Гадоліній, елемент 64 періодичної системи.
Лантаноїди в таблиці Менделєєва є великою родиною, і їх хімічні властивості дуже схожі один на одного, тому їх важко розділити. У 1789 році фінський хімік Джон Гадолін отримав оксид металу і відкрив перший рідкоземельний оксид -Ітрій(ІІІ) оксидчерез аналіз, відкриваючи історію відкриття рідкоземельних елементів. У 1880 році шведський вчений Демеріак відкрив два нових елементи, один з яких пізніше було підтвердженосамарій, а інший був офіційно ідентифікований як новий елемент, гадоліній, після очищення французьким хіміком Дебува Боделандом.
Елемент гадоліній походить із кремнієво-берилій-гадолінієвої руди, яка є дешевою, м’якою за структурою, хорошою пластичністю, магнітною при кімнатній температурі та є відносно активним рідкоземельним елементом. Він відносно стійкий на сухому повітрі, але втрачає свій блиск при вологості, утворюючи пухкі та легко відокремлювані пластівці, схожі на білі оксиди. При спалюванні на повітрі він може утворювати білі оксиди. Гадоліній повільно реагує з водою і може розчинятися в кислоті з утворенням безбарвних солей. Його хімічні властивості дуже схожі на інші лантаноїди, але його оптичні та магнітні властивості дещо відрізняються. Гадоліній є парамагнетиком при кімнатній температурі та феромагнітним після охолодження. Його характеристики можна використовувати для вдосконалення постійних магнітів.
Використовуючи парамагнетизм гадолінію, отриманий гадолінієвий агент став хорошим контрастним агентом для ЯМР. Було розпочато самодослідження технології ядерно-магнітного резонансу, і було присуджено 6 Нобелівських премій. Ядерний магнітний резонанс в основному спричинений спіновим рухом атомних ядер, і обертовий рух різних атомних ядер різний. На основі електромагнітних хвиль, випромінюваних різним ослабленням у різних структурних середовищах, можна визначити положення та тип атомних ядер, які складають цей об’єкт, і намалювати внутрішнє структурне зображення об’єкта. Під дією магнітного поля сигнал технології ядерно-магнітного резонансу надходить від обертання певних атомних ядер, наприклад ядер водню у воді. Однак ці здатні до спіну ядра нагріваються в радіочастотному полі магнітного резонансу, подібно до мікрохвильової печі, що зазвичай послаблює сигнал технології магнітно-резонансної томографії. Іон гадолінію не тільки має дуже сильний обертовий магнітний момент, який сприяє обертанню атомного ядра, покращує ймовірність розпізнавання хворої тканини, але й дивним чином зберігає прохолоду. Однак гадоліній має певну токсичність, і в медицині хелатні ліганди використовуються для інкапсуляції іонів гадолінію, щоб запобігти їх потраплянню в тканини людини.
Гадоліній має сильний магнітокалорійний ефект при кімнатній температурі, і його температура змінюється залежно від інтенсивності магнітного поля, що відкриває цікаве застосування - магнітне охолодження. Під час процесу охолодження через орієнтацію магнітного диполя магнітний матеріал буде нагріватися під дією певного зовнішнього магнітного поля. Коли магнітне поле видаляється та ізольується, температура матеріалу знижується. Такий вид магнітного охолодження може зменшити використання холодоагентів, таких як фреон, і швидко охолодити. Зараз у світі намагаються розвинути застосування гадолінію та його сплавів у цій галузі та виготовити невеликий та ефективний магнітний охолоджувач. При використанні гадолінію можна досягти наднизьких температур, тому гадоліній також відомий як «найхолодніший метал у світі».
Ізотопи гадолінію Gd-155 і Gd-157 мають найбільший поперечний переріз поглинання теплових нейтронів серед усіх природних ізотопів і можуть використовувати невелику кількість гадолінію для контролю нормальної роботи ядерних реакторів. Таким чином, з’явилися легководні реактори на основі гадолінію та гадолінієвий стержень керування, які можуть підвищити безпеку ядерних реакторів при зниженні витрат.
Гадоліній також має чудові оптичні властивості і може використовуватися для виготовлення оптичних ізоляторів, подібних до діодів у схемах, також відомих як світловипромінювальні діоди. Цей тип світлодіода не тільки пропускає світло в одному напрямку, але і блокує відображення луни в оптичному волокні, забезпечуючи чистоту передачі оптичного сигналу і підвищуючи ефективність передачі світлових хвиль. Гадоліній-галієвий гранат є одним з найкращих матеріалів підкладки для виготовлення оптичних ізоляторів.
Час публікації: 06 липня 2023 р