Гадолиний — это редкоземельный металл, обычно используемый в таких важных областях, как методы магнитно-резонансной томографии и производство ювелирных изделий. Обычно он обозначается как Gd и имеет атомный номер 64. С момента его открытия в 1880 году Жаном Шарлем Галиссаром де Мариньяком он не был доступен в чистом виде до тех пор, пока Поль-Эмиль Лекок де Буабодран — французский химик — не осуществил первое открытие. выделение в 1886 году. Элемент гадолиний на самом деле назван в честь финского ученого Йохана Гадолина.
Гадолиний — высокореактивный металл. Следовательно, он вряд ли встречается в природе, а встречается как компонент других минералов. Некоторые минералы, содержащие гадолиний, включают монацит, гадолинит и бастназит. Ежегодно в мире производится почти 400 тонн гадолиния. Обычно его можно найти в Бразилии, Китае, США, Шри-Ланке и Австралии.
Гадолиний имеет шесть природных изотопов и один радиоизотоп. Встречающиеся в природе изотопы имеют массовое число 154, 155, 156, 157, 158 и 160 соответственно. Массовое число радиоизотопа составляет 152. Самый распространенный изотоп - 158 Gd, а наименее распространенный изотоп - 152 Gd.
Характеристики
В таблице Менделеева гадолиний принадлежит шестому периоду, а его блоком является f-блок. Его периодичность отвечает за большинство его свойств. Его внешняя оболочка имеет два электрона, а его стандартный атомный вес составляет 157,25.
Гадолиний имеет серебристый вид и гексагональную плотноупакованную кристаллическую структуру. При стандартной температуре и давлении этот металл тверд. Его температура кипения составляет 3273 К, а температура плавления — 1585 К. Наиболее распространенная степень окисления гадолиния составляет +3, как и в случае с большинством редкоземельных металлов.
Магнитные поля изменяют температуру гадолиния. Его температура повышается в присутствии магнитного поля, но падает в отсутствие магнитного поля. Кроме того, этот редкоземельный металл обладает магнитными свойствами. Ниже 293 К гадолиний ферромагнитен. Однако выше этой температуры он парамагнитен.
Гадолиний — пластичный и ковкий металл с различной плотностью. Когда гадолиний находится в твердом состоянии, его плотность составляет 7,90 г/см 3 . Однако в жидком состоянии его плотность изменяется до 7,4 г/см 3 .
Гадолиний образует черный налет при окислении во влажном воздухе. Он реагирует с разбавленной серной кислотой и галогенами, такими как фтор, хлор и йод. Кроме того, он реагирует с водой с образованием гидроксида гадолиния.
Свойства гадолиния аналогичны свойствам других редкоземельных элементов. Большинство этих свойств обусловлено его положением в таблице Менделеева. Свойства гадолиния определяют применение этого редкоземельного элемента в различных отраслях промышленности.
Приложения
Гадолиний имеет широкий спектр применения. Однако он обычно не используется в больших масштабах из-за своей редкости.
Магнитно-резонансная томография
Гадолиний хорошо ценится в магнитно-резонансной томографии . Он используется для того, чтобы внутренние органы и структуры были более заметными во время магнитно-резонансной томографии. Вещества, выполняющие эту функцию, называются контрастными веществами для МРТ. Обычно его вводят в организм внутривенно. Чтобы гадолиний попал в организм, не причинив никакого вреда, он должен пройти процесс, известный как хелатирование. Около трети всех МРТ используют гадолиний в качестве контрастного вещества. Его используют для выявления таких заболеваний, как воспаление почек, травма головного мозга, рак и травма спинного мозга.
Ядерные реакторы
Гадолиний используется при производстве стержней управления, защищающих ядерные реакторы. Это потому, что гадолиний может поглощать нейтроны. Это означает, что он имеет высокое сечение ядерного захвата. Поглощение этих нейтронов не позволяет им вызвать деление ядерного топлива.
Тонкопленочное покрытие
Мишени для распыления гадолиния и материалы для испарения гадолиния используются в процессах осаждения, включая осаждение полупроводников, химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и физическое осаждение из паровой фазы (PVD).
Рентгеновский
Гадолиний – это люминофор. Это означает, что он люминесцентен при контакте с излучением. Таким образом, он используется в рентгеновских лучах. Рентгеновские лучи применяются в медицине, авиации и горнодобывающей промышленности. В медицине их используют для осмотра внутренних структур и органов тела на предмет выявления аномалий. В авиации рентгеновские лучи используются для досмотра багажа в аэропорту. В горнодобывающей промышленности рентгеновские лучи используются для обнаружения и различения полезных ископаемых.
Телевидение
Помимо прочего, гадолиний используется при изготовлении цветного телевидения. Это возможно, поскольку гадолиний является люминофором.
Ювелирные изделия
Соединение гадолиния, гадолиний-галлиевый гранат, можно использовать для изготовления поддельных бриллиантов. Его используют в ювелирной промышленности для создания более дешевых дизайнов.
Сплавы
Гадолиний обычно добавляют к другим элементам для образования сплавов. Когда к элементу добавляется гадолиний, он обычно делает элемент более устойчивым к коррозии и высоким температурам. Элементы, смешанные даже с 1% гадолиния, демонстрируют заметное улучшение по сравнению с элементами, не содержащими гадолиния.
легирующая примочка
Гадолиний используется в качестве легирующей добавки. Примером продукта, созданного с использованием гадолиния в качестве легирующей добавки, является церий, легированный гадолинием. Известно, что это соединение обладает высокой ионной проводимостью. Он часто используется в датчиках кислорода и твердооксидных топливных элементах.
Заключение
Гадолиний – важный редкоземельный металл. Его относительная редкость в земной коре не мешает ему быть ценным активом в различных отраслях промышленности.