Gadolinium

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 18.6.2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 5 muokkausta .

Gadolinium

← Europium | Terbium →

Gd
↓
cm

64 Gd

Yksinkertaisen aineen ulkonäkö

Gadoliininäyte

Atomin ominaisuudet

Nimi, symboli, numero

Gadolinium / Gadolinium (Gd), 64

Ryhmä , jakso , lohko

3 (vanhentunut 3), 6,
f-elementti

Atomimassa
( moolimassa )

157.25(3) [1] a. e. m ( g / mol )

Elektroninen konfigurointi

[Xe] 6s 2 4f 7 5d 1

Atomin säde

klo 179

Kemiallisia ominaisuuksia

kovalenttinen säde

klo 161

Ionin säde

(+3e) 93.8 pm

Elektronegatiivisuus

1,20 (Paulingin asteikko)

Elektrodin potentiaali

Gd←Gd 3+ -2,28V

Hapetustilat

+1, +2, +3

Ionisaatioenergia
(ensimmäinen elektroni)

594,2 (6,16) kJ / mol ( eV )

Yksinkertaisen aineen termodynaamiset ominaisuudet

Tiheys ( n.a. )

7,900 g/cm³

Sulamislämpötila

1586 000 _

Kiehumislämpötila

3539 000 _

Oud. sulamisen lämpöä

10,0 kJ/mol

Oud. haihtumislämpö

398 kJ/mol

Molaarinen lämpökapasiteetti

37,1 [2] J/(K mol)

Molaarinen tilavuus

19,9 cm³ / mol

Yksinkertaisen aineen kidehila

Hilarakenne

Kuusikulmainen

Hilan parametrit

a = 3,636 c = 5,783 Å

c / a suhde

1 590

Muut ominaisuudet

Lämmönjohtokyky

(300 K) (10,5) W/(m K)

CAS-numero

7440-54-2

pisimpään eläneet isotoopit

Isotooppi	Yleisyys _	Puolikas elämä	Decay kanava	Hajoamistuote
148 Gd	syntetisaattori.	75 vuotta vanha	α	144 cm_
150 Gd	syntetisaattori.	1,8⋅10 6 vuotta	α	146 cm_
152 Gd	0,20 %	1,08⋅10 14 vuotta	α	148 cm_
154 Gd	2,18 %	vakaa	-	-
155 Gd	14,80 %	vakaa	-	-
156 Gd	20,47 %	vakaa	-	-
157 Gd	15,65 %	vakaa	-	-
158 Gd	24,84 %	vakaa	-	-
160 Gd	21,86 %	vakaa	-	-

64	Gadolinium
Gd157,25
4f 7 5d 1 6s 2

Gadolinium ( kemiallinen symboli - Gd , sanasta Novolat. Gadolinium ) on D. I :n kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän kuudennen ajanjakson 3. ryhmän kemiallinen alkuaine ( vanhentuneen luokituksen mukaan - kolmannen ryhmän sivualaryhmä, IIIB) . Mendelejev , atominumerolla 64.

Kuuluu Lanthanide -perheeseen .

Yksinkertainen aine gadolinium on pehmeä , hopeanvalkoinen harvinainen maametalli .

Historia

Gadoliniumin löysi vuonna 1880 Jean de Marignac , joka osoitti spektroskooppisesti uuden alkuaineen läsnäolon harvinaisten maametallien oksidien seoksessa. Alkuaine on nimetty suomalaisen kemistin Johan Gadolinin mukaan .

Luonnossa oleminen

Clark-gadolinium maankuoressa (Taylorin mukaan) - 8 g / t , pitoisuus valtamerivedessä - 2,4⋅10 -6 mg / l .

Talletukset

Gadoliini on osa Lantanides -heimon malmeja .

Fysikaaliset ominaisuudet

Gadoliiniatomin täydellinen elektroninen konfiguraatio on: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 7 5d 1 .

Gadolinium on pehmeä, sitkeä, hopeanvalkoinen harvinainen maametalli . Ei radioaktiivinen . Se on ferromagneetti .

Luonnossa sitä esiintyy pääasiassa suolan muodossa.

Isotoopit

Luonnollinen gadolinium koostuu kuudesta stabiilista isotoopista ( 154 Gd, 155 Gd, 156 Gd, 157 Gd, 158 Gd ja 160 Gd) ja yhdestä epästabiilista 152 Gd:stä.

Kemialliset ominaisuudet

Gadoliniumin kemialliset ominaisuudet ovat samanlaiset kuin muiden lantanidien. Reagoi aktiivisesti suolahapon kanssa 2Gd + 6HCl = 2GdCl3 + 3H2

Alkalin kestävä. Reagoi halogeenien kanssa. Rikin kanssa reaktio tapahtuu kuumennettaessa. Ilmassa se on peitetty suojaavalla oksidikalvolla, joka suojaa sitä hapettumiselta.

Haetaan

Gadoliniumia saadaan pelkistämällä gadoliniumfluoridia tai -kloridia ( GdF 3 , GdCl 3 ) kalsiumilla. Gadoliiniyhdisteitä saadaan erottamalla harvinaisten maametallien oksidit fraktioiksi.

Sovellus

Gadolinium avaa jatkuvasti uusia käyttökohteitaan, ja suurelta osin tämä johtuu ydinfysikaalisten ja magneettisten erityisominaisuuksien lisäksi myös valmistettavuudesta. Gadoliniumin pääasialliset käyttöalueet ovat elektroniikka ja ydinvoima , ja sitä käytetään laajalti myös paramagneettisena varjoaineena lääketieteessä.

Magneettinen tallennusväline

Useat gadoliiniseokset ja erityisesti seokset koboltin ja raudan kanssa mahdollistavat valtavan tallennustiheyden omaavien tietovälineiden luomisen. Tämä johtuu siitä, että näihin seoksiin muodostuu erityisiä rakenteita - CMD -sylinterimäisiä magneettisia domeeneja ja domeenien koot ovat alle 1 mikronin , mikä mahdollistaa nykyaikaisen tietokonetekniikan muistivälineiden luomisen , joiden tallennustiheys on 1- 9 miljardia bittiä (0,1 ... 1 Gt) yhtä neliösenttimetriä kohden kantoaaltoaluetta.

Lääketieteessä

Gadolinium-153 :a käytetään säteilylähteenä lääketieteessä osteoporoosin diagnosoinnissa. Gadoliiniumkloridia käytetään estämään Kupffer-soluja maksan hoidossa.

Kontrasti magneettikuvauksessa

Gadoliini on paramagneettisten varjoaineiden perusta magneettikuvauksessa . Varjoaine, kuten gadodiamidi , on vesiliukoinen suolaliuos, joka annetaan suonensisäisesti ja kerääntyy alueille, joilla on lisääntynyt verenkierto (kuten pahanlaatuiset kasvaimet). Harvinaisten maametallien sisällöstä johtuen varjoaine on suhteellisen kallis - yhden annoksen hinta vuonna 2010 on 5-10 tuhatta ruplaa. Useat MRI-tutkimukset ovat epätietoisia ilman kontrastin tehostamista. Ensimmäisen paramagneettisen varjoaineen loi Baer vuonna 1988. [3]

Lasermateriaalit

Gadoliniumia käytetään gadolinium-galliumgranaatin (GGG) ja erityisesti gadolinium-gallium-skandiumgranaatin (GGSG) yksittäiskiteiden kasvattamiseen Czochralski-menetelmällä (vetämällä sulasta) jne. GGSG:n erityisominaisuudet mahdollistavat laserin valmistuksen. järjestelmät, joissa on erittäin korkea hyötysuhde ja erittäin korkeat lasersäteilyn parametrit. Periaatteessa nykyään HHSG on ensimmäinen riittävästi tutkittu lasermateriaali, jolla on todistettu tuotantotekniikka - sillä on korkea konversiotehokkuus ja se soveltuu inertialämpöfuusion laserjärjestelmien luomiseen.

Gadoliinivanadaattia, jossa on neodyymi- ja tuliumioneja, käytetään metallien ja kivien sädekäsittelyyn käytettävien solid-state-laserien valmistukseen sekä lääketieteessä.

Ultravioletti laser

Gadoliini-ionien käyttö lasersäteilyn virittämiseen mahdollistaa 310 nm :n aallonpituudella toimivan lähi-ultraviolettialueella toimivan laserin .

Ydinvoima

Ydinteknologiassa useita gadoliniumin isotooppeja on löydetty käyttöä lämpöneutronien absorboijana . Luonnollisen isotooppien seoksen neutronien sieppauspoikkileikkaus on 49 000 barnia . Gadolinium-157 :llä on paras kyky siepata neutroneja (poikkileikkaus - 254 000 barnia ). Nykyaikaisissa ydinreaktoreissa gadoliinia käytetään suojaavana palavana absorboijana, joka on suunniteltu pidentämään reaktorin polttoaineen käyttöaikaa.

Liukoiset gadoliniumyhdisteet ovat kiinnostavia käytetyn ydinpolttoaineen jälleenkäsittelylaitoksissa estämään vyöhykkeiden muodostumista prosessilaitoksissa, joissa on halkeamiskelpoisen materiaalin kriittisiä massoja. Gadoliinioksidin pohjalta valmistetaan ydinteollisuudessa käytettyjä emaleja, keramiikkaa ja maaleja. Gadoliniumin ja nikkelin seoksesta valmistetaan säiliöitä radioaktiivisen jätteen loppusijoitusta varten.

Gadoliinioksidia käytetään lämpöneutroneja absorboivan lasin sulattamiseen. Yleisin tällaisen lasin koostumus: boorioksidi - 33%, kadmiumoksidi - 35%, gadoliniumoksidi - 32%.

Lämpösähköiset materiaalit

Gadoliinitelluridi voi toimia erittäin hyvänä lämpösähköisenä materiaalina (termo-emf 220 - 250 μV/K ).

Suprajohteet

Yhtenä peruskomponenttina se sisältyy suprajohtavan keramiikan koostumukseen yleiskaavalla RE-123, jossa RE tarkoittaa harvinaisia maametalleja . Gadoliiniin perustuvan korkean lämpötilan suprajohtavan keramiikan täydellinen kaava on GdBa 2 Cu 3 O 7-δ , lyhennettynä GdBCO. Suprajohtavan siirtymälämpötila on noin 94 K. Se on yksi edistyneimmistä HTSC-materiaaleista.

Elektroniaseet

Gadoliiniheksaboridia käytetään suuritehoisten elektronitykkien ja röntgenlaitteistojen katodien valmistukseen, koska se on kaikkien harvinaisten maametallien boridien pienin työfunktio - sen 2,05 eV :n työ on verrattavissa alkalimetallien (kalium, rubidium, cesium).

Metallihydridit vedyn varastointiin

Gadolinium-rauta-seosta käytetään erittäin tilavana vetyakuna , ja sitä voidaan käyttää vetyautossa.

Ultramatalien lämpötilojen saavuttaminen

Gadoliinin, germaniumin, piin ja pienen määrän rautaa (1 %) seosta käytetään magneettijääkaappien valmistukseen (perustuu jättiläismäiseen magneettilämpövaikutukseen ) [4] [5] .

Puhtaalla gadoliniumilla on Curie-pisteessä (noin 290 K ) magneettilämpövaikutuksen maksimiarvo luokkaa 4,9 C , kun adiabaattinen magnetointi on 20 kOe :n kentällä [6] . Viime vuosina erityisen kiinnostava on myös gadolinium - terbium -seos (yksikide).

Titaaniseosten seostus

Tietty määrä gadoliinia kuluu jatkuvasti erityisten titaaniseosten valmistukseen (se lisää vetolujuutta ja myötörajaa, kun se on seostettu noin 5 % gadoliinilla).

Biologinen rooli

Gadolinium on mekaanisesti herkkien ionikanavien estäjä, joka estää ne palautuvasti mikromolaarisilla pitoisuuksilla. Se voi myös estää joitain muita ionikanavia.

Hinnat

Metallisevan gadoliniumin, jonka puhtausaste oli 99,9 %, hinnat olivat vuoden 2014 lopussa 132,5 dollaria kilolta [ 7 ] .

Katso myös

Gadoliniitti

Muistiinpanot

↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Alkuaineiden atomipainot 2011 (IUPAC Technical Report ) // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85 , no. 5 . - s. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
↑ Pääkirjoitus: Knunyants I. L. (päätoimittaja). Chemical Encyclopedia: 5 osana - Moskova: Soviet Encyclopedia, 1988. - T. 1. - S. 450. - 623 s. - 100 000 kappaletta.
↑ Magneettiresonanssikuvaus (MRI) . Haettu 10. huhtikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 27. marraskuuta 2011. (määrätön)
↑ Kellumisen vaikutus Gd5:n (Si2Ge2) jättiläismäiseen magneettilämpövaikutukseen
↑ Magneettinen jäähdytys on jo todellisuutta . Haettu 14. lokakuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 27. maaliskuuta 2019. (määrätön)
↑ Arefiev I. M.: Erittäin hajaantuneiden magneettien magneettilämpövaikutus ja lämpökapasiteetti
↑ Gadoliniumin hinnat . Metal-Pages (16. marraskuuta 2014). Haettu 13. marraskuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 16. marraskuuta 2014.

Linkit

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri tanskalainen Suuri katalaani Hienoa norjalaista Iso venäläinen Britannica (verkossa) Treccani Universalis
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4155786-4 J9U : 987007555550305171 LCCN : sh85052688

D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollinen järjestelmä

klo

vrt

alkalimetallit	maa-alkalimetallit	Lantanidit	aktinidit	siirtymämetallit
kevyet metallit	Puolimetallit	ei-metallit	Halogeenit	jalokaasut

Gadoliiniyhdisteet _

Gadolium(III)asetaatti (Gd 2 (C 2 H 3 O 2 ) 3 )
Gadolinium(III)bromidi (GdBr 3 )
Gadolinium(III)hydroksidi (Gd(OH) 3 )
Gadolinium(III)jodidi (GdI 3 )
Gadolinium(III)nitraatti (Gd(NO 3 ) 3 )
Gadolinium(III)oksalaatti (Gd 2 (C 2 O 4 ) 3 )
Gadoliini(III)oksidi (Gd 2 O 3 )
Gadolinium(III) selenaatti (Gd 2 (SeO 4 ) 3 )
Gadolium (III)sulfidi (Gd 2S 3 )
Gadolium(III)sulfaatti (Gd 2 (SO 4 ) 3 )
Gadonium(III)-kaliumsulfaatti (Gd 2 (SO 4 ) 3
K2SO4 ) _ _ _
Gadolium(III)fluoridi (GdF 3 )
Gadolinium(III)kloridi ( GdCl3 )

Metallien sähkökemiallisen toiminnan sarja
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , Th , Np , U , Hf , Be , Al , Ti , Zr , Yb , Mn , V , Nb , Pa , Cr , Zn , Ga , Fe , Cd , In , Tl , Co _ Ni , Te , Mo , Sn , Pb , H2 , W , Sb , Bi , Ge , Re , Cu , Tc , Te , Rh , Po , Hg , Ag , Pd , Os , Ir , Pt , Au _