गैडोलीनियम: विश्व की सबसे ठंडी धातु

गैडोलीनियम, आवर्त सारणी का तत्व 64।

आवर्त सारणी में लैंथेनाइड एक बड़ा परिवार है, और उनके रासायनिक गुण एक-दूसरे से बहुत मिलते-जुलते हैं, इसलिए उन्हें अलग करना मुश्किल है। 1789 में, फ़िनिश रसायनज्ञ जॉन गैडोलिन ने एक धातु ऑक्साइड प्राप्त किया और पहले दुर्लभ पृथ्वी ऑक्साइड की खोज की -येट्रियम (III) ऑक्साइडविश्लेषण के माध्यम से, दुर्लभ पृथ्वी तत्वों की खोज के इतिहास को खोलना। 1880 में स्वीडिश वैज्ञानिक डेमेरिएक ने दो नए तत्वों की खोज की, जिनमें से एक के होने की बाद में पुष्टि की गईसमैरियम, और दूसरे को फ्रांसीसी रसायनज्ञ डेबुवा बोडेलैंड द्वारा शुद्ध किए जाने के बाद आधिकारिक तौर पर एक नए तत्व, गैडोलीनियम के रूप में पहचाना गया था।

गैडोलीनियम तत्व सिलिकॉन बेरिलियम गैडोलीनियम अयस्क से उत्पन्न होता है, जो सस्ता, बनावट में नरम, लचीलापन में अच्छा, कमरे के तापमान पर चुंबकीय और अपेक्षाकृत सक्रिय दुर्लभ पृथ्वी तत्व है। यह शुष्क हवा में अपेक्षाकृत स्थिर होता है, लेकिन नमी में अपनी चमक खो देता है, जिससे सफेद ऑक्साइड की तरह ढीली और आसानी से अलग होने वाली परत बन जाती है। हवा में जलाने पर यह सफेद ऑक्साइड उत्पन्न कर सकता है। गैडोलीनियम पानी के साथ धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है और एसिड में घुलकर रंगहीन लवण बना सकता है। इसके रासायनिक गुण अन्य लैंथेनाइड के समान हैं, लेकिन इसके ऑप्टिकल और चुंबकीय गुण थोड़े भिन्न हैं। गैडोलीनियम कमरे के तापमान पर अनुचुम्बकत्व और ठंडा होने के बाद लौहचुम्बकीय होता है। इसकी विशेषताओं का उपयोग स्थायी चुम्बकों को बेहतर बनाने के लिए किया जा सकता है।

गैडोलीनियम के पैरामैग्नेटिज्म का उपयोग करके, उत्पादित गैडोलीनियम एजेंट एनएमआर के लिए एक अच्छा कंट्रास्ट एजेंट बन गया है। परमाणु चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग तकनीक का स्वयं अनुसंधान शुरू किया गया है, और इससे संबंधित 6 नोबेल पुरस्कार प्राप्त हुए 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 विभिन्न क्षीणन द्वारा उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय तरंगों के आधार पर, इस वस्तु को बनाने वाले परमाणु नाभिक की स्थिति और प्रकार निर्धारित किया जा सकता है, और वस्तु की आंतरिक संरचनात्मक छवि खींची जा सकती है। चुंबकीय क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, परमाणु चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग तकनीक का संकेत कुछ परमाणु नाभिकों के स्पिन से आता है, जैसे पानी में हाइड्रोजन नाभिक। हालाँकि, इन स्पिन सक्षम नाभिकों को माइक्रोवेव ओवन के समान चुंबकीय अनुनाद के आरएफ क्षेत्र में गर्म किया जाता है, जो आमतौर पर चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग तकनीक के सिग्नल को कमजोर करता है। गैडोलिनियम आयन में न केवल एक बहुत मजबूत स्पिन चुंबकीय क्षण होता है, जो परमाणु नाभिक के स्पिन में मदद करता है, रोगग्रस्त ऊतक की पहचान की संभावना में सुधार करता है, बल्कि चमत्कारिक रूप से ठंडा भी रखता है। हालाँकि, गैडोलीनियम में कुछ विषाक्तता होती है, और चिकित्सा में, गैडोलीनियम आयनों को मानव ऊतकों में प्रवेश करने से रोकने के लिए चेलेटिंग लिगैंड का उपयोग किया जाता है।

गैडोलिनियम का कमरे के तापमान पर एक मजबूत मैग्नेटोकलोरिक प्रभाव होता है, और इसका तापमान चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता के साथ बदलता रहता है, जो एक दिलचस्प अनुप्रयोग - चुंबकीय प्रशीतन - को सामने लाता है। प्रशीतन प्रक्रिया के दौरान, चुंबकीय द्विध्रुव के अभिविन्यास के कारण, चुंबकीय सामग्री एक निश्चित बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के तहत गर्म हो जाएगी। जब चुंबकीय क्षेत्र को हटा दिया जाता है और इन्सुलेशन किया जाता है, तो सामग्री का तापमान कम हो जाता है। इस प्रकार की चुंबकीय शीतलन से फ़्रीऑन जैसे रेफ्रिजरेंट का उपयोग कम हो सकता है और तेजी से ठंडा हो सकता है। वर्तमान में, दुनिया इस क्षेत्र में गैडोलीनियम और इसके मिश्र धातुओं के अनुप्रयोग को विकसित करने और एक छोटे और कुशल चुंबकीय कूलर का उत्पादन करने की कोशिश कर रही है। गैडोलीनियम के उपयोग के तहत, अति-निम्न तापमान प्राप्त किया जा सकता है, इसलिए गैडोलीनियम को "दुनिया की सबसे ठंडी धातु" के रूप में भी जाना जाता है।

गैडोलीनियम आइसोटोप 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 गैडोलीनियम की थोड़ी मात्रा का उपयोग कर सकते हैं। इस प्रकार, गैडोलीनियम आधारित हल्के जल रिएक्टर और गैडोलीनियम नियंत्रण रॉड का जन्म हुआ, जो लागत को कम करते हुए परमाणु रिएक्टरों की सुरक्षा में सुधार कर सकता है।

गैडोलीनियम में उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुण भी हैं और इसका उपयोग सर्किट में डायोड के समान ऑप्टिकल आइसोलेटर्स बनाने के लिए किया जा सकता है, जिन्हें प्रकाश उत्सर्जक डायोड भी कहा 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 रोकता है, ऑप्टिकल सिग्नल ट्रांसमिशन की शुद्धता सुनिश्चित करता है और प्रकाश तरंगों की ट्रांसमिशन दक्षता में सुधार करता है। गैडोलिनियम गैलियम गार्नेट ऑप्टिकल आइसोलेटर्स बनाने के लिए सर्वोत्तम सब्सट्रेट सामग्रियों में से एक है।