Gadolinium, element 64 i det periodiske system.
Lanthanid i det periodiske systemet er en stor familie, og deres kjemiske egenskaper er veldig like hverandre, så det er vanskelig å skille dem. I 1789 skaffet den finske kjemikeren John Gadolin et metalloksid og oppdaget det første sjeldne jordartsoksidet -Yttrium(III)oksidgjennom analyse, åpner oppdagelseshistorien til sjeldne jordartselementer. I 1880 oppdaget den svenske forskeren Demerak to nye elementer, hvorav det ene senere ble bekreftet å væresamarium, og den andre ble offisielt identifisert som et nytt grunnstoff, gadolinium, etter å ha blitt renset av den franske kjemikeren Debuwa Bodeland.
Gadoliniumelement stammer fra silisiumberylliumgadoliniummalm, som er billig, myk i tekstur, god i duktilitet, magnetisk ved romtemperatur, og er et relativt aktivt sjeldne jordartselementer. Den er relativt stabil i tørr luft, men mister glansen i fuktighet, og danner løse og lett løsnede flak som hvite oksider. Når den brennes i luft, kan den generere hvite oksider. Gadolinium reagerer sakte med vann og kan oppløses i syre og danne fargeløse salter. Dens kjemiske egenskaper er svært lik andre Lanthanide, men dens optiske og magnetiske egenskaper er litt forskjellige. Gadolinium er paramagnetisme ved romtemperatur og ferromagnetisk etter avkjøling. Dens egenskaper kan brukes til å forbedre permanente magneter.
Ved å bruke paramagnetismen til gadolinium har det produserte gadoliniummidlet blitt et godt kontrastmiddel for NMR. Selvforskningen av kjernemagnetisk resonansavbildningsteknologi er igangsatt, og det har vært 6 nobelpriser knyttet til det. Kjernemagnetisk resonans er hovedsakelig forårsaket av spinnbevegelsen til atomkjerner, og spinnbevegelsen til forskjellige atomkjerner varierer. Basert på de elektromagnetiske bølgene som sendes ut av ulik dempning i ulike strukturelle miljøer, kan posisjonen og typen av atomkjerner som utgjør dette objektet bestemmes, og det indre strukturelle bildet av objektet kan tegnes. Under påvirkning av et magnetfelt kommer signalet fra kjernemagnetisk resonansavbildningsteknologi fra spinn av visse atomkjerner, for eksempel hydrogenkjerner i vann. Imidlertid varmes disse kjernene i stand til å spinne opp i RF-feltet for magnetisk resonans, lik en mikrobølgeovn, som typisk svekker signalet til magnetisk resonansavbildningsteknologi. Gadoliniumion har ikke bare et veldig sterkt spinnmagnetisk moment, som hjelper spinn av atomkjernen, forbedrer gjenkjennelsessannsynligheten for sykt vev, men holder seg også på mirakuløst vis. Imidlertid har gadolinium en viss toksisitet, og i medisin brukes chelaterende ligander til å kapsle inn gadoliniumioner for å hindre dem i å komme inn i menneskelig vev.
Gadolinium har en sterk magnetokalorisk effekt ved romtemperatur, og temperaturen varierer med intensiteten til magnetfeltet, noe som gir en interessant applikasjon - magnetisk kjøling. Under kjøleprosessen, på grunn av orienteringen til den magnetiske dipolen, vil det magnetiske materialet varmes opp under et visst eksternt magnetfelt. Når magnetfeltet fjernes og isoleres, synker materialtemperaturen. Denne typen magnetisk kjøling kan redusere bruken av kjølemidler som Freon og avkjøles raskt. For tiden prøver verden å utvikle bruken av gadolinium og dets legeringer på dette feltet, og produsere en liten og effektiv magnetisk kjøler. Ved bruk av gadolinium kan ultralave temperaturer oppnås, så gadolinium er også kjent som det "kaldeste metallet i verden".
Gadolinium isotoper Gd-155 og Gd-157 har det største termiske nøytronabsorpsjonstverrsnittet blant alle naturlige isotoper, og kan bruke en liten mengde gadolinium for å kontrollere normal drift av atomreaktorer. Dermed ble gadoliniumbaserte lettvannsreaktorer og gadoliniumkontrollstaver født, som kan forbedre sikkerheten til atomreaktorer samtidig som kostnadene reduseres.
Gadolinium har også utmerkede optiske egenskaper og kan brukes til å lage optiske isolatorer, som ligner på dioder i kretser, også kjent som lysemitterende dioder. Denne typen lysemitterende diode lar ikke bare lys passere i én retning, men blokkerer også refleksjon av ekko i den optiske fiberen, noe som sikrer renheten til optisk signaloverføring og forbedrer overføringseffektiviteten til lysbølger. Gadolinium gallium granat er et av de beste substratmaterialene for å lage optiske isolatorer.
Innleggstid: Jul-06-2023