ガドリニウム、周期表の元素64。
周期表におけるランタニドは大きなグループであり、それらの化学的性質は互いに非常によく似ているため、それらを分離することは困難です。1789 年、フィンランドの化学者ジョン ガドリンは金属酸化物を入手し、最初の希土類酸化物を発見しました。酸化イットリウム(III)分析を通じて、レアアース元素の発見の歴史を開きます。1880 年、スウェーデンの科学者デメリアックは 2 つの新しい元素を発見し、そのうちの 1 つは後に元素であることが確認されました。サマリウム、もう1つはフランスの化学者デブワ・ボーデランドによって精製された後、新元素であるガドリニウムとして正式に特定されました。
ガドリニウム元素は、シリコンベリリウムガドリニウム鉱石に由来し、安価で、質感が柔らかく、延性に優れ、室温で磁性を持ち、比較的活性な希土類元素です。乾燥した空気中では比較的安定ですが、湿度が高くなると光沢が失われ、白い酸化物のようなゆるくて剥がれやすいフレークが形成されます。空気中で燃焼すると、白い酸化物が生成されることがあります。ガドリニウムは水とゆっくりと反応し、酸に溶解して無色の塩を形成することがあります。その化学的特性は他のランタニドと非常に似ていますが、光学的および磁気的特性はわずかに異なります。ガドリニウムは室温では常磁性であり、冷却後は強磁性になります。その特性を利用して永久磁石の改良が可能です。
ガドリニウムの常磁性を利用して製造されたガドリニウム剤は、NMR の優れた造影剤となっています。核磁気共鳴画像技術の自主研究が開始され、これに関連して6つのノーベル賞を受賞している。核磁気共鳴は主に原子核のスピン運動によって引き起こされ、異なる原子核のスピン運動は異なります。異なる構造環境で異なる減衰で放射される電磁波に基づいて、この物体を構成する原子核の位置や種類を決定し、物体の内部構造像を描くことができます。磁場の作用下で、核磁気共鳴イメージング技術の信号は、水中の水素原子核などの特定の原子核のスピンから発生します。ただし、これらのスピン可能な原子核は、電子レンジと同様に磁気共鳴の RF 場で加熱されるため、通常、磁気共鳴イメージング技術の信号が弱まります。ガドリニウムイオンは非常に強力なスピン磁気モーメントを持っており、原子核の回転を助け、病変組織の認識確率を向上させるだけでなく、奇跡的に冷却効果を保ちます。ただし、ガドリニウムには一定の毒性があり、医学では、ガドリニウムイオンが人体組織に侵入するのを防ぐために、キレート配位子を使用してガドリニウムイオンをカプセル化します。
ガドリニウムは室温で強い磁気熱量効果を持ち、その温度は磁場の強さによって変化するため、磁気冷凍という興味深い応用が生まれます。冷凍プロセス中、磁気双極子の向きにより、磁性材料は特定の外部磁場の下で加熱されます。磁場が除去され絶縁されると、材料の温度は低下します。この種の磁気冷却により、フロンなどの冷媒の使用量を削減し、急速に冷却することができます。現在、世界はこの分野でガドリニウムとその合金の応用を開発し、小型で効率的な磁気冷却器を製造しようとしています。ガドリニウムを使用すると超低温が実現できるため、ガドリニウムは「世界で最も冷たい金属」としても知られています。
ガドリニウム同位体 Gd-155 および Gd-157 は、すべての天然同位体の中で最大の熱中性子吸収断面積を持ち、少量のガドリニウムを使用して原子炉の通常運転を制御できます。こうして、コストを削減しながら原子炉の安全性を向上させることができるガドリニウムベースの軽水炉とガドリニウム制御棒が誕生しました。
ガドリニウムは優れた光学特性も備えており、回路内のダイオード (発光ダイオードとも呼ばれる) と同様の光アイソレータの製造に使用できます。このタイプの発光ダイオードは、光を一方向に通過させるだけでなく、光ファイバー内でのエコーの反射をブロックし、光信号伝送の純度を確保し、光波の伝送効率を向上させます。ガドリニウム ガリウム ガーネットは、光アイソレータの製造に最適な基板材料の 1 つです。
投稿時間: 2023 年 7 月 6 日