ഗാഡോലിനിയം: ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും തണുത്ത ലോഹം

ഗാഡോലിനിയം, ആവർത്തനപ്പട്ടികയുടെ ഘടകം 64.

ആവർത്തനപ്പട്ടികയിലെ ലാന്തനൈഡ് ഒരു വലിയ കുടുംബമാണ്, അവയുടെ രാസ ഗുണങ്ങൾ പരസ്പരം വളരെ സാമ്യമുള്ളതാണ്, അതിനാൽ അവയെ വേർതിരിക്കുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാണ്. 1789-ൽ ഫിന്നിഷ് രസതന്ത്രജ്ഞനായ ജോൺ ഗാഡോലിൻ ഒരു ലോഹ ഓക്സൈഡ് നേടുകയും ആദ്യത്തെ അപൂർവ എർത്ത് ഓക്സൈഡ് കണ്ടെത്തുകയും ചെയ്തു.Yttrium(III) ഓക്സൈഡ്വിശകലനത്തിലൂടെ, അപൂർവ ഭൂമി മൂലകങ്ങളുടെ കണ്ടെത്തൽ ചരിത്രം തുറക്കുന്നു. 1880-ൽ സ്വീഡിഷ് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ ഡെമെറിയക് രണ്ട് പുതിയ മൂലകങ്ങൾ കണ്ടെത്തി, അവയിലൊന്ന് പിന്നീട് സ്ഥിരീകരിച്ചു.സമരിയം, മറ്റൊന്ന് ഫ്രഞ്ച് രസതന്ത്രജ്ഞനായ ഡെബുവ ബോഡെലാൻഡ് ശുദ്ധീകരിച്ചതിന് ശേഷം ഗാഡോലിനിയം എന്ന പുതിയ മൂലകമായി ഔദ്യോഗികമായി തിരിച്ചറിഞ്ഞു.

ഗാഡോലിനിയം മൂലകം ഉത്ഭവിക്കുന്നത് സിലിക്കൺ ബെറിലിയം ഗാഡോലിനിയം അയിരിൽ നിന്നാണ്, ഇത് വിലകുറഞ്ഞതും മൃദുവായതും ഡക്‌റ്റിലിറ്റിയിൽ നല്ലതും ഊഷ്മാവിൽ കാന്തികവുമാണ്, താരതമ്യേന സജീവമായ അപൂർവ ഭൂമി മൂലകമാണ്. വരണ്ട വായുവിൽ ഇത് താരതമ്യേന സ്ഥിരതയുള്ളതാണ്, പക്ഷേ ഈർപ്പത്തിൽ അതിൻ്റെ തിളക്കം നഷ്ടപ്പെടുന്നു, വെളുത്ത ഓക്സൈഡുകൾ പോലെ അയഞ്ഞതും എളുപ്പത്തിൽ വേർപെടുത്തിയതുമായ അടരുകളായി മാറുന്നു. വായുവിൽ കത്തിച്ചാൽ വെളുത്ത ഓക്സൈഡുകൾ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. ഗാഡോലിനിയം വെള്ളവുമായി സാവധാനം പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുകയും ആസിഡിൽ ലയിച്ച് നിറമില്ലാത്ത ലവണങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കുകയും ചെയ്യും. ഇതിൻ്റെ രാസ ഗുണങ്ങൾ മറ്റ് ലാന്തനൈഡുമായി വളരെ സാമ്യമുള്ളതാണ്, എന്നാൽ അതിൻ്റെ ഒപ്റ്റിക്കൽ, കാന്തിക ഗുണങ്ങൾ അല്പം വ്യത്യസ്തമാണ്. ഗാഡോലിനിയം ഊഷ്മാവിൽ പാരാമാഗ്നറ്റിസവും തണുപ്പിച്ചതിന് ശേഷം ഫെറോ മാഗ്നറ്റിസവുമാണ്. സ്ഥിരമായ കാന്തങ്ങൾ മെച്ചപ്പെടുത്താൻ അതിൻ്റെ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ ഉപയോഗിക്കാം.

ഗാഡോലിനിയത്തിൻ്റെ പരമാഗ്നറ്റിസം ഉപയോഗിച്ച്, നിർമ്മിക്കുന്ന ഗാഡോലിനിയം ഏജൻ്റ് NMR-ന് നല്ലൊരു കോൺട്രാസ്റ്റ് ഏജൻ്റായി മാറിയിരിക്കുന്നു. ന്യൂക്ലിയർ മാഗ്നറ്റിക് റെസൊണൻസ് ഇമേജിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ സ്വയം ഗവേഷണം ആരംഭിച്ചു, ഇതുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് 6 നൊബേൽ സമ്മാനങ്ങൾ ഉണ്ടായിട്ടുണ്ട്. ന്യൂക്ലിയർ മാഗ്നെറ്റിക് റെസൊണൻസ് പ്രധാനമായും ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസുകളുടെ സ്പിൻ ചലനം മൂലമാണ് ഉണ്ടാകുന്നത്, വ്യത്യസ്ത ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസുകളുടെ സ്പിൻ ചലനം വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു. വ്യത്യസ്‌ത ഘടനാപരമായ പരിതസ്ഥിതികളിൽ വ്യത്യസ്‌ത അറ്റന്യൂവേഷൻ വഴി പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഈ വസ്തുവിനെ നിർമ്മിക്കുന്ന ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസുകളുടെ സ്ഥാനവും തരവും നിർണ്ണയിക്കാനും വസ്തുവിൻ്റെ ആന്തരിക ഘടനാപരമായ ചിത്രം വരയ്ക്കാനും കഴിയും. ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിന് കീഴിൽ, ന്യൂക്ലിയർ മാഗ്നറ്റിക് റെസൊണൻസ് ഇമേജിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ സിഗ്നൽ വരുന്നത് ജലത്തിലെ ഹൈഡ്രജൻ ന്യൂക്ലിയുകൾ പോലുള്ള ചില ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസുകളുടെ സ്പിൻ വഴിയാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ഈ സ്പിൻ ശേഷിയുള്ള ന്യൂക്ലിയസുകൾ ഒരു മൈക്രോവേവ് ഓവൻ പോലെയുള്ള കാന്തിക അനുരണനത്തിൻ്റെ RF ഫീൽഡിൽ ചൂടാക്കപ്പെടുന്നു, ഇത് സാധാരണയായി മാഗ്നറ്റിക് റെസൊണൻസ് ഇമേജിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ സിഗ്നലിനെ ദുർബലപ്പെടുത്തുന്നു. ഗാഡോലിനിയം അയോണിന് വളരെ ശക്തമായ സ്പിൻ കാന്തിക നിമിഷമുണ്ട്, അത് ആറ്റോമിക് ന്യൂക്ലിയസിൻ്റെ കറക്കത്തെ സഹായിക്കുന്നു, രോഗബാധിതമായ ടിഷ്യുവിൻ്റെ തിരിച്ചറിയൽ സാധ്യത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു, മാത്രമല്ല അത്ഭുതകരമായി തണുപ്പ് നിലനിർത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഗാഡോലിനിയത്തിന് ചില വിഷാംശം ഉണ്ട്, കൂടാതെ വൈദ്യശാസ്ത്രത്തിൽ, മനുഷ്യ കോശങ്ങളിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുന്നത് തടയാൻ ഗാഡോലിനിയം അയോണുകളെ പൊതിഞ്ഞെടുക്കാൻ ചേലേറ്റിംഗ് ലിഗാൻഡുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഗാഡോലിനിയത്തിന് ഊഷ്മാവിൽ ശക്തമായ കാന്തികകലോറിക് പ്രഭാവം ഉണ്ട്, കാന്തികക്ഷേത്രത്തിൻ്റെ തീവ്രതയനുസരിച്ച് അതിൻ്റെ താപനില വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു, ഇത് രസകരമായ ഒരു ആപ്ലിക്കേഷൻ കൊണ്ടുവരുന്നു - കാന്തിക ശീതീകരണം. റഫ്രിജറേഷൻ പ്രക്രിയയിൽ, കാന്തിക ദ്വിധ്രുവത്തിൻ്റെ ഓറിയൻ്റേഷൻ കാരണം, കാന്തിക വസ്തുക്കൾ ഒരു നിശ്ചിത ബാഹ്യ കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന് കീഴിൽ ചൂടാക്കും. കാന്തികക്ഷേത്രം നീക്കം ചെയ്യപ്പെടുകയും ഇൻസുലേറ്റ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, ഭൗതിക താപനില കുറയുന്നു. ഇത്തരത്തിലുള്ള കാന്തിക ശീതീകരണത്തിന് ഫ്രിയോൺ പോലുള്ള റഫ്രിജറൻ്റുകളുടെ ഉപയോഗം കുറയ്ക്കാനും വേഗത്തിൽ തണുപ്പിക്കാനും കഴിയും. നിലവിൽ, ഈ മേഖലയിൽ ഗാഡോലിനിയത്തിൻ്റെയും അതിൻ്റെ അലോയ്കളുടെയും പ്രയോഗം വികസിപ്പിക്കാനും ചെറുതും കാര്യക്ഷമവുമായ കാന്തിക കൂളർ നിർമ്മിക്കാനും ലോകം ശ്രമിക്കുന്നു. ഗാഡോലിനിയത്തിൻ്റെ ഉപയോഗത്തിന് കീഴിൽ, വളരെ കുറഞ്ഞ താപനില കൈവരിക്കാൻ കഴിയും, അതിനാൽ ഗാഡോലിനിയം "ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും തണുത്ത ലോഹം" എന്നും അറിയപ്പെടുന്നു.

ഗാഡോലിനിയം ഐസോടോപ്പുകൾ Gd-155 ഉം Gd-157 ഉം എല്ലാ പ്രകൃതി ഐസോടോപ്പുകളിലും ഏറ്റവും വലിയ താപ ന്യൂട്രോൺ അബ്സോർപ്ഷൻ ക്രോസ് സെക്ഷനുണ്ട്, കൂടാതെ ന്യൂക്ലിയർ റിയാക്ടറുകളുടെ സാധാരണ പ്രവർത്തനം നിയന്ത്രിക്കാൻ ചെറിയ അളവിൽ ഗാഡോലിനിയം ഉപയോഗിക്കാം. അങ്ങനെ, ഗഡോലിനിയം അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ലൈറ്റ് വാട്ടർ റിയാക്ടറുകളും ഗാഡോലിനിയം കൺട്രോൾ വടിയും പിറന്നു, ഇത് ചെലവ് കുറയ്ക്കുന്നതിനൊപ്പം ആണവ റിയാക്ടറുകളുടെ സുരക്ഷ മെച്ചപ്പെടുത്തും.

ഗാഡോലിനിയത്തിന് മികച്ച ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗുണങ്ങളുണ്ട്, കൂടാതെ സർക്യൂട്ടുകളിലെ ഡയോഡുകൾക്ക് സമാനമായ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഐസൊലേറ്ററുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഇത് ഉപയോഗിക്കാം, ഇത് ലൈറ്റ് എമിറ്റിംഗ് ഡയോഡുകൾ എന്നും അറിയപ്പെടുന്നു. ഇത്തരത്തിലുള്ള ലൈറ്റ് എമിറ്റിംഗ് ഡയോഡ് പ്രകാശത്തെ ഒരു ദിശയിലേക്ക് കടക്കാൻ അനുവദിക്കുക മാത്രമല്ല, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറിലെ പ്രതിധ്വനികളുടെ പ്രതിഫലനത്തെ തടയുകയും ഒപ്റ്റിക്കൽ സിഗ്നൽ സംപ്രേഷണത്തിൻ്റെ പരിശുദ്ധി ഉറപ്പാക്കുകയും പ്രകാശ തരംഗങ്ങളുടെ പ്രക്ഷേപണ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ഒപ്റ്റിക്കൽ ഐസൊലേറ്ററുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള ഏറ്റവും മികച്ച സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് മെറ്റീരിയലുകളിൽ ഒന്നാണ് ഗാഡോലിനിയം ഗാലിയം ഗാർനെറ്റ്.