gadolini, nguyên tố thứ 64 của bảng tuần hoàn.
Lanthanide trong bảng tuần hoàn là một họ lớn và tính chất hóa học của chúng rất giống nhau nên rất khó để tách chúng ra. Năm 1789, nhà hóa học người Phần Lan John Gadolin thu được oxit kim loại và phát hiện ra oxit đất hiếm đầu tiên -Yttri(III) oxitthông qua phân tích, mở ra lịch sử khám phá các nguyên tố đất hiếm. Năm 1880, nhà khoa học Thụy Điển Demeriac phát hiện ra hai nguyên tố mới, một trong số đó sau đó được xác nhận làsamari, và chất còn lại được chính thức xác định là một nguyên tố mới, gadolinium, sau khi được nhà hóa học người Pháp Debuwa Bodeland tinh chế.
Nguyên tố gadolinium có nguồn gốc từ quặng silicon beryllium gadolinium, rẻ tiền, kết cấu mềm, độ dẻo tốt, có từ tính ở nhiệt độ phòng và là nguyên tố đất hiếm tương đối hoạt động. Nó tương đối ổn định trong không khí khô, nhưng mất đi độ bóng trong độ ẩm, tạo thành lớp vảy lỏng lẻo và dễ tách ra như các oxit trắng. Khi đốt trong không khí, nó có thể tạo ra oxit trắng. Gadolinium phản ứng chậm với nước và có thể hòa tan trong axit tạo thành muối không màu. Tính chất hóa học của nó rất giống với các Lanthanide khác, nhưng tính chất quang học và từ tính của nó hơi khác một chút. Gadolinium là thuận từ ở nhiệt độ phòng và có tính sắt từ sau khi làm nguội. Đặc tính của nó có thể được sử dụng để cải thiện nam châm vĩnh cửu.
Sử dụng tính chất thuận từ của gadolinium, chất gadolinium được tạo ra đã trở thành chất tương phản tốt cho NMR. Việc tự nghiên cứu công nghệ chụp cộng hưởng từ hạt nhân đã được khởi xướng và đã có 6 giải Nobel liên quan đến nó. Cộng hưởng từ hạt nhân chủ yếu được gây ra bởi chuyển động quay của hạt nhân nguyên tử và chuyển động quay của các hạt nhân nguyên tử khác nhau là khác nhau. Dựa trên các sóng điện từ phát ra bởi sự suy giảm khác nhau trong các môi trường cấu trúc khác nhau, có thể xác định được vị trí và loại hạt nhân nguyên tử tạo nên vật thể này và có thể vẽ được hình ảnh cấu trúc bên trong của vật thể. Dưới tác dụng của từ trường, tín hiệu của công nghệ chụp cộng hưởng từ hạt nhân xuất phát từ sự quay của một số hạt nhân nguyên tử nhất định, chẳng hạn như hạt nhân hydro trong nước. Tuy nhiên, những hạt nhân có khả năng quay này được làm nóng trong trường cộng hưởng từ RF, tương tự như lò vi sóng, thường làm suy yếu tín hiệu của công nghệ chụp ảnh cộng hưởng từ. Ion Gadolinium không chỉ có mômen từ Spin cực mạnh, giúp hạt nhân nguyên tử quay tròn, cải thiện khả năng nhận biết mô bệnh mà còn giữ mát một cách thần kỳ. Tuy nhiên, gadolinium có độc tính nhất định và trong y học, các phối tử chelat được sử dụng để bao bọc các ion gadolinium nhằm ngăn chúng xâm nhập vào mô của con người.
Gadolinium có hiệu ứng từ nhiệt mạnh ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ của nó thay đổi theo cường độ từ trường, điều này mang lại một ứng dụng thú vị - làm lạnh từ tính. Trong quá trình làm lạnh, do sự định hướng của lưỡng cực từ, vật liệu từ tính sẽ nóng lên dưới một từ trường bên ngoài nhất định. Khi loại bỏ từ trường và cách điện, nhiệt độ vật liệu giảm. Kiểu làm mát từ tính này có thể làm giảm việc sử dụng chất làm lạnh như Freon và hạ nhiệt nhanh chóng. Hiện nay, thế giới đang cố gắng phát triển ứng dụng của gadolinium và hợp kim của nó trong lĩnh vực này, đồng thời sản xuất một bộ làm mát từ tính nhỏ và hiệu quả. Khi sử dụng gadolinium, có thể đạt được nhiệt độ cực thấp, vì vậy gadolinium còn được gọi là "kim loại lạnh nhất thế giới".
Đồng vị gadolinium Gd-155 và Gd-157 có tiết diện hấp thụ neutron nhiệt lớn nhất trong số tất cả các đồng vị tự nhiên và có thể sử dụng một lượng nhỏ gadolinium để điều khiển hoạt động bình thường của lò phản ứng hạt nhân. Vì vậy, lò phản ứng nước nhẹ dựa trên gadolinium và thanh điều khiển gadolinium đã ra đời, có thể cải thiện độ an toàn của lò phản ứng hạt nhân đồng thời giảm chi phí.
Gadolinium còn có đặc tính quang học tuyệt vời và có thể được sử dụng để chế tạo các bộ cách ly quang học, tương tự như điốt trong mạch điện, còn được gọi là điốt phát sáng. Loại điốt phát sáng này không chỉ cho phép ánh sáng truyền theo một hướng mà còn ngăn chặn sự phản xạ của tiếng vang trong sợi quang, đảm bảo độ tinh khiết của truyền tín hiệu quang và nâng cao hiệu suất truyền sóng ánh sáng. Gadolinium gallium garnet là một trong những vật liệu nền tốt nhất để chế tạo các bộ cách ly quang.
Thời gian đăng: Jul-06-2023