Gadolinium, jaksollisen järjestelmän elementti 64.
Lantanidi jaksollisessa taulukossa on suuri perhe, ja niiden kemialliset ominaisuudet ovat hyvin samankaltaisia keskenään, joten niitä on vaikea erottaa toisistaan.Vuonna 1789 suomalainen kemisti John Gadolin sai metallioksidin ja löysi ensimmäisen harvinaisen maametallin oksidin.yttrium(III)oksidianalysoimalla, avaamalla harvinaisten maametallien alkuaineiden löytöhistorian.Vuonna 1880 ruotsalainen tiedemies Demeriak löysi kaksi uutta elementtiä, joista toisen vahvistettiin myöhemmin olevansamarium, ja toinen tunnistettiin virallisesti uudeksi alkuaineeksi, gadoliniumiksi, sen jälkeen kun ranskalainen kemisti Debuwa Bodeland puhdisti sen.
Gadolinium-alkuaine on peräisin pii-beryllium-gadoliniummalmista, joka on halpa, rakenteeltaan pehmeä, hyvä sitkeys, magneettinen huoneenlämpötilassa ja on suhteellisen aktiivinen harvinainen maametalli.Se on suhteellisen vakaa kuivassa ilmassa, mutta menettää kiiltonsa kosteudessa muodostaen löysää ja helposti irtoavia hiutaleita, kuten valkoisia oksideja.Ilmassa palaessaan se voi muodostaa valkoisia oksideja.Gadolinium reagoi hitaasti veden kanssa ja voi liueta happoon muodostaen värittömiä suoloja.Sen kemialliset ominaisuudet ovat hyvin samankaltaisia kuin muiden lantanidien, mutta sen optiset ja magneettiset ominaisuudet ovat hieman erilaiset.Gadolinium on paramagnetismia huoneenlämmössä ja ferromagneettista jäähdytyksen jälkeen.Sen ominaisuuksia voidaan käyttää kestomagneettien parantamiseen.
Gadoliniumin paramagnetismin avulla tuotetusta gadolinium-aineesta on tullut hyvä NMR-varjoaine.Ydinmagneettikuvaustekniikan omatutkimus on aloitettu, ja siihen on jaettu 6 Nobel-palkintoa.Ydinmagneettinen resonanssi johtuu pääasiassa atomiytimien spin-liikkeestä, ja eri atomiytimien spin-liike vaihtelee.Erilaisten rakenteellisten ympäristöjen eri vaimennusten lähettämien sähkömagneettisten aaltojen perusteella voidaan määrittää tämän kohteen muodostavien atomiytimien sijainti ja tyyppi sekä piirtää kohteen sisäinen rakennekuva.Magneettikentän vaikutuksesta ydinmagneettisen resonanssikuvaustekniikan signaali tulee tiettyjen atomiytimien, kuten vedessä olevien vetyytimien, spinistä.Nämä spin-kykyiset ytimet kuitenkin kuumennetaan magneettiresonanssin RF-kentässä, kuten mikroaaltouunissa, mikä tyypillisesti heikentää magneettikuvaustekniikan signaalia.Gadolinium-ionilla ei ole ainoastaan erittäin vahvaa Spin-magneettista momenttia, joka auttaa atomiytimen pyörimistä, parantaa sairaan kudoksen tunnistustodennäköisyyttä, vaan myös pitää ihmeellisesti viileänä.Gadoliniumilla on kuitenkin tiettyä myrkyllisyyttä, ja lääketieteessä kelatoivia ligandeja käytetään gadolinium-ionien kapseloimiseen, jotta ne eivät pääse ihmisen kudoksiin.
Gadoliniumilla on voimakas magnetokalorinen vaikutus huoneenlämmössä ja sen lämpötila vaihtelee magneettikentän voimakkuuden mukaan, mikä tuo esiin mielenkiintoisen sovelluksen - magneettisen jäähdytyksen.Jäähdytysprosessin aikana magneettinen materiaali lämpenee tietyn ulkoisen magneettikentän alaisena magneettisen dipolin suunnan vuoksi.Kun magneettikenttä poistetaan ja eristetään, materiaalin lämpötila laskee.Tällainen magneettinen jäähdytys voi vähentää kylmäaineiden, kuten freonin, käyttöä ja jäähtyä nopeasti.Tällä hetkellä maailma yrittää kehittää gadoliniumin ja sen seosten käyttöä tällä alalla ja tuottaa pienen ja tehokkaan magneettijäähdyttimen.Gadoliniumin käytöllä voidaan saavuttaa erittäin alhaisia lämpötiloja, joten gadolinium tunnetaan myös "maailman kylmimpänä metallina".
Gadoliniumin isotoopeilla Gd-155 ja Gd-157 on suurin termisen neutronien absorptiopoikkileikkaus kaikista luonnollisista isotoopeista, ja ne voivat käyttää pientä määrää gadoliinia ydinreaktorien normaalin toiminnan ohjaamiseen.Näin syntyivät gadoliinipohjaiset kevytvesireaktorit ja gadolinium-ohjaussauva, jotka voivat parantaa ydinreaktorien turvallisuutta ja alentaa kustannuksia.
Gadoliniumilla on myös erinomaiset optiset ominaisuudet, ja siitä voidaan valmistaa optisia isolaattoreita, jotka ovat samankaltaisia kuin piiridiodeja, jotka tunnetaan myös valodiodeina.Tämän tyyppinen valodiodi ei vain salli valon kulkemista yhteen suuntaan, vaan myös estää kaikujen heijastumisen optisessa kuidussa, mikä varmistaa optisen signaalin lähetyksen puhtauden ja parantaa valoaaltojen lähetystehokkuutta.Gadolinium galliumgranaatti on yksi parhaista substraattimateriaaleista optisten isolaattorien valmistukseen.
Postitusaika: 06.07.2023