Gadolinio, elemento 64 della tavola periodica.
I lantanidi nella tavola periodica sono una grande famiglia e le loro proprietà chimiche sono molto simili tra loro, quindi è difficile separarli. Nel 1789, il chimico finlandese John Gadolin ottenne un ossido metallico e scoprì il primo ossido di terre rare:Ossido di ittrio (III).attraverso l'analisi, aprendo la storia della scoperta degli elementi delle terre rare. Nel 1880, lo scienziato svedese Demeriak scoprì due nuovi elementi, uno dei quali fu successivamente confermatosamario, e l'altro fu ufficialmente identificato come un nuovo elemento, il gadolinio, dopo essere stato purificato dal chimico francese Debuwa Bodeland.
L'elemento gadolinio proviene dal minerale di silicio-berillio-gadolinio, che è economico, di consistenza morbida, buona duttilità, magnetico a temperatura ambiente ed è un elemento di terre rare relativamente attivo. È relativamente stabile all'aria secca, ma perde la sua lucentezza con l'umidità, formando scaglie sciolte e facilmente staccabili come ossidi bianchi. Se bruciato all'aria può generare ossidi bianchi. Il gadolinio reagisce lentamente con l'acqua e può dissolversi in acido per formare sali incolori. Le sue proprietà chimiche sono molto simili agli altri lantanidi, ma le sue proprietà ottiche e magnetiche sono leggermente diverse. Il gadolinio è paramagnetismo a temperatura ambiente e ferromagnetico dopo il raffreddamento. Le sue caratteristiche possono essere utilizzate per migliorare i magneti permanenti.
Utilizzando il paramagnetismo del gadolinio, l'agente gadolinio prodotto è diventato un buon agente di contrasto per l'NMR. È stata avviata la ricerca interna sulla tecnologia di imaging a risonanza magnetica nucleare e ad essa sono stati assegnati 6 premi Nobel. La risonanza magnetica nucleare è causata principalmente dal movimento di rotazione dei nuclei atomici e il movimento di rotazione dei diversi nuclei atomici varia. Sulla base delle onde elettromagnetiche emesse da diversa attenuazione in diversi ambienti strutturali, è possibile determinare la posizione e il tipo di nuclei atomici che compongono questo oggetto e disegnare l'immagine strutturale interna dell'oggetto. Sotto l'azione di un campo magnetico, il segnale della tecnologia di risonanza magnetica nucleare proviene dalla rotazione di alcuni nuclei atomici, come i nuclei di idrogeno nell'acqua. Tuttavia, questi nuclei capaci di spin vengono riscaldati nel campo RF della risonanza magnetica, simile a un forno a microonde, che tipicamente indebolisce il segnale della tecnologia di imaging a risonanza magnetica. Lo ione gadolinio non solo ha un momento magnetico di spin molto forte, che aiuta la rotazione del nucleo atomico, migliora la probabilità di riconoscimento dei tessuti malati, ma si mantiene anche miracolosamente fresco. Tuttavia, il gadolinio ha una certa tossicità e in medicina i ligandi chelanti vengono utilizzati per incapsulare gli ioni di gadolinio per impedire loro di entrare nei tessuti umani.
Il gadolinio ha un forte effetto magnetocalorico a temperatura ambiente e la sua temperatura varia con l'intensità del campo magnetico, il che porta ad un'interessante applicazione: la refrigerazione magnetica. Durante il processo di refrigerazione, a causa dell'orientamento del dipolo magnetico, il materiale magnetico si riscalderà sotto un determinato campo magnetico esterno. Quando il campo magnetico viene rimosso e isolato, la temperatura del materiale diminuisce. Questo tipo di raffreddamento magnetico può ridurre l'uso di refrigeranti come il Freon e raffreddarsi rapidamente. Attualmente, il mondo sta cercando di sviluppare l'applicazione del gadolinio e delle sue leghe in questo campo e di produrre un piccolo ed efficiente raffreddatore magnetico. Utilizzando il gadolinio è possibile raggiungere temperature ultra-basse, per questo il gadolinio è anche conosciuto come il "metallo più freddo del mondo".
Gli isotopi del gadolinio Gd-155 e Gd-157 hanno la più grande sezione trasversale di assorbimento di neutroni termici tra tutti gli isotopi naturali e possono utilizzare una piccola quantità di gadolinio per controllare il normale funzionamento dei reattori nucleari. Sono nati così i reattori ad acqua leggera basati sul gadolinio e la barra di controllo del gadolinio, che possono migliorare la sicurezza dei reattori nucleari riducendone i costi.
Il gadolinio ha anche eccellenti proprietà ottiche e può essere utilizzato per realizzare isolatori ottici, simili ai diodi nei circuiti, noti anche come diodi emettitori di luce. Questo tipo di diodo emettitore di luce non solo consente alla luce di passare in una direzione, ma blocca anche la riflessione degli echi nella fibra ottica, garantendo la purezza della trasmissione del segnale ottico e migliorando l'efficienza di trasmissione delle onde luminose. Il granato di gadolinio e gallio è uno dei migliori materiali di substrato per la realizzazione di isolatori ottici.
Orario di pubblicazione: 06-lug-2023