गैडोलिनियम: दुनिया में सबसे ठंडी धातु

गैडोलीनियम, आवर्त सारणी का तत्व 64।

आवर्त सारणी में लैंथेनाइड एक बड़ा परिवार है, और उनके रासायनिक गुण एक -दूसरे के समान हैं, इसलिए उन्हें अलग करना मुश्किल है। 1789 में, फिनिश केमिस्ट जॉन गैडोलिन ने एक धातु ऑक्साइड प्राप्त किया और पहली दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड की खोज की -Yttrium (iii) ऑक्साइडविश्लेषण के माध्यम से, दुर्लभ पृथ्वी तत्वों के खोज इतिहास को खोलना। 1880 में, स्वीडिश वैज्ञानिक डेमेरिएक ने दो नए तत्वों की खोज की, जिनमें से एक को बाद में होने की पुष्टि की गई थीसमैरियम, और दूसरे को आधिकारिक तौर पर फ्रांसीसी रसायनज्ञ डेबवा बोडलैंड द्वारा शुद्ध किए जाने के बाद एक नए तत्व, गैडोलिनियम के रूप में पहचाना गया था।

गैडोलिनियम तत्व सिलिकॉन बेरिलियम गैडोलीनियम अयस्क से उत्पन्न होता है, जो सस्ता है, बनावट में नरम है, लचीलापन में अच्छा है, कमरे के तापमान पर चुंबकीय है, और एक अपेक्षाकृत सक्रिय दुर्लभ पृथ्वी तत्व है। यह सूखी हवा में अपेक्षाकृत स्थिर है, लेकिन अपनी चमक को आर्द्रता में खो देता है, जो सफेद ऑक्साइड की तरह ढीले और आसानी से अलग हो जाता है। जब हवा में जलाया जाता है, तो यह सफेद ऑक्साइड उत्पन्न कर सकता है। गैडोलिनियम धीरे -धीरे पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है और रंगहीन लवण बनाने के लिए एसिड में घुल सकता है। इसके रासायनिक गुण अन्य लैंथेनाइड के समान हैं, लेकिन इसके ऑप्टिकल और चुंबकीय गुण थोड़ा अलग हैं। ठंडा होने के बाद कमरे के तापमान और फेरोमैग्नेटिक पर गैडोलिनियम पैरामैग्नेटिज्म है। इसकी विशेषताओं का उपयोग स्थायी मैग्नेट में सुधार करने के लिए किया जा सकता है।

गैडोलिनियम के पैरामैग्नेटिज्म का उपयोग करते हुए, उत्पादित गैडोलिनियम एजेंट एनएमआर के लिए एक अच्छा कंट्रास्ट एजेंट बन गया है। परमाणु चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग प्रौद्योगिकी के स्वयं अनुसंधान शुरू किए गए हैं, और इससे संबंधित 6 नोबेल पुरस्कार हैं। परमाणु चुंबकीय अनुनाद मुख्य रूप से परमाणु नाभिक की स्पिन गति के कारण होता है, और विभिन्न परमाणु नाभिक की स्पिन गति भिन्न होती है। विभिन्न संरचनात्मक वातावरणों में अलग -अलग क्षीणन द्वारा उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय तरंगों के आधार पर, इस वस्तु को बनाने वाले परमाणु नाभिक की स्थिति और प्रकार को निर्धारित किया जा सकता है, और वस्तु की आंतरिक संरचनात्मक छवि खींची जा सकती है। एक चुंबकीय क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, परमाणु चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग तकनीक का संकेत कुछ परमाणु नाभिक के स्पिन से आता है, जैसे कि पानी में हाइड्रोजन नाभिक। हालांकि, इन स्पिन सक्षम नाभिक को एक माइक्रोवेव ओवन के समान चुंबकीय अनुनाद के आरएफ क्षेत्र में गर्म किया जाता है, जो आमतौर पर चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग प्रौद्योगिकी के संकेत को कमजोर करता है। गैडोलीनियम आयन में न केवल एक बहुत मजबूत स्पिन चुंबकीय क्षण होता है, जो परमाणु नाभिक के स्पिन को मदद करता है, रोगग्रस्त ऊतक की मान्यता की संभावना में सुधार करता है, लेकिन चमत्कारिक रूप से ठंडा भी रहता है। हालांकि, गैडोलिनियम में कुछ विषाक्तता होती है, और चिकित्सा में, मानव ऊतकों में प्रवेश करने से रोकने के लिए गैडोलिनियम आयनों को एनकैप्सुलेट करने के लिए chelating ligands का उपयोग किया जाता है।

गैडोलिनियम में कमरे के तापमान पर एक मजबूत मैग्नेटोकोलोरिक प्रभाव होता है, और इसका तापमान चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता के साथ भिन्न होता है, जो एक दिलचस्प अनुप्रयोग - चुंबकीय प्रशीतन लाता है। प्रशीतन प्रक्रिया के दौरान, चुंबकीय द्विध्रुव के उन्मुखीकरण के कारण, चुंबकीय सामग्री एक निश्चित बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के तहत गर्म हो जाएगी। जब चुंबकीय क्षेत्र को हटा दिया जाता है और अछूता होता है, तो सामग्री का तापमान कम हो जाता है। इस तरह के चुंबकीय शीतलन से रेफ्रिजरेंट के उपयोग को कम किया जा सकता है जैसे कि फ्रीओन और तेजी से ठंडा हो सकता है। वर्तमान में, दुनिया इस क्षेत्र में गैडोलिनियम और उसके मिश्र धातुओं के आवेदन को विकसित करने की कोशिश कर रही है, और एक छोटे और कुशल चुंबकीय कूलर का उत्पादन करती है। गैडोलिनियम के उपयोग के तहत, अल्ट्रा-लो तापमान प्राप्त किया जा सकता है, इसलिए गैडोलिनियम को "दुनिया में सबसे ठंडा धातु" के रूप में भी जाना जाता है।

गैडोलिनियम आइसोटोप्स जीडी -155 और जीडी -157 में सभी प्राकृतिक आइसोटोप के बीच सबसे बड़ा थर्मल न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन है, और परमाणु रिएक्टरों के सामान्य संचालन को नियंत्रित करने के लिए गैडोलिनियम की एक छोटी मात्रा का उपयोग कर सकते हैं। इस प्रकार, गैडोलिनियम आधारित लाइट वाटर रिएक्टर और गैडोलिनियम कंट्रोल रॉड का जन्म हुआ, जो लागत को कम करते हुए परमाणु रिएक्टरों की सुरक्षा में सुधार कर सकता है।

गैडोलिनियम में उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुण भी होते हैं और इसका उपयोग ऑप्टिकल आइसोलेटर बनाने के लिए किया जा सकता है, जो सर्किट में डायोड के समान है, जिसे प्रकाश उत्सर्जक डायोड के रूप में भी जाना जाता है। इस प्रकार का प्रकाश उत्सर्जक डायोड न केवल प्रकाश को एक दिशा में पारित करने की अनुमति देता है, बल्कि ऑप्टिकल फाइबर में गूँज के प्रतिबिंब को भी अवरुद्ध करता है, जिससे ऑप्टिकल सिग्नल ट्रांसमिशन की शुद्धता सुनिश्चित होती है और प्रकाश तरंगों की संचरण दक्षता में सुधार होता है। गैडोलिनियम गैलियम गार्नेट ऑप्टिकल आइसोलेटर बनाने के लिए सबसे अच्छी सब्सट्रेट सामग्री में से एक है।