गॅडोलिनियम: जगातील सर्वात थंड धातू

गॅडोलिनियम, नियतकालिक सारणीचे घटक 64.

नियतकालिक टेबलमधील लॅन्थेनाइड हे एक मोठे कुटुंब आहे आणि त्यांचे रासायनिक गुणधर्म एकमेकांसारखेच आहेत, म्हणून त्यांना वेगळे करणे कठीण आहे. १89 89 In मध्ये, फिनिश केमिस्ट जॉन गॅडोलिनने मेटल ऑक्साईड मिळविला आणि प्रथम दुर्मिळ पृथ्वी ऑक्साईड सापडला -Yttrium (iii) ऑक्साईडविश्लेषणाद्वारे, दुर्मिळ पृथ्वीच्या घटकांचा शोध इतिहास उघडणे. १8080० मध्ये, स्वीडिश वैज्ञानिक डेमेरियाक यांना दोन नवीन घटक सापडले, त्यातील एक नंतरची पुष्टी झालीसमरियम, आणि फ्रेंच केमिस्ट डेबूवा बोडलँडने शुद्ध केल्यानंतर, गॅडोलिनियम या नवीन घटक म्हणून अधिकृतपणे ओळखले गेले.

गॅडोलिनियम घटक सिलिकॉन बेरेलियम गॅडोलिनियम धातूपासून उद्भवतो, जो स्वस्त आहे, पोत मध्ये मऊ आहे, ड्युटिलिटीमध्ये चांगले आहे, खोलीच्या तपमानावर चुंबकीय आहे आणि तुलनेने सक्रिय दुर्मिळ पृथ्वी घटक आहे. हे कोरड्या हवेमध्ये तुलनेने स्थिर आहे, परंतु आर्द्रतेत त्याची चमक गमावते, पांढर्‍या ऑक्साईड्ससारखे सैल आणि सहजपणे स्वतंत्रपणे फ्लेक तयार करते. जेव्हा हवेमध्ये जाळले जाते तेव्हा ते पांढरे ऑक्साईड तयार करू शकते. गॅडोलिनियम पाण्याने हळूहळू प्रतिक्रिया देते आणि रंगहीन लवण तयार करण्यासाठी acid सिडमध्ये विरघळते. त्याचे रासायनिक गुणधर्म इतर लॅन्थेनाइडसारखेच आहेत, परंतु त्याचे ऑप्टिकल आणि चुंबकीय गुणधर्म थोडे वेगळे आहेत. गॅडोलिनियम खोलीच्या तपमानावर पॅरामाग्नेटिझम आहे आणि थंड झाल्यानंतर फेरोमॅग्नेटिक आहे. त्याची वैशिष्ट्ये कायम मॅग्नेट सुधारण्यासाठी वापरली जाऊ शकतात.

गॅडोलिनियमच्या पॅरामाग्नेटिझमचा वापर करून, उत्पादित गॅडोलिनियम एजंट एनएमआरसाठी एक चांगला कॉन्ट्रास्ट एजंट बनला आहे. अणु चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग तंत्रज्ञानाचे सेल्फ रिसर्च सुरू केले गेले आहे आणि त्यास संबंधित 6 नोबेल पुरस्कार आहेत. न्यूक्लियर मॅग्नेटिक रेझोनान्स प्रामुख्याने अणु न्यूक्लीच्या स्पिन मोशनमुळे होतो आणि वेगवेगळ्या अणु न्यूक्लीच्या स्पिन मोशनमध्ये बदल होतो. वेगवेगळ्या स्ट्रक्चरल वातावरणात वेगवेगळ्या क्षीणतेमुळे उत्सर्जित केलेल्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींच्या आधारे, या ऑब्जेक्ट बनवणा at ्या अणु न्यूक्लीची स्थिती आणि प्रकार निश्चित केले जाऊ शकते आणि ऑब्जेक्टची अंतर्गत स्ट्रक्चरल प्रतिमा काढली जाऊ शकते. चुंबकीय क्षेत्राच्या क्रियेअंतर्गत, अणू चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग तंत्रज्ञानाचे सिग्नल पाण्यातील हायड्रोजन न्यूक्लियसारख्या विशिष्ट अणु न्यूक्लीच्या स्पिनमधून येते. तथापि, हे स्पिन सक्षम न्यूक्लीई मॅग्नेटिक रेझोनान्सच्या आरएफ क्षेत्रात गरम केले जाते, जे मायक्रोवेव्ह ओव्हन प्रमाणेच आहे, जे सामान्यत: चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग तंत्रज्ञानाचे सिग्नल कमकुवत करते. गॅडोलिनियम आयनमध्ये केवळ एक मजबूत स्पिन चुंबकीय क्षण नाही, जो अणु न्यूक्लियसच्या फिरकीला मदत करतो, रोगग्रस्त ऊतकांची ओळख संभाव्यता सुधारतो, परंतु चमत्कारीकरित्या थंड ठेवतो. तथापि, गॅडोलिनियममध्ये काही विषाक्तपणा आहे आणि औषधात, मानवी ऊतींमध्ये प्रवेश करण्यापासून रोखण्यासाठी गॅडोलिनियम आयनला एन्केप्युलेट करण्यासाठी चेलेटिंग लिगँड्सचा वापर केला जातो.

गॅडोलिनियमचा खोलीच्या तपमानावर मजबूत मॅग्नेटोकॅलोरिक प्रभाव असतो आणि त्याचे तापमान चुंबकीय क्षेत्राच्या तीव्रतेसह बदलते, जे एक मनोरंजक अनुप्रयोग आणते - चुंबकीय रेफ्रिजरेशन. रेफ्रिजरेशन प्रक्रियेदरम्यान, चुंबकीय द्विध्रुवीयच्या अभिमुखतेमुळे, चुंबकीय सामग्री विशिष्ट बाह्य चुंबकीय क्षेत्राखाली गरम होईल. जेव्हा चुंबकीय क्षेत्र काढून टाकले जाते आणि इन्सुलेटेड होते, तेव्हा भौतिक तापमान कमी होते. या प्रकारच्या चुंबकीय शीतकरणामुळे फ्रीऑन सारख्या रेफ्रिजंटचा वापर कमी होऊ शकतो आणि वेगाने थंड होऊ शकते. सध्या, जग या क्षेत्रात गॅडोलिनियम आणि त्याच्या मिश्र धातुंचा वापर विकसित करण्याचा आणि एक लहान आणि कार्यक्षम चुंबकीय कूलर तयार करण्याचा प्रयत्न करीत आहे. गॅडोलिनियमच्या वापराखाली, अल्ट्रा-लो तापमान साध्य केले जाऊ शकते, म्हणून गॅडोलिनियमला ​​"जगातील सर्वात थंड धातू" म्हणून देखील ओळखले जाते.

गॅडोलिनियम समस्थानिक जीडी -155 आणि जीडी -157 मध्ये सर्व नैसर्गिक समस्थानिकांमधील सर्वात मोठा थर्मल न्यूट्रॉन शोषण क्रॉस सेक्शन आहे आणि अणुभट्ट्यांच्या सामान्य ऑपरेशनवर नियंत्रण ठेवण्यासाठी गॅडोलिनियमचा थोडासा वापर करू शकतो. अशाप्रकारे, गॅडोलिनियम आधारित लाइट वॉटर अणुभट्ट्या आणि गॅडोलिनियम कंट्रोल रॉडचा जन्म झाला, ज्यामुळे खर्च कमी करताना अणु अणुभट्ट्यांची सुरक्षा सुधारू शकते.

गॅडोलिनियममध्ये उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुणधर्म देखील आहेत आणि ऑप्टिकल आयसोलेटर तयार करण्यासाठी वापरले जाऊ शकतात, सर्किट्समधील डायोड्स प्रमाणेच, ज्याला लाइट-उत्सर्जक डायोड देखील म्हणतात. या प्रकारचे लाइट-उत्सर्जक डायोड केवळ प्रकाश एका दिशेने जाऊ शकत नाही, परंतु ऑप्टिकल फायबरमधील प्रतिध्वनीचे प्रतिबिंब देखील अवरोधित करते, ऑप्टिकल सिग्नल ट्रान्समिशनची शुद्धता सुनिश्चित करते आणि प्रकाश लाटाची ट्रान्समिशन कार्यक्षमता सुधारते. ऑप्टिकल आयसोलेटर बनविण्यासाठी गॅडोलिनियम गॅलियम गार्नेट ही एक उत्कृष्ट सब्सट्रेट सामग्री आहे.