Gadolin, element 64 układu okresowego.
Lantanowce w układzie okresowym stanowią dużą rodzinę, a ich właściwości chemiczne są do siebie bardzo podobne, dlatego trudno je rozdzielić. W 1789 roku fiński chemik John Gadolin uzyskał tlenek metalu i odkrył pierwszy tlenek pierwiastka ziem rzadkich -Tlenek itru(III).poprzez analizę otwierającą historię odkryć pierwiastków ziem rzadkich. W 1880 roku szwedzki naukowiec Demeriak odkrył dwa nowe pierwiastki, z których później potwierdzono, że jeden jestsamar, a drugi został oficjalnie zidentyfikowany jako nowy pierwiastek, gadolin, po oczyszczeniu przez francuską chemiczkę Debuwę Bodeland.
Pierwiastek gadolinowy pochodzi z rudy krzemowo-berylowo-gadolinowej, która jest tania, ma miękką konsystencję, dobrą ciągliwość, jest magnetyczna w temperaturze pokojowej i jest stosunkowo aktywnym pierwiastkiem ziem rzadkich. Jest stosunkowo stabilny w suchym powietrzu, ale traci połysk pod wpływem wilgoci, tworząc luźne i łatwo oddzielające się płatki przypominające białe tlenki. Podczas spalania na powietrzu może wytwarzać białe tlenki. Gadolin powoli reaguje z wodą i może rozpuścić się w kwasie, tworząc bezbarwne sole. Jego właściwości chemiczne są bardzo podobne do innych lantanowców, ale jego właściwości optyczne i magnetyczne są nieco inne. Gadolin jest paramagnetykiem w temperaturze pokojowej i ferromagnetykiem po ochłodzeniu. Jego właściwości można wykorzystać do ulepszenia magnesów trwałych.
Wykorzystując paramagnetyzm gadolinu, wytworzony środek gadolinowy stał się dobrym środkiem kontrastowym dla NMR. Rozpoczęto samodzielne badania technologii obrazowania metodą rezonansu magnetycznego, za co przyznano 6 Nagród Nobla. Jądrowy rezonans magnetyczny jest powodowany głównie przez ruch spinowy jąder atomowych, przy czym ruch spinowy różnych jąder atomowych jest zmienny. Na podstawie fal elektromagnetycznych emitowanych w wyniku różnego tłumienia w różnych środowiskach strukturalnych można określić położenie i rodzaj jąder atomowych tworzących ten obiekt oraz narysować wewnętrzny obraz strukturalny obiektu. Pod wpływem pola magnetycznego sygnał stosowany w technologii obrazowania jądrowego rezonansu magnetycznego pochodzi ze spinu niektórych jąder atomowych, takich jak jądra wodoru w wodzie. Jednakże te jądra zdolne do wirowania są podgrzewane w polu RF rezonansu magnetycznego, podobnie jak w kuchence mikrofalowej, co zazwyczaj osłabia sygnał technologii obrazowania rezonansu magnetycznego. Jon gadolinu ma nie tylko bardzo silny moment magnetyczny Spin, który wspomaga wirowanie jądra atomowego, poprawia prawdopodobieństwo rozpoznania chorej tkanki, ale także w cudowny sposób utrzymuje chłód. Jednakże gadolin ma pewną toksyczność, a w medycynie ligandy chelatujące stosuje się do kapsułkowania jonów gadolinu, aby zapobiec przedostawaniu się ich do tkanek ludzkich.
Gadolin w temperaturze pokojowej ma silne działanie magnetokaloryczne, a jego temperatura zmienia się wraz z natężeniem pola magnetycznego, co stwarza ciekawe zastosowanie – chłodzenie magnetyczne. Podczas procesu chłodzenia, ze względu na orientację dipola magnetycznego, materiał magnetyczny nagrzewa się pod wpływem określonego zewnętrznego pola magnetycznego. Po usunięciu i zaizolowaniu pola magnetycznego temperatura materiału spada. Ten rodzaj chłodzenia magnetycznego może zmniejszyć zużycie czynników chłodniczych, takich jak freon, i szybko się ochłodzić. Obecnie na świecie trwają próby wykorzystania gadolinu i jego stopów w tej dziedzinie oraz wyprodukowanie małej i wydajnej chłodnicy magnetycznej. Dzięki zastosowaniu gadolinu można osiągnąć bardzo niskie temperatury, dlatego gadolin jest również znany jako „najzimniejszy metal na świecie”.
Izotopy gadolinu Gd-155 i Gd-157 mają największy przekrój poprzeczny absorpcji neutronów termicznych spośród wszystkich naturalnych izotopów i mogą wykorzystywać niewielką ilość gadolinu do kontrolowania normalnej pracy reaktorów jądrowych. W ten sposób narodziły się reaktory lekkowodne na bazie gadolinu i pręt kontrolny gadolinu, które mogą poprawić bezpieczeństwo reaktorów jądrowych przy jednoczesnej redukcji kosztów.
Gadolin ma również doskonałe właściwości optyczne i może być stosowany do wytwarzania izolatorów optycznych, podobnych do diod w obwodach, zwanych również diodami elektroluminescencyjnymi. Tego typu diody elektroluminescencyjne nie tylko umożliwiają przepływ światła w jednym kierunku, ale także blokują odbicie echa w światłowodzie, zapewniając czystość transmisji sygnału optycznego i poprawiając skuteczność transmisji fal świetlnych. Granat gadolinowo-galowy jest jednym z najlepszych materiałów podłoża do produkcji izolatorów optycznych.
Czas publikacji: 6 lipca 2023 r