Գադոլինիում: Աշխարհի ամենացուրտ մետաղը

Գադոլինիում, պարբերական համակարգի 64-րդ տարր։

Պարբերական աղյուսակում լանտանիդները մեծ ընտանիք են, և նրանց քիմիական հատկությունները շատ նման են միմյանց, ուստի դժվար է դրանք առանձնացնել:1789 թվականին ֆինն քիմիկոս Ջոն Գադոլինը ստացավ մետաղի օքսիդ և հայտնաբերեց առաջին հազվագյուտ հողի օքսիդը.Իտրիում (III) օքսիդվերլուծության միջոցով՝ բացելով հազվագյուտ հողային տարրերի հայտնաբերման պատմությունը։1880 թվականին շվեդ գիտնական Դեմերյակը հայտնաբերեց երկու նոր տարր, որոնցից մեկը հետագայում հաստատվեց.սամարիում, իսկ մյուսը պաշտոնապես ճանաչվել է որպես նոր տարր՝ գադոլինիում, այն բանից հետո, երբ մաքրվել է ֆրանսիացի քիմիկոս Դեբուվա Բոդելանդի կողմից։

Գադոլինիումի տարրը ծագում է սիլիցիումի բերիլիում գադոլինիումի հանքաքարից, որը էժան է, փափուկ հյուսվածքով, լավ ճկունությամբ, մագնիսական է սենյակային ջերմաստիճանում և համեմատաբար ակտիվ հազվագյուտ հողային տարր է:Այն համեմատաբար կայուն է չոր օդում, բայց խոնավության դեպքում կորցնում է իր փայլը՝ ձևավորելով չամրացված և հեշտությամբ անջատվող փաթիլներ, ինչպիսիք են սպիտակ օքսիդները:Երբ այրվում է օդում, այն կարող է առաջացնել սպիտակ օքսիդներ:Գադոլինիումը դանդաղ է արձագանքում ջրի հետ և կարող է լուծվել թթվի մեջ՝ առաջացնելով անգույն աղեր։Նրա քիմիական հատկությունները շատ նման են մյուս լանտանիդներին, սակայն նրա օպտիկական և մագնիսական հատկությունները մի փոքր տարբեր են:Գադոլինիումը սենյակային ջերմաստիճանում պարամագնիսական է և սառչելուց հետո ֆերոմագնիսական:Դրա բնութագրերը կարող են օգտագործվել մշտական ​​մագնիսները բարելավելու համար:

Օգտագործելով գադոլինիումի պարամագնիսականությունը, արտադրված գադոլինիումային նյութը դարձել է լավ հակադրություն NMR-ի համար:Նախաձեռնվել է միջուկային մագնիսառեզոնանսային տոմոգրաֆիայի տեխնոլոգիայի ինքնուրույն հետազոտություն, որի հետ կապված եղել են 6 Նոբելյան մրցանակներ։Միջուկային մագնիսական ռեզոնանսը հիմնականում առաջանում է ատոմային միջուկների պտտվող շարժումից, իսկ տարբեր ատոմային միջուկների պտտվող շարժումը տատանվում է։Տարբեր կառուցվածքային միջավայրերում տարբեր թուլացումներով արտանետվող էլեկտրամագնիսական ալիքների հիման վրա կարելի է որոշել ատոմային միջուկների դիրքը և տեսակը, որոնք կազմում են այս օբյեկտը, և կարելի է նկարել օբյեկտի ներքին կառուցվածքային պատկերը:Մագնիսական դաշտի ազդեցության տակ միջուկային մագնիսական ռեզոնանսային պատկերման տեխնոլոգիայի ազդանշանը գալիս է որոշակի ատոմային միջուկների պտույտից, ինչպիսիք են ջրածնի միջուկները ջրում:Այնուամենայնիվ, այս պտտվող միջուկները տաքացվում են մագնիսական ռեզոնանսի ՌԴ դաշտում, նման միկրոալիքային վառարանին, որը սովորաբար թուլացնում է մագնիսական ռեզոնանսային պատկերման տեխնոլոգիայի ազդանշանը:Գադոլինիումի իոնը ոչ միայն ունի շատ ուժեղ Spin մագնիսական պահ, որն օգնում է ատոմային միջուկի պտույտին, բարելավում է հիվանդ հյուսվածքի ճանաչման հավանականությունը, այլև հրաշքով պահպանում է սառը:Այնուամենայնիվ, gadolinium-ն ունի որոշակի թունավորություն, և բժշկության մեջ chelating ligands օգտագործվում են գադոլինիումի իոնները պարփակելու համար՝ կանխելու նրանց մուտքը մարդու հյուսվածքներ:

Գադոլինիումը սենյակային ջերմաստիճանում ունի ուժեղ մագնիսական կալորիական ազդեցություն, և դրա ջերմաստիճանը տատանվում է մագնիսական դաշտի ինտենսիվության հետ, ինչը բերում է հետաքրքիր կիրառություն՝ մագնիսական սառեցում:Սառեցման գործընթացում մագնիսական դիպոլի կողմնորոշման շնորհիվ մագնիսական նյութը տաքանալու է որոշակի արտաքին մագնիսական դաշտի տակ։Երբ մագնիսական դաշտը հանվում և մեկուսացվում է, նյութի ջերմաստիճանը նվազում է:Այս տեսակի մագնիսական սառեցումը կարող է նվազեցնել սառնագենտների օգտագործումը, ինչպիսին է ֆրեոնը և արագ սառչել:Ներկայումս աշխարհը փորձում է զարգացնել գադոլինիումի և դրա համաձուլվածքների կիրառումը այս ոլորտում և արտադրել փոքր և արդյունավետ մագնիսական հովացուցիչ:Գադոլինիումի օգտագործման դեպքում կարելի է հասնել ծայրահեղ ցածր ջերմաստիճանի, ուստի գադոլինիումը հայտնի է նաև որպես «աշխարհի ամենացուրտ մետաղը»:

Գադոլինիումի Gd-155 և Gd-157 իզոտոպները բնական իզոտոպների մեջ ունեն նեյտրոնի կլանման ամենամեծ ջերմային հատվածը և կարող են օգտագործել փոքր քանակությամբ գադոլինիում միջուկային ռեակտորների բնականոն աշխատանքը վերահսկելու համար:Այսպիսով, ստեղծվեցին գադոլինիումի վրա հիմնված թեթև ջրի ռեակտորներ և գադոլինիումի վերահսկման գավազան, որոնք կարող են բարելավել միջուկային ռեակտորների անվտանգությունը՝ միաժամանակ նվազեցնելով ծախսերը:

Գադոլինիումը ունի նաև գերազանց օպտիկական հատկություններ և կարող է օգտագործվել օպտիկական մեկուսիչներ պատրաստելու համար, որոնք նման են սխեմաների դիոդներին, որոնք նաև հայտնի են որպես լուսարձակող դիոդներ:Այս տեսակի լուսարձակող դիոդը ոչ միայն թույլ է տալիս լույսն անցնել մեկ ուղղությամբ, այլև արգելափակում է արձագանքների արտացոլումը օպտիկական մանրաթելում՝ ապահովելով օպտիկական ազդանշանի հաղորդման մաքրությունը և բարելավելով լուսային ալիքների հաղորդման արդյունավետությունը:Գադոլինիումի գալլիումի նռնաքարը օպտիկական մեկուսիչներ պատրաստելու լավագույն ենթաշերտային նյութերից է: