گیڈولینیم: دنیا کی سرد ترین دھات

گیڈولینیممتواتر جدول کا عنصر 64۔

متواتر جدول میں لینتھانائیڈ ایک بڑا خاندان ہے، اور ان کی کیمیائی خصوصیات ایک دوسرے سے بہت ملتی جلتی ہیں، اس لیے انہیں الگ کرنا مشکل ہے۔ 1789 میں، فن لینڈ کے کیمیا دان جان گیڈولن نے دھاتی آکسائیڈ حاصل کی اور پہلی نادر زمینی آکسائیڈ دریافت کی۔Yttrium(III) آکسائیڈتجزیہ کے ذریعے، نایاب زمینی عناصر کی دریافت کی تاریخ کو کھولنا۔ 1880 میں سویڈن کے سائنسدان ڈیمریک نے دو نئے عناصر دریافت کیے جن میں سے ایک کی بعد میں تصدیق ہوئی۔samarium، اور دوسرے کی باضابطہ طور پر شناخت ایک نئے عنصر، گیڈولینیم کے طور پر کی گئی تھی، جسے فرانسیسی کیمیا دان ڈیبووا بوڈیلینڈ نے پاک کیا تھا۔

گیڈولینیم عنصر سلکان بیریلیم گیڈولینیم ایسک سے نکلتا ہے، جو سستا، ساخت میں نرم، لچکدار، کمرے کے درجہ حرارت پر مقناطیسی، اور نسبتاً فعال نایاب زمینی عنصر ہے۔ یہ خشک ہوا میں نسبتاً مستحکم ہوتا ہے، لیکن نمی میں اپنی چمک کھو دیتا ہے، سفید آکسائیڈ کی طرح ڈھیلے اور آسانی سے الگ ہونے والا فلیک بنتا ہے۔ جب ہوا میں جلایا جائے تو یہ سفید آکسائیڈ پیدا کر سکتا ہے۔ گیڈولینیم پانی کے ساتھ آہستہ آہستہ رد عمل ظاہر کرتا ہے اور تیزاب میں گھل کر بے رنگ نمکیات بنا سکتا ہے۔ اس کی کیمیائی خصوصیات دوسرے لینتھانائیڈ سے بہت ملتی جلتی ہیں، لیکن اس کی نظری اور مقناطیسی خصوصیات قدرے مختلف ہیں۔ گیڈولینیم کمرے کے درجہ حرارت پر پیرا میگنیٹزم اور ٹھنڈا ہونے کے بعد فیرو میگنیٹک ہے۔ اس کی خصوصیات کو مستقل میگنےٹ کو بہتر بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔

گیڈولینیم کے پیرا میگنیٹزم کا استعمال کرتے ہوئے، تیار کردہ گیڈولینیم ایجنٹ NMR کے لیے ایک اچھا کنٹراسٹ ایجنٹ بن گیا ہے۔ نیوکلیئر میگنیٹک ریزوننس امیجنگ ٹیکنالوجی کی خود تحقیق کا آغاز کر دیا گیا ہے اور اس سے متعلق 6 نوبل انعامات دئے جا چکے ہیں۔ نیوکلیئر مقناطیسی گونج بنیادی طور پر جوہری نیوکللی کی سپن موشن کی وجہ سے ہوتی ہے، اور مختلف ایٹم نیوکلی کی سپن موشن مختلف ہوتی ہے۔ مختلف ساختی ماحول میں مختلف توجہ کے ذریعے خارج ہونے والی برقی مقناطیسی لہروں کی بنیاد پر، اس چیز کو بنانے والے ایٹم نیوکلی کی پوزیشن اور قسم کا تعین کیا جا سکتا ہے، اور آبجیکٹ کی اندرونی ساختی تصویر کھینچی جا سکتی ہے۔ مقناطیسی میدان کے عمل کے تحت، جوہری مقناطیسی گونج امیجنگ ٹیکنالوجی کا سگنل پانی میں موجود ہائیڈروجن نیوکلی جیسے بعض جوہری مرکزوں کے گھماؤ سے آتا ہے۔ تاہم، یہ گھماؤ کے قابل نیوکلی مقناطیسی گونج کے RF فیلڈ میں گرم کیے جاتے ہیں، جو مائکروویو اوون کی طرح ہے، جو عام طور پر مقناطیسی گونج امیجنگ ٹیکنالوجی کے سگنل کو کمزور کر دیتا ہے۔ گیڈولینیم آئن میں نہ صرف ایک بہت مضبوط سپن مقناطیسی لمحہ ہے، جو ایٹم نیوکلئس کے گھماؤ میں مدد کرتا ہے، بیمار بافتوں کی شناخت کے امکان کو بہتر بناتا ہے، بلکہ معجزانہ طور پر ٹھنڈا بھی رکھتا ہے۔ تاہم، گیڈولینیم میں کچھ زہریلا پن ہوتا ہے، اور طب میں، چیلیٹنگ لیگنڈس کا استعمال گیڈولینیم آئنوں کو انسانی بافتوں میں داخل ہونے سے روکنے کے لیے کیا جاتا ہے۔

گیڈولینیم کا کمرے کے درجہ حرارت پر مضبوط مقناطیسی اثر ہوتا ہے، اور اس کا درجہ حرارت مقناطیسی میدان کی شدت کے ساتھ مختلف ہوتا ہے، جو کہ ایک دلچسپ ایپلی کیشن - مقناطیسی ریفریجریشن لاتا ہے۔ ریفریجریشن کے عمل کے دوران، مقناطیسی ڈوپول کی واقفیت کی وجہ سے، مقناطیسی مواد ایک مخصوص بیرونی مقناطیسی میدان کے تحت گرم ہو جائے گا. جب مقناطیسی میدان کو ہٹا دیا جاتا ہے اور موصلیت ہوتی ہے، تو مواد کا درجہ حرارت کم ہو جاتا ہے. اس قسم کی مقناطیسی کولنگ فریون جیسے ریفریجریٹس کے استعمال کو کم کر سکتی ہے اور تیزی سے ٹھنڈا ہو سکتی ہے۔ اس وقت، دنیا اس میدان میں گیڈولینیم اور اس کے مرکبات کے استعمال کو تیار کرنے اور ایک چھوٹا اور موثر مقناطیسی کولر تیار کرنے کی کوشش کر رہی ہے۔ گیڈولینیم کے استعمال کے تحت انتہائی کم درجہ حرارت حاصل کیا جا سکتا ہے، اس لیے گیڈولینیم کو "دنیا کی سرد ترین دھات" بھی کہا جاتا ہے۔

گیڈولینیم آاسوٹوپس Gd-155 اور Gd-157 میں تمام قدرتی آاسوٹوپس میں سب سے بڑا تھرمل نیوٹران جذب کراس سیکشن ہے، اور جوہری ری ایکٹرز کے معمول کے آپریشن کو کنٹرول کرنے کے لیے تھوڑی مقدار میں گیڈولینیم استعمال کر سکتے ہیں۔ اس طرح، گیڈولینیم پر مبنی ہلکے پانی کے ری ایکٹر اور گیڈولینیم کنٹرول راڈ نے جنم لیا، جو لاگت کو کم کرتے ہوئے جوہری ری ایکٹرز کی حفاظت کو بہتر بنا سکتے ہیں۔

گیڈولینیم میں بہترین آپٹیکل خصوصیات بھی ہیں اور اسے آپٹیکل آئسولیٹر بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جو سرکٹس میں ڈائیوڈز کی طرح ہے، جسے روشنی خارج کرنے والے ڈایڈس بھی کہا جاتا ہے۔ اس قسم کا روشنی خارج کرنے والا ڈایڈڈ نہ صرف روشنی کو ایک سمت سے گزرنے دیتا ہے بلکہ آپٹیکل فائبر میں بازگشت کے انعکاس کو بھی روکتا ہے، آپٹیکل سگنل ٹرانسمیشن کی پاکیزگی کو یقینی بناتا ہے اور روشنی کی لہروں کی ترسیل کی کارکردگی کو بہتر بناتا ہے۔ گیڈولینیم گیلیم گارنیٹ آپٹیکل آئسولیٹر بنانے کے لیے بہترین سبسٹریٹ مواد میں سے ایک ہے۔