Gadolinium, element 64 van het periodiek systeem.
Lanthaniden in het periodiek systeem vormen een grote familie en hun chemische eigenschappen lijken sterk op elkaar, dus het is moeilijk om ze te scheiden. In 1789 verkreeg de Finse chemicus John Gadolin een metaaloxide en ontdekte het eerste zeldzame aardoxide:Yttrium(III)oxidedoor middel van analyse, waardoor de ontdekkingsgeschiedenis van zeldzame aardelementen wordt geopend. In 1880 ontdekte de Zweedse wetenschapper Demeriak twee nieuwe elementen, waarvan later werd bevestigd dat dit het geval wasSamarium, en de andere werd officieel geïdentificeerd als een nieuw element, gadolinium, nadat hij was gezuiverd door de Franse chemicus Debuwa Bodeland.
Het gadoliniumelement is afkomstig van siliciumberylliumgadoliniumerts, dat goedkoop is, zacht van structuur, goed ductiel, magnetisch bij kamertemperatuur en een relatief actief zeldzaam aardelement is. Het is relatief stabiel in droge lucht, maar verliest zijn glans bij vochtigheid, waardoor losse en gemakkelijk los te maken schilfers zoals witte oxiden ontstaan. Bij verbranding in de lucht kunnen witte oxiden ontstaan. Gadolinium reageert langzaam met water en kan in zuur oplossen en kleurloze zouten vormen. De chemische eigenschappen lijken sterk op die van andere lanthaniden, maar de optische en magnetische eigenschappen zijn enigszins anders. Gadolinium is paramagnetisme bij kamertemperatuur en ferromagnetisch na afkoeling. De eigenschappen ervan kunnen worden gebruikt om permanente magneten te verbeteren.
Door gebruik te maken van het paramagnetisme van gadolinium is het geproduceerde gadoliniummiddel een goed contrastmiddel voor NMR geworden. Er is een begin gemaakt met het zelfonderzoek naar de technologie voor beeldvorming met kernmagnetische resonantie, en er zijn zes Nobelprijzen aan verbonden. Kernmagnetische resonantie wordt voornamelijk veroorzaakt door de spinbeweging van atoomkernen, en de spinbeweging van verschillende atoomkernen varieert. Gebaseerd op de elektromagnetische golven die worden uitgezonden door verschillende verzwakkingen in verschillende structurele omgevingen, kan de positie en het type van de atoomkernen waaruit dit object bestaat worden bepaald, en kan het interne structurele beeld van het object worden getekend. Onder invloed van een magnetisch veld komt het signaal van nucleaire magnetische resonantie beeldvormingstechnologie voort uit de spin van bepaalde atoomkernen, zoals waterstofkernen in water. Deze kernen die voor spin geschikt zijn, worden echter verwarmd in het RF-veld van magnetische resonantie, vergelijkbaar met een magnetronoven, wat doorgaans het signaal van magnetische resonantiebeeldvormingstechnologie verzwakt. Gadolinium-ion heeft niet alleen een zeer sterk spin-magnetisch moment, dat de rotatie van de atoomkern bevordert, de herkenningskans van ziek weefsel verbetert, maar ook op wonderbaarlijke wijze koel blijft. Gadolinium heeft echter een bepaalde toxiciteit, en in de geneeskunde worden chelaatvormende liganden gebruikt om gadoliniumionen in te kapselen om te voorkomen dat ze menselijke weefsels binnendringen.
Gadolinium heeft een sterk magnetocalorisch effect bij kamertemperatuur, en de temperatuur varieert met de intensiteit van het magnetische veld, wat een interessante toepassing oplevert: magnetische koeling. Tijdens het koelproces zal het magnetische materiaal, vanwege de oriëntatie van de magnetische dipool, opwarmen onder een bepaald extern magnetisch veld. Wanneer het magnetische veld wordt verwijderd en geïsoleerd, daalt de materiaaltemperatuur. Dit soort magnetische koeling kan het gebruik van koelmiddelen zoals Freon verminderen en snel afkoelen. Momenteel probeert de wereld de toepassing van gadolinium en zijn legeringen op dit gebied te ontwikkelen en een kleine en efficiënte magnetische koeler te produceren. Door het gebruik van gadolinium kunnen ultralage temperaturen worden bereikt, daarom wordt gadolinium ook wel het "koudste metaal ter wereld" genoemd.
Gadoliniumisotopen Gd-155 en Gd-157 hebben de grootste thermische neutronenabsorptiedwarsdoorsnede van alle natuurlijke isotopen, en kunnen een kleine hoeveelheid gadolinium gebruiken om de normale werking van kernreactoren te controleren. Zo werden op gadolinium gebaseerde lichtwaterreactoren en de gadolinium-controlestaaf geboren, die de veiligheid van kernreactoren kunnen verbeteren en tegelijkertijd de kosten kunnen verlagen.
Gadolinium heeft ook uitstekende optische eigenschappen en kan worden gebruikt om optische isolatoren te maken, vergelijkbaar met diodes in circuits, ook wel lichtgevende diodes genoemd. Dit type lichtgevende diode laat niet alleen licht in één richting door, maar blokkeert ook de reflectie van echo's in de optische vezel, waardoor de zuiverheid van de optische signaaloverdracht wordt gewaarborgd en de transmissie-efficiëntie van lichtgolven wordt verbeterd. Gadolinium gallium-granaat is een van de beste substraatmaterialen voor het maken van optische isolatoren.
Posttijd: 06 juli 2023