gadolinij, element 64 periodnog sustava elemenata.
Lantanoidi u periodnom sustavu velika su obitelj, a njihova su kemijska svojstva vrlo slična jedni drugima, pa ih je teško razdvojiti. Godine 1789. finski kemičar John Gadolin dobio je metalni oksid i otkrio prvi oksid rijetke zemlje -Itrijev(III) oksidkroz analizu, otvarajući povijest otkrića elemenata rijetke zemlje. Godine 1880. švedski znanstvenik Demeriak otkrio je dva nova elementa, od kojih je kasnije potvrđeno da je jedansamarij, a drugi je službeno identificiran kao novi element, gadolinij, nakon što ga je pročistio francuski kemičar Debuwa Bodeland.
Element gadolinij potječe iz rude silicij berilij gadolinija, koja je jeftina, meke teksture, dobre duktilnosti, magnetna na sobnoj temperaturi i relativno je aktivan element rijetke zemlje. Relativno je stabilan na suhom zraku, ali gubi svoj sjaj na vlažnosti, stvarajući labave i lako odvajajuće ljuskice poput bijelih oksida. Kada izgara na zraku, može stvarati bijele okside. Gadolinij sporo reagira s vodom i može se otopiti u kiselini stvarajući bezbojne soli. Njegova kemijska svojstva vrlo su slična ostalim lantanoidima, ali njegova optička i magnetska svojstva malo su drugačija. Gadolinij je paramagnetizam na sobnoj temperaturi i feromagnetičan nakon hlađenja. Njegove karakteristike mogu se koristiti za poboljšanje trajnih magneta.
Koristeći paramagnetizam gadolinija, proizvedeno gadolinijsko sredstvo postalo je dobro kontrastno sredstvo za NMR. Pokrenuto je samoistraživanje tehnologije nuklearne magnetske rezonancije, a uz to je dodijeljeno 6 Nobelovih nagrada. Nuklearna magnetska rezonancija uglavnom je uzrokovana spinskim gibanjem atomskih jezgri, a spinsko gibanje različitih atomskih jezgri varira. Na temelju elektromagnetskih valova emitiranih različitim prigušenjem u različitim strukturnim okruženjima, može se odrediti položaj i vrsta atomskih jezgri koje čine ovaj objekt, te se može nacrtati unutarnja strukturna slika objekta. Pod djelovanjem magnetskog polja, signal tehnologije nuklearne magnetske rezonancije dolazi od spina određenih atomskih jezgri, kao što su jezgre vodika u vodi. Međutim, te se jezgre sposobne vrtjeti zagrijavaju u RF polju magnetske rezonancije, slično mikrovalnoj pećnici, što obično slabi signal tehnologije magnetske rezonancije. Gadolinijev ion ne samo da ima vrlo jak Spin magnetski moment, koji pomaže vrtnju atomske jezgre, poboljšava vjerojatnost prepoznavanja bolesnog tkiva, već i čudesno održava hladnoću. Međutim, gadolinij ima određenu toksičnost, au medicini se kelirajući ligandi koriste za kapsuliranje iona gadolinija kako bi se spriječio njihov ulazak u ljudska tkiva.
Gadolinij ima snažan magnetokalorični učinak na sobnoj temperaturi, a njegova temperatura varira s intenzitetom magnetskog polja, što dovodi do zanimljive primjene - magnetskog hlađenja. Tijekom procesa hlađenja, zbog orijentacije magnetskog dipola, magnetski materijal će se zagrijavati pod određenim vanjskim magnetskim poljem. Kada se magnetsko polje ukloni i izolira, temperatura materijala se smanjuje. Ova vrsta magnetskog hlađenja može smanjiti upotrebu rashladnih sredstava kao što je freon i brzo se ohladiti. Trenutno svijet pokušava razviti primjenu gadolinija i njegovih legura u ovom području, te proizvesti mali i učinkovit magnetski hladnjak. Upotrebom gadolinija mogu se postići ultra niske temperature pa je gadolinij poznat i kao "najhladniji metal na svijetu".
Izotopi gadolinija Gd-155 i Gd-157 imaju najveći presjek apsorpcije termalnih neutrona među svim prirodnim izotopima i mogu koristiti malu količinu gadolinija za kontrolu normalnog rada nuklearnih reaktora. Tako su rođeni lakovodni reaktori na bazi gadolinija i gadolinijeva kontrolna šipka, koji mogu poboljšati sigurnost nuklearnih reaktora uz smanjenje troškova.
Gadolinij također ima izvrsna optička svojstva i može se koristiti za izradu optičkih izolatora, sličnih diodama u krugovima, također poznatih kao diode koje emitiraju svjetlost. Ova vrsta svjetleće diode ne samo da omogućuje prolaz svjetlosti u jednom smjeru, već također blokira refleksiju odjeka u optičkom vlaknu, osiguravajući čistoću prijenosa optičkog signala i poboljšavajući učinkovitost prijenosa svjetlosnih valova. Gadolinij galij granat jedan je od najboljih materijala za supstrat za izradu optičkih izolatora.
Vrijeme objave: 6. srpnja 2023