ધાતુ" તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે.

ગેડોલિનિયમ આઇસોટોપ્સ Gd-155 અને Gd-157 તમામ નેચરલ આઇસોટોપ્સમાં સૌથી મોટો થર્મલ ન્યુટ્રોન શોષણ ક્રોસ સેક્શન ધરાવે છે અને પરમાણુ રિએક્ટરની સામાન્ય કામગીરીને નિયંત્રિત કરવા માટે થોડી માત્રામાં ગેડોલિનિયમનો ઉપયોગ કરી શકે છે. આમ, ગેડોલિનિયમ આધારિત લાઇટ વોટર રિએક્ટર અને ગેડોલિનિયમ કંટ્રોલ રોડનો જન્મ થયો, જે ખર્ચ ઘટાડીને પરમાણુ રિએક્ટરની સલામતીમાં સુધારો કરી શકે છે.

ગેડોલીનિયમમાં ઉત્તમ ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો પણ છે અને તેનો ઉપયોગ સર્કિટમાં ડાયોડની જેમ ઓપ્ટિકલ આઇસોલેટર બનાવવા માટે થઈ શકે છે, જેને પ્રકાશ ઉત્સર્જિત ડાયોડ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. આ પ્રકારનો પ્રકાશ-ઉત્સર્જન કરનાર ડાયોડ માત્ર પ્રકાશને એક દિશામાં જ પસાર થવા દેતો નથી, પરંતુ ઓપ્ટિકલ ફાઈબરમાં પડઘાના પ્રતિબિંબને પણ અવરોધે છે, જે ઓપ્ટિકલ સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશનની શુદ્ધતા સુનિશ્ચિત કરે છે અને પ્રકાશ તરંગોની પ્રસારણ કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે. ઓપ્ટિકલ આઇસોલેટર બનાવવા માટે ગેડોલિનિયમ ગેલિયમ ગાર્નેટ શ્રેષ્ઠ સબસ્ટ્રેટ સામગ્રીઓમાંની એક છે.