Gadolínium, prvok 64 periodickej tabuľky.
Lantanoidy v periodickej tabuľke sú veľkou rodinou a ich chemické vlastnosti sú si navzájom veľmi podobné, takže je ťažké ich oddeliť. V roku 1789 získal fínsky chemik John Gadolin oxid kovu a objavil prvý oxid vzácnych zemín -Oxid ytritýprostredníctvom analýzy otvárajúcej históriu objavovania prvkov vzácnych zemín. V roku 1880 objavil švédsky vedec Demeriak dva nové prvky, z ktorých jeden bol neskôr potvrdenýsamáriuma druhý bol oficiálne identifikovaný ako nový prvok, gadolínium, po vyčistení francúzskym chemikom Debuwom Bodelandom.
Prvok gadolínium pochádza z kremíkovej berýliovej gadolíniovej rudy, ktorá je lacná, má mäkkú textúru, dobrú ťažnosť, magnetickú pri izbovej teplote a je relatívne aktívnym prvkom vzácnych zemín. Je relatívne stabilný na suchom vzduchu, ale vo vlhkosti stráca svoj lesk a vytvára voľné a ľahko sa odlupujúce vločky ako biele oxidy. Pri spaľovaní na vzduchu môže vytvárať biele oxidy. Gadolínium pomaly reaguje s vodou a môže sa rozpúšťať v kyseline za vzniku bezfarebných solí. Jeho chemické vlastnosti sú veľmi podobné iným lantanoidom, ale jeho optické a magnetické vlastnosti sú mierne odlišné. Gadolínium je pri izbovej teplote paramagnetizmus a po ochladení je feromagnetický. Jeho vlastnosti môžu byť použité na zlepšenie permanentných magnetov.
Použitím paramagnetizmu gadolínia sa vyrobené gadolíniové činidlo stalo dobrým kontrastným činidlom pre NMR. Bol zahájený vlastný výskum technológie zobrazovania pomocou nukleárnej magnetickej rezonancie a bolo s ním spojených 6 Nobelových cien. Nukleárna magnetická rezonancia je spôsobená hlavne rotačným pohybom atómových jadier a spinový pohyb rôznych atómových jadier sa mení. Na základe elektromagnetických vĺn vyžarovaných rôznym útlmom v rôznych štrukturálnych prostrediach možno určiť polohu a typ atómových jadier, ktoré tvoria tento objekt, a nakresliť vnútorný štruktúrny obraz objektu. Pri pôsobení magnetického poľa signál technológie nukleárnej magnetickej rezonancie pochádza z rotácie určitých atómových jadier, ako sú jadrá vodíka vo vode. Tieto jadrá schopné rotácie sa však zahrievajú v RF poli magnetickej rezonancie, podobne ako v mikrovlnnej rúre, čo zvyčajne oslabuje signál technológie zobrazovania pomocou magnetickej rezonancie. Gadolíniový ión má nielen veľmi silný spinový magnetický moment, ktorý napomáha roztočeniu atómového jadra, zlepšuje pravdepodobnosť rozpoznania chorého tkaniva, ale aj zázračne udržiava chlad. Gadolínium má však určitú toxicitu a v medicíne sa chelatačné ligandy používajú na zapuzdrenie gadolíniových iónov, aby sa im zabránilo vstúpiť do ľudských tkanív.
Gadolínium má pri izbovej teplote silný magnetokalorický účinok a jeho teplota sa mení s intenzitou magnetického poľa, čo prináša zaujímavú aplikáciu - magnetické chladenie. Počas procesu chladenia sa v dôsledku orientácie magnetického dipólu magnetický materiál zahreje pod určitým vonkajším magnetickým poľom. Keď je magnetické pole odstránené a izolované, teplota materiálu klesá. Tento druh magnetického chladenia môže znížiť používanie chladív, ako je freón, a rýchlo sa ochladzovať. V súčasnosti sa svet snaží vyvinúť aplikáciu gadolínia a jeho zliatin v tejto oblasti a vyrobiť malý a účinný magnetický chladič. Pri použití gadolínia je možné dosiahnuť ultranízke teploty, preto je gadolínium známe aj ako „najchladnejší kov na svete“.
Izotopy gadolínia Gd-155 a Gd-157 majú najväčší prierez absorpcie tepelných neutrónov spomedzi všetkých prírodných izotopov a môžu použiť malé množstvo gadolínia na riadenie normálnej prevádzky jadrových reaktorov. Zrodili sa tak ľahkovodné reaktory na báze gadolínia a gadolíniová kontrolná tyč, ktoré môžu zlepšiť bezpečnosť jadrových reaktorov a zároveň znížiť náklady.
Gadolínium má tiež vynikajúce optické vlastnosti a možno z neho vyrobiť optické izolátory, podobne ako diódy v obvodoch, známe aj ako svetelné diódy. Tento typ svetelnej diódy umožňuje nielen prechod svetla jedným smerom, ale blokuje aj odraz ozveny v optickom vlákne, čím zabezpečuje čistotu prenosu optického signálu a zlepšuje účinnosť prenosu svetelných vĺn. Gadolínium gálium granát je jedným z najlepších substrátových materiálov na výrobu optických izolátorov.
Čas odoslania: júl-06-2023