გადოლინიუმი: ყველაზე ცივი ლითონი მსოფლიოში

გადოლინიუმი, პერიოდული ცხრილის 64 ელემენტი.

პერიოდულ სისტემაში ლანთანიდები დიდი ოჯახია და მათი ქიმიური თვისებები ძალიან ჰგავს ერთმანეთს, ამიტომ ძნელია მათი გამოყოფა. 1789 წელს ფინელმა ქიმიკოსმა ჯონ გადოლინმა მიიღო ლითონის ოქსიდი და აღმოაჩინა პირველი იშვიათი დედამიწის ოქსიდი -იტრიუმის (III) ოქსიდიანალიზის საშუალებით, იშვიათი დედამიწის ელემენტების აღმოჩენის ისტორიის გახსნით. 1880 წელს შვედმა მეცნიერმა დემერიაკმა აღმოაჩინა ორი ახალი ელემენტი, რომელთაგან ერთი მოგვიანებით დადასტურდა.სამარიუმი, ხოლო მეორე ოფიციალურად იქნა იდენტიფიცირებული, როგორც ახალი ელემენტი, გადოლინიუმი, ფრანგი ქიმიკოსის დებუვა ბოდელენდის მიერ გაწმენდის შემდეგ.

გადოლინიუმის ელემენტი წარმოიქმნება სილიციუმის ბერილიუმის გადოლინიუმის საბადოდან, რომელიც არის იაფი, რბილი ტექსტურით, კარგი დრეკადობით, მაგნიტური ოთახის ტემპერატურაზე და შედარებით აქტიური იშვიათი დედამიწის ელემენტია. ის შედარებით სტაბილურია მშრალ ჰაერში, მაგრამ კარგავს თავის ბზინვარებას ტენიანობისას, წარმოქმნის ფხვიერ და ადვილად მოწყვეტილ ფიფქებს, როგორც თეთრი ოქსიდები. ჰაერში წვისას მას შეუძლია თეთრი ოქსიდების წარმოქმნა. გადოლინიუმი ნელა რეაგირებს წყალთან და შეიძლება დაითხოვოს მჟავაში უფერო მარილების წარმოქმნით. მისი ქიმიური თვისებები ძალიან ჰგავს სხვა ლანთანიდს, მაგრამ მისი ოპტიკური და მაგნიტური თვისებები ოდნავ განსხვავებულია. გადოლინიუმი ოთახის ტემპერატურაზე პარამაგნიტურია და გაგრილების შემდეგ ფერომაგნიტური. მისი მახასიათებლები შეიძლება გამოყენებულ იქნას მუდმივი მაგნიტების გასაუმჯობესებლად.

გადოლინიუმის პარამაგნიტიზმის გამოყენებით, წარმოებული გადოლინიუმის აგენტი გახდა კარგი კონტრასტული აგენტი NMR-სთვის. დაიწყო ბირთვული მაგნიტურ-რეზონანსული გამოსახულების ტექნოლოგიის თვითგამოკვლევა და მასთან დაკავშირებული 6 ნობელის პრემია. ბირთვული მაგნიტური რეზონანსი ძირითადად გამოწვეულია ატომური ბირთვების სპინური მოძრაობით, ხოლო სხვადასხვა ატომის ბირთვების სპინური მოძრაობა იცვლება. სხვადასხვა სტრუქტურულ გარემოში სხვადასხვა შესუსტებით გამოსხივებული ელექტრომაგნიტური ტალღების საფუძველზე, შეიძლება განისაზღვროს ატომური ბირთვების პოზიცია და ტიპი, რომლებიც ქმნიან ამ ობიექტს და შეიძლება დახატოთ ობიექტის შიდა სტრუქტურული გამოსახულება. მაგნიტური ველის მოქმედებით, ბირთვული მაგნიტურ-რეზონანსული გამოსახულების ტექნოლოგიის სიგნალი მოდის გარკვეული ატომის ბირთვების ტრიალიდან, როგორიცაა წყალბადის ბირთვები წყალში. თუმცა, ტრიალის უნარის მქონე ეს ბირთვები თბება მაგნიტური რეზონანსის RF ველში, მიკროტალღური ღუმელის მსგავსი, რაც, როგორც წესი, ასუსტებს მაგნიტურ-რეზონანსული გამოსახულების ტექნოლოგიის სიგნალს. გადოლინიუმის იონს არა მხოლოდ აქვს ძალიან ძლიერი სპინის მაგნიტური მომენტი, რომელიც ხელს უწყობს ატომის ბირთვის ტრიალს, აუმჯობესებს დაავადებული ქსოვილის ამოცნობის ალბათობას, არამედ სასწაულებრივად ინარჩუნებს სიგრილეს. თუმცა, გადოლინიუმს აქვს გარკვეული ტოქსიკურობა და მედიცინაში, ქელატაციური ლიგანდები გამოიყენება გადოლინიუმის იონების ინკაფსულაციისთვის, რათა თავიდან აიცილონ ისინი ადამიანის ქსოვილებში.

გადოლინიუმს აქვს ძლიერი მაგნიტოკალორიული ეფექტი ოთახის ტემპერატურაზე და მისი ტემპერატურა იცვლება მაგნიტური ველის ინტენსივობით, რაც იწვევს საინტერესო აპლიკაციას - მაგნიტურ გაგრილებას. გაგრილების პროცესში, მაგნიტური დიპოლის ორიენტაციის გამო, მაგნიტური მასალა გაცხელდება გარკვეული გარე მაგნიტური ველის ქვეშ. როდესაც მაგნიტური ველი ამოღებულია და იზოლირებულია, მასალის ტემპერატურა მცირდება. ამ სახის მაგნიტურ გაგრილებას შეუძლია შეამციროს გამაგრილებლების გამოყენება, როგორიცაა ფრეონი და სწრაფად გაცივდეს. ამჟამად, მსოფლიო ცდილობს განავითაროს გადოლინიუმის და მისი შენადნობების გამოყენება ამ სფეროში და აწარმოოს პატარა და ეფექტური მაგნიტური ქულერი. გადოლინიუმის გამოყენებისას შესაძლებელია ულტრა დაბალი ტემპერატურის მიღწევა, ამიტომ გადოლინიუმი ასევე ცნობილია როგორც "ყველაზე ცივი ლითონი მსოფლიოში".

გადოლინიუმის იზოტოპებს Gd-155 და Gd-157 აქვთ ყველაზე დიდი თერმული ნეიტრონის შთანთქმის ჯვარი ყველა ბუნებრივ იზოტოპებს შორის და შეუძლიათ გამოიყენონ გადოლინიუმის მცირე რაოდენობა ბირთვული რეაქტორების ნორმალური მუშაობის გასაკონტროლებლად. ამრიგად, გადოლინიუმზე დაფუძნებული მსუბუქი წყლის რეაქტორები და გადოლინიუმის საკონტროლო ჯოხი დაიბადა, რომელსაც შეუძლია გააუმჯობესოს ბირთვული რეაქტორების უსაფრთხოება და შეამციროს ხარჯები.

გადოლინიუმს ასევე აქვს შესანიშნავი ოპტიკური თვისებები და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ოპტიკური იზოლატორების დასამზადებლად, დიოდების მსგავსი სქემებში, ასევე ცნობილი როგორც სინათლის დიოდები. ამ ტიპის სინათლის დიოდი არა მხოლოდ საშუალებას აძლევს სინათლეს გაიაროს ერთი მიმართულებით, არამედ ბლოკავს ექოს ასახვას ოპტიკურ ბოჭკოში, რაც უზრუნველყოფს ოპტიკური სიგნალის გადაცემის სისუფთავეს და აუმჯობესებს სინათლის ტალღების გადაცემის ეფექტურობას. გადოლინიუმის გალიუმის ბროწეული არის ერთ-ერთი საუკეთესო სუბსტრატის მასალა ოპტიკური იზოლატორების დასამზადებლად.