Gadolinium-kemiallinen alkuaine

Gadolinium (Gd), kemiallinen elementti, jaksollisen lantanidisarjan harvinaisten maametallien metalli.

Tietokilpailu

Määräaikaistaulukkovisa

Hän

Gadolinium on kohtalaisen sitkeää, kohtalaisen vaikea, hopeanvalkoinen metalli, joka on melko vakaa ilmassa, mutta ajan se tahraa ilmassa, muodostamalla ohut kalvo Gd ₂ O ₃ pinnalle. Gadolinium reagoi hitaasti veden kanssa ja nopeasti laimealla happojen-lukuun ottamatta vetyfluoridin (HF), jossa stabiili suojakerros GdF ₃ muotoja ja estää metallin edelleen reaktio. Gadolinium on ainoa lantanidi, joka on ferromagneettinen lähellä huoneenlämpötilaa; sen Curie-piste (ferromagneettinen järjestys) on 293 K (20 ° C tai 68 ° F). Tämän lämpötilan yläpuolella metalli on erittäin vahva paramagneetti.

Gadoliniumin löysivät Jean-Charles Galissard de Marignac ja Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran. Marignac erotti (1880) uuden harvinaisen maametallin (metallioksidin) mineraali samarskiteesta, ja Lecoq de Boisbaudran sai (1886) melko puhtaan näytteen samasta maasta, jonka Marignacin suostumuksella hän nimitti gadoliniaksi, mineraalin jälkeen, jossa sitä esiintyy. joka puolestaan ​​oli nimetty suomalaiselle kemistille Johan Gadolinille. Gadoliniumia esiintyy monissa mineraaleissa yhdessä muiden harvinaisten maametallien kanssa, mutta sitä saadaan pääasiassa bastnasiitista. Sitä löytyy myös ydinfission tuotteista. Maapallonkuoressa gadoliini on yhtä runsas kuin nikkeli ja arseeni.

Luonnossa elementti esiintyy seoksena, joka muodostuu kuudesta stabiilista isotoopista - gadolinium-158 (24,84%), gadolinium-160 (21,86%), gadolinium-156 (20,47%), gadolinium-157 (15,65%), gadolinium-155 (14,8) %) ja gadolinium-154 (2,18%) - ja yksi radioaktiivinen isotooppi, gadolinium-152 (0,20%). Parittomilla numeroilla isotoopeilla on erittäin korkeat ydinabsorptio-poikkileikkaukset, gadolinium-157: n poikkipinta-ala saavuttaa 259 000 navetta. Seurauksena gadolinium-isotooppien luonnossa esiintyvällä seoksella on myös erittäin korkea ydinabsorptio-poikkileikkaus luokkaa 49 000 navetta. Ydin-isomeerejä lukuun ottamatta on karakterisoitu yhteensä 32 gadoliniumin radioaktiivista isotooppia, joiden massa on välillä 133 - 169 ja joiden puoliintumisaika on 1,1 sekuntia (gadolinium-135) - 1,08 x 10 ¹⁴ vuotta (gadolinium-152).

Metallin kaupallinen erotus tehdään käyttämällä liuotin-liuotinuutto- tai ioninvaihtomenetelmiä. Metalli on valmistettu pelkistämällä vedettömän kloridin tai fluoridin metalloterminen pelkistys kalsiumilla. Gadoliniumia esiintyy kahdessa allotrooppisessa muodossa. A-faasi on tiiviisti pakattu kuusikulmainen, joiden a = 3,6336 Å ja c = 5,7810 Å huoneenlämpötilassa. P-faasi on kehon keskittämä kuutio, a = 4,06 A lämpötilassa 1,265 ° C (2,309 ° F).

Gadoliniumyhdisteiden pääasiallisiin käyttötarkoituksiin kuuluvat fluoresoivien lamppujen fosforien isäntäaineet, röntgensäteitä vahvistavat näytöt ja röntgen tomografiaa varten tarkoitetut tuikelaitteet ja magneettikuvauskuvaus (MRI) -kontrastiaine (vesiliukoisten kelaattien muodossa). Muita käyttökohteita ovat ydinreaktorien suojaissa ja säätösauvoissa (erittäin korkean ydinabsorption poikkileikkauksen vuoksi) ja yttrium-gadoliniumgranaatin komponenttina, jota käytetään viestinnässä.

Amerikkalainen kemisti William F. Giauque ja hänen jatko-opiskelija DP MacDougal käyttivät Gadolinium-sulfaattia, Gd ₂ (SO ₄) _{3 ―} 7H ₂ O, vuonna 1933 saavuttaakseen lämpötilan alle 1 K (–272 ° C tai –458 ° F). adiabaattisella demagnetoinnilla. Gadoliniummetallia käytti Gerald V. Brown aktiivisena elementtinä huoneenlämpöisessä magneettisessa jääkaapin prototyypissä, joka saavutti lämpötilavälin lähes 80 ° C (176 ° F) käyttämällä 7 teslan magneettikenttää. ja vesipohjainen lämmönvaihtoneste. Siitä lähtien metallista on tullut valittu magneettinen kylmäainemateriaali monille jatkuvasti toimiville laboratoriomagneettisille jäähdytyslaitteille. Vuonna 1997 amerikkalaiset materiaalitieteilijät Vitalij Pecharsky ja Karl Gschneidner, Jr., löysivät jättiläismäisen magnetokalorisen vaikutuksen Gd ₅ (Si _{1 - x} Ge _x) ₄ -yhdisteissä; tämä löytö antoi voimakkaan sysäyksen magneettisen jäähdytystekniikan kehittämiselle ja kaupallistamiselle.

Gadolinium osoittaa hapetustilan +3 kaikissa yhdisteissään; se käyttäytyy tyypillisenä harvinaisena maametallina. Sen suolat ovat valkoisia ja liuokset värittömiä.

Elementin ominaisuudet

atominumero	64
atomipaino	157,25
sulamispiste	1 313 ° C (2 395 ° F)
kiehumispiste	3 273 ° C (5 923 ° F)
tietty painovoima	7.901 (24 ° C tai 75 ° F)
hapetustila	+3
elektronikonfiguraatio	[Xe] 4f 7 5d 1 6s 2