గాడోలినియం: ప్రపంచంలోనే అత్యంత శీతలమైన లోహం

గాడోలినియం, ఆవర్తన పట్టికలోని మూలకం 64.

ఆవర్తన పట్టికలోని లాంతనైడ్ ఒక పెద్ద కుటుంబం, మరియు వాటి రసాయన లక్షణాలు ఒకదానికొకటి చాలా పోలి ఉంటాయి, కాబట్టి వాటిని వేరు చేయడం కష్టం. 1789లో, ఫిన్నిష్ రసాయన శాస్త్రవేత్త జాన్ గాడోలిన్ ఒక మెటల్ ఆక్సైడ్‌ను పొందాడు మరియు మొట్టమొదటి అరుదైన ఎర్త్ ఆక్సైడ్‌ను కనుగొన్నాడు -యట్రియం(III) ఆక్సైడ్విశ్లేషణ ద్వారా, అరుదైన భూమి మూలకాల యొక్క ఆవిష్కరణ చరిత్రను తెరవడం. 1880లో, స్వీడిష్ శాస్త్రవేత్త డెమెరియాక్ రెండు కొత్త మూలకాలను కనుగొన్నాడు, వాటిలో ఒకటి తరువాత నిర్ధారించబడిందిసమారియం, మరియు మరొకటి ఫ్రెంచ్ రసాయన శాస్త్రవేత్త దేబువా బోడెలాండ్ చేత శుద్ధి చేయబడిన తర్వాత అధికారికంగా గాడోలినియం అనే కొత్త మూలకం వలె గుర్తించబడింది.

గాడోలినియం మూలకం సిలికాన్ బెరీలియం గాడోలినియం ధాతువు నుండి ఉద్భవించింది, ఇది చౌకైనది, ఆకృతిలో మృదువైనది, డక్టిలిటీలో మంచిది, గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద అయస్కాంతం మరియు సాపేక్షంగా చురుకైన అరుదైన భూమి మూలకం. ఇది పొడి గాలిలో సాపేక్షంగా స్థిరంగా ఉంటుంది, కానీ తేమలో దాని మెరుపును కోల్పోతుంది, తెల్లని ఆక్సైడ్ల వంటి వదులుగా మరియు సులభంగా వేరుచేయబడిన ఫ్లేక్‌ను ఏర్పరుస్తుంది. గాలిలో కాల్చినప్పుడు, అది తెల్ల ఆక్సైడ్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. గాడోలినియం నీటితో నెమ్మదిగా చర్య జరుపుతుంది మరియు రంగులేని లవణాలను ఏర్పరచడానికి ఆమ్లంలో కరిగిపోతుంది. దీని రసాయన లక్షణాలు ఇతర లాంతనైడ్‌తో సమానంగా ఉంటాయి, అయితే దాని ఆప్టికల్ మరియు అయస్కాంత లక్షణాలు కొద్దిగా భిన్నంగా ఉంటాయి. గాడోలినియం అనేది గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద పారా అయస్కాంతత్వం మరియు శీతలీకరణ తర్వాత ఫెర్రో అయస్కాంతం. శాశ్వత అయస్కాంతాలను మెరుగుపరచడానికి దాని లక్షణాలను ఉపయోగించవచ్చు.

గాడోలినియం యొక్క పారా అయస్కాంతత్వాన్ని ఉపయోగించి, ఉత్పత్తి చేయబడిన గాడోలినియం ఏజెంట్ NMRకి మంచి కాంట్రాస్ట్ ఏజెంట్‌గా మారింది. న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ ఇమేజింగ్ టెక్నాలజీ స్వీయ పరిశోధన ప్రారంభించబడింది మరియు దానికి సంబంధించి 6 నోబెల్ బహుమతులు వచ్చాయి. న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ ప్రధానంగా పరమాణు కేంద్రకాల యొక్క స్పిన్ మోషన్ వల్ల కలుగుతుంది మరియు వివిధ పరమాణు కేంద్రకాల యొక్క స్పిన్ మోషన్ మారుతూ ఉంటుంది. వివిధ నిర్మాణ పరిసరాలలో వివిధ అటెన్యుయేషన్ ద్వారా విడుదలయ్యే విద్యుదయస్కాంత తరంగాల ఆధారంగా, ఈ వస్తువును రూపొందించే పరమాణు కేంద్రకాల యొక్క స్థానం మరియు రకాన్ని నిర్ణయించవచ్చు మరియు వస్తువు యొక్క అంతర్గత నిర్మాణ చిత్రాన్ని గీయవచ్చు. అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క చర్యలో, న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ ఇమేజింగ్ టెక్నాలజీ యొక్క సిగ్నల్ నీటిలో హైడ్రోజన్ న్యూక్లియైల వంటి కొన్ని పరమాణు కేంద్రకాల స్పిన్ నుండి వస్తుంది. అయినప్పటికీ, ఈ స్పిన్ సామర్థ్యం గల న్యూక్లియైలు మైక్రోవేవ్ ఓవెన్ మాదిరిగానే మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ యొక్క RF ఫీల్డ్‌లో వేడి చేయబడతాయి, ఇది సాధారణంగా మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ ఇమేజింగ్ టెక్నాలజీ సిగ్నల్‌ను బలహీనపరుస్తుంది. గాడోలినియం అయాన్ చాలా బలమైన స్పిన్ మాగ్నెటిక్ మూమెంట్‌ను కలిగి ఉంటుంది, ఇది పరమాణు కేంద్రకం యొక్క స్పిన్‌కు సహాయపడుతుంది, వ్యాధిగ్రస్తులైన కణజాలం యొక్క గుర్తింపు సంభావ్యతను మెరుగుపరుస్తుంది, కానీ అద్భుతంగా చల్లగా ఉంచుతుంది. అయినప్పటికీ, గాడోలినియం నిర్దిష్ట విషాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు వైద్యంలో, మానవ కణజాలాలలోకి ప్రవేశించకుండా నిరోధించడానికి గాడోలినియం అయాన్‌లను కప్పడానికి చెలేటింగ్ లిగాండ్‌లను ఉపయోగిస్తారు.

గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద గాడోలినియం బలమైన మాగ్నెటోకలోరిక్ ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు దాని ఉష్ణోగ్రత అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క తీవ్రతతో మారుతుంది, ఇది ఒక ఆసక్తికరమైన అప్లికేషన్ - అయస్కాంత శీతలీకరణను తెస్తుంది. శీతలీకరణ ప్రక్రియలో, అయస్కాంత ద్విధ్రువ యొక్క ధోరణి కారణంగా, అయస్కాంత పదార్థం ఒక నిర్దిష్ట బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్రం కింద వేడెక్కుతుంది. అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని తొలగించి, ఇన్సులేట్ చేసినప్పుడు, పదార్థ ఉష్ణోగ్రత తగ్గుతుంది. ఈ రకమైన అయస్కాంత శీతలీకరణ ఫ్రీయాన్ వంటి రిఫ్రిజెరాంట్‌ల వినియోగాన్ని తగ్గిస్తుంది మరియు వేగంగా చల్లబరుస్తుంది. ప్రస్తుతం, ప్రపంచం ఈ రంగంలో గాడోలినియం మరియు దాని మిశ్రమాల అనువర్తనాన్ని అభివృద్ధి చేయడానికి ప్రయత్నిస్తోంది మరియు చిన్న మరియు సమర్థవంతమైన మాగ్నెటిక్ కూలర్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. గాడోలినియం ఉపయోగంలో, అల్ట్రా-తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలు సాధించవచ్చు, కాబట్టి గాడోలినియంను "ప్రపంచంలో అత్యంత శీతలమైన లోహం" అని కూడా పిలుస్తారు.

గాడోలినియం ఐసోటోప్‌లు Gd-155 మరియు Gd-157 అన్ని సహజ ఐసోటోప్‌లలో అతిపెద్ద థర్మల్ న్యూట్రాన్ అబ్సార్ప్షన్ క్రాస్ సెక్షన్‌ను కలిగి ఉన్నాయి మరియు అణు రియాక్టర్‌ల సాధారణ ఆపరేషన్‌ను నియంత్రించడానికి తక్కువ మొత్తంలో గాడోలినియంను ఉపయోగించవచ్చు. అందువల్ల, గాడోలినియం ఆధారిత తేలికపాటి నీటి రియాక్టర్లు మరియు గాడోలినియం కంట్రోల్ రాడ్ పుట్టాయి, ఇది ఖర్చులను తగ్గించేటప్పుడు అణు రియాక్టర్ల భద్రతను మెరుగుపరుస్తుంది.

గాడోలినియం కూడా అద్భుతమైన ఆప్టికల్ లక్షణాలను కలిగి ఉంది మరియు లైట్-ఎమిటింగ్ డయోడ్‌లు అని కూడా పిలువబడే సర్క్యూట్‌లలోని డయోడ్‌ల మాదిరిగానే ఆప్టికల్ ఐసోలేటర్‌లను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు. ఈ రకమైన కాంతి-ఉద్గార డయోడ్ కాంతిని ఒక దిశలో అనుమతించడమే కాకుండా, ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లోని ప్రతిధ్వనుల ప్రతిబింబాన్ని అడ్డుకుంటుంది, ఆప్టికల్ సిగ్నల్ ట్రాన్స్‌మిషన్ యొక్క స్వచ్ఛతను నిర్ధారిస్తుంది మరియు కాంతి తరంగాల ప్రసార సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది. ఆప్టికల్ ఐసోలేటర్లను తయారు చేయడానికి గాడోలినియం గాలియం గార్నెట్ ఉత్తమమైన సబ్‌స్ట్రేట్ మెటీరియల్‌లలో ఒకటి.