ग्याडोलिनियम: संसारको सबैभन्दा चिसो धातु

ग्याडोलिनियम, आवधिक तालिकाको तत्व 64।

आवधिक तालिकामा ल्यान्थानाइड एक ठूलो परिवार हो, र तिनीहरूको रासायनिक गुणहरू एकअर्कासँग धेरै समान छन्, त्यसैले तिनीहरूलाई अलग गर्न गाह्रो छ। 1789 मा, फिनिश रसायनशास्त्री जोन गाडोलिनले धातु अक्साइड प्राप्त गरे र पहिलो दुर्लभ अर्थ अक्साइड पत्ता लगाए -Yttrium(III) अक्साइडविश्लेषणको माध्यमबाट, दुर्लभ पृथ्वी तत्वहरूको खोज इतिहास खोल्दै। 1880 मा, स्विडेनी वैज्ञानिक डेमेरियाकले दुई नयाँ तत्वहरू पत्ता लगाए, जसमध्ये एउटा पछि पुष्टि भयो।samarium, र अर्को आधिकारिक रूपमा फ्रान्सेली रसायनज्ञ डेबुवा बोडेल्याण्ड द्वारा शुद्ध गरिसकेपछि नयाँ तत्व, ग्याडोलिनियमको रूपमा पहिचान गरिएको थियो।

ग्याडोलिनियम तत्व सिलिकन बेरिलियम ग्याडोलिनियम अयस्कबाट उत्पन्न हुन्छ, जुन सस्तो, बनावटमा नरम, लचकतामा राम्रो, कोठाको तापक्रममा चुम्बकीय, र अपेक्षाकृत सक्रिय दुर्लभ पृथ्वी तत्व हो। यो सुख्खा हावामा अपेक्षाकृत स्थिर हुन्छ, तर आर्द्रतामा यसको चमक गुमाउँछ, सेतो अक्साइड जस्तै ढीलो र सजिलैसँग छुट्याइएको फ्लेक बनाउँछ। हावामा जलाउँदा, यसले सेतो अक्साइडहरू उत्पन्न गर्न सक्छ। ग्याडोलिनियमले पानीसँग बिस्तारै प्रतिक्रिया गर्छ र रंगहीन लवण बनाउन एसिडमा विघटन गर्न सक्छ। यसको रासायनिक गुणहरू अन्य ल्यान्थानाइडसँग धेरै मिल्दोजुल्दो छन्, तर यसको अप्टिकल र चुम्बकीय गुणहरू अलि फरक छन्। ग्याडोलिनियम भनेको कोठाको तापक्रममा पराचुम्बकत्व र चिसो भएपछि फेरोम्याग्नेटिक हो। यसको विशेषताहरू स्थायी चुम्बकहरू सुधार गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।

ग्याडोलिनियमको प्यारामैग्नेटिज्म प्रयोग गरेर, उत्पादन गरिएको ग्याडोलिनियम एजेन्ट NMR को लागि राम्रो कन्ट्रास्ट एजेन्ट भएको छ। आणविक चुम्बकीय अनुनाद इमेजिङ टेक्नोलोजीको आत्म अनुसन्धान सुरु गरिएको छ, र यससँग सम्बन्धित छ वटा नोबेल पुरस्कारहरू प्राप्त भएका छन्। आणविक चुम्बकीय अनुनाद मुख्यतया परमाणु नाभिक को स्पिन गति को कारण हो, र विभिन्न परमाणु केन्द्रक को स्पिन गति भिन्न हुन्छ। विभिन्न संरचनात्मक वातावरणमा विभिन्न क्षीणताद्वारा उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय तरंगहरूको आधारमा, यो वस्तु बनाउने आणविक नाभिकको स्थिति र प्रकार निर्धारण गर्न सकिन्छ, र वस्तुको आन्तरिक संरचनात्मक छवि बनाउन सकिन्छ। चुम्बकीय क्षेत्रको कार्य अन्तर्गत, आणविक चुम्बकीय अनुनाद इमेजिङ टेक्नोलोजीको संकेत पानीमा हाइड्रोजन न्यूक्ली जस्ता निश्चित परमाणु केन्द्रकहरूको स्पिनबाट आउँछ। यद्यपि, यी स्पिन सक्षम न्यूक्लीहरूलाई चुम्बकीय अनुनादको RF क्षेत्रमा तताइन्छ, माइक्रोवेभ ओभन जस्तै, जसले सामान्यतया चुम्बकीय अनुनाद इमेजिङ प्रविधिको संकेतलाई कमजोर बनाउँछ। ग्याडोलिनियम आयनसँग एक धेरै बलियो स्पिन चुम्बकीय क्षण मात्र होइन, जसले परमाणु केन्द्रकको स्पिनमा मद्दत गर्दछ, रोगग्रस्त तन्तुको पहिचान सम्भावना सुधार गर्दछ, तर चमत्कारी रूपमा चिसो पनि राख्छ। यद्यपि, ग्याडोलिनियममा निश्चित विषाक्तता छ, र औषधिमा, चेलेटिंग लिगान्डहरू ग्याडोलिनियम आयनहरूलाई मानव ऊतकहरूमा प्रवेश गर्नबाट रोक्नको लागि प्रयोग गरिन्छ।

ग्याडोलिनियमको कोठाको तापक्रममा बलियो चुम्बकीय प्रभाव हुन्छ, र यसको तापक्रम चुम्बकीय क्षेत्रको तीव्रतासँग भिन्न हुन्छ, जसले एक रोचक अनुप्रयोग - चुम्बकीय प्रशीतन ल्याउँछ। प्रशीतन प्रक्रियाको बखत, चुम्बकीय द्विध्रुवको अभिमुखीकरणको कारण, चुम्बकीय सामग्री निश्चित बाह्य चुम्बकीय क्षेत्र अन्तर्गत तातो हुनेछ। जब चुम्बकीय क्षेत्र हटाइन्छ र इन्सुलेटेड हुन्छ, सामग्रीको तापक्रम घट्छ। यस प्रकारको चुम्बकीय शीतलनले फ्रियोन जस्ता रेफ्रिजरेन्टहरूको प्रयोगलाई कम गर्न र छिटो चिसो पार्न सक्छ। हाल, विश्वले यस क्षेत्रमा ग्याडोलिनियम र यसको मिश्र धातुको प्रयोग विकास गर्न प्रयास गरिरहेको छ, र सानो र कुशल चुम्बकीय कूलर उत्पादन गर्न। ग्याडोलिनियमको प्रयोग अन्तर्गत, अति कम तापक्रम हासिल गर्न सकिन्छ, त्यसैले ग्याडोलिनियमलाई "विश्वको सबैभन्दा चिसो धातु" भनेर पनि चिनिन्छ।

ग्याडोलिनियम आइसोटोपहरू Gd-155 र Gd-157 सँग सबै प्राकृतिक आइसोटोपहरूमध्ये सबैभन्दा ठूलो थर्मल न्यूट्रोन अवशोषण क्रस सेक्शन छ, र आणविक रिएक्टरहरूको सामान्य सञ्चालन नियन्त्रण गर्न थोरै मात्रामा ग्याडोलिनियम प्रयोग गर्न सक्छ। यसरी, ग्याडोलिनियममा आधारित हल्का पानी रिएक्टरहरू र ग्याडोलिनियम कन्ट्रोल रडको जन्म भयो, जसले लागत घटाउँदै परमाणु रिएक्टरहरूको सुरक्षा सुधार गर्न सक्छ।

ग्याडोलिनियममा पनि उत्कृष्ट अप्टिकल गुणहरू छन् र अप्टिकल आइसोलेटरहरू बनाउन प्रयोग गर्न सकिन्छ, सर्किटहरूमा डायोडहरू जस्तै, जसलाई प्रकाश-उत्सर्जक डायोड पनि भनिन्छ। यस प्रकारको प्रकाश-उत्सर्जक डायोडले प्रकाशलाई एक दिशामा जान मात्र दिँदैन, तर अप्टिकल फाइबरमा प्रतिध्वनिको प्रतिबिम्ब पनि रोक्छ, अप्टिकल सिग्नल ट्रान्समिशनको शुद्धता सुनिश्चित गर्दै र प्रकाश तरंगहरूको प्रसारण दक्षतामा सुधार गर्दछ। ग्याडोलिनियम ग्यालियम गार्नेट अप्टिकल आइसोलेटरहरू बनाउनको लागि सब्सट्रेट सामग्रीहरू मध्ये एक हो।