Gadoliniu

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 18 iunie 2022; verificările necesită 5 modificări .

Gadoliniu

← Europiu | Terbiu →

Gd
↓
cm

64 Gd

Aspectul unei substanțe simple

Probă de gadoliniu

Proprietățile atomului

Nume, simbol, număr

Gadoliniu / Gadoliniu (Gd), 64

Grup , punct , bloc

3 (învechit 3), 6,
element f

Masa atomica
( masa molara )

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

Configuratie electronica

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

Raza atomului

ora 179

Proprietăți chimice

raza covalentă

ora 161

Raza ionică

(+3e) 93.8 pm

Electronegativitatea

1.20 (scara Pauling)

Potențialul electrodului

Gd←Gd 3+ -2,28V

Stări de oxidare

+1, +2, +3

Energia de ionizare
(primul electron)

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

Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple

Densitate (la n.a. )

7.900 g/cm³

Temperatură de topire

1586K _

Temperatura de fierbere

3539K _

Oud. căldură de fuziune

10,0 kJ/mol

Oud. căldură de evaporare

398 kJ/mol

Capacitate de căldură molară

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

Volumul molar

19,9 cm³ / mol

Rețeaua cristalină a unei substanțe simple

Structura de zăbrele

Hexagonal

Parametrii rețelei

a=3,636 c=5,783 Å

raport c / a

1.590

Alte caracteristici

Conductivitate termică

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

numar CAS

7440-54-2

izotopii cei mai longevivi

Izotop	Prevalență _	Jumătate de viață	Canal de dezintegrare	Produs de degradare
148 Gd	sinteză.	75 de ani	α	144 cm _
150 Gd	sinteză.	1,8⋅10 6 ani	α	146 cm _
152 Gd	0,20%	1.08⋅10 14 ani	α	148 cm _
154 Gd	2,18%	grajd	-	-
155 Gd	14,80%	grajd	-	-
156 Gd	20,47%	grajd	-	-
157 Gd	15,65%	grajd	-	-
158 Gd	24,84%	grajd	-	-
160 Gd	21,86%	grajd	-	-

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

Gadoliniu ( simbol chimic - Gd , de la Novolat. Gadoliniu ) este un element chimic al grupului al 3-lea (conform clasificării învechite - un subgrup lateral al celui de-al treilea grup, IIIB) din a șasea perioadă a sistemului periodic de elemente chimice din D. I. Mendeleev , cu număr atomic 64.

Aparține familiei Lanthanide .

Substanța simplă gadoliniu este un metal moale , alb-argintiu , pământuri rare .

Istorie

Gadoliniu a fost descoperit în 1880 de Jean de Marignac , care a dovedit spectroscopic prezența unui nou element într-un amestec de oxizi de pământuri rare. Elementul a fost numit după chimistul finlandez Johan Gadolin .

Fiind în natură

Clark gadoliniu în scoarța terestră (conform lui Taylor) - 8 g / t , conținutul în apa oceanului - 2,4⋅10 -6 mg / l .

Depozite

Gadoliniul face parte din minereurile din familia Lanthanides .

Proprietăți fizice

Configurația electronică completă a atomului de gadoliniu este: 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 .

Gadoliniul este un metal moale, ductil, alb-argintiu al pământurilor rare . Nu radioactiv . Este un feromagnet .

În natură, se găsește în principal sub formă de sare.

Izotopi

Gadoliniul natural este format din șase izotopi stabili ( 154 Gd, 155 Gd, 156 Gd, 157 Gd, 158 Gd și 160 Gd) și unul instabil 152 Gd.

Proprietăți chimice

Proprietățile chimice ale gadoliniului sunt similare cu alte lantanide. Reacționează activ cu acidul clorhidric 2Gd + 6HCl = 2GdCl3 + 3H2

Rezistent la alcaline. Reacţionează cu halogenii. Cu sulful, reacția are loc atunci când este încălzit. În aer, este acoperit cu o peliculă de oxid de protecție, care îl protejează de oxidarea ulterioară.

Obținerea

Gadoliniul se obține prin reducerea fluorurii sau clorurii de gadoliniu (GdF 3 , GdCl 3 ) cu calciu. Compușii de gadoliniu se obțin prin separarea oxizilor metalelor pământurilor rare în fracții.

Aplicație

Gadoliniul deschide în mod constant din ce în ce mai multe noi domenii de aplicare și, în mare măsură, acest lucru se datorează nu numai proprietăților nucleare-fizice și magnetice speciale, ci și fabricabilității. Principalele domenii de aplicare ale gadoliniului sunt electronica și energia nucleară și este, de asemenea, utilizat pe scară largă ca agent de contrast paramagnetic în medicină.

Medii de stocare magnetice

O serie de aliaje de gadoliniu, și în special un aliaj cu cobalt și fier, fac posibilă crearea purtătoarelor de informații cu o densitate de înregistrare enormă. Acest lucru se datorează faptului că în aceste aliaje se formează structuri speciale - CMD - domenii magnetice cilindrice , iar dimensiunile domeniului sunt mai mici de 1 micron , ceea ce face posibilă crearea unui suport de memorie pentru tehnologia computerizată modernă cu o densitate de înregistrare de 1- 9 miliarde de biți (0,1 ... 1 GB) pe 1 centimetru pătrat de suprafață purtătoare.

În medicină

Gadoliniu-153 este folosit ca sursă de radiații în medicină pentru a diagnostica osteoporoza. Clorura de gadoliniu este utilizată pentru a bloca celulele Kupffer în tratamentul ficatului.

Contrast în RMN

Gadoliniul este baza agenților de contrast paramagnetic în imagistica prin rezonanță magnetică . Un agent de contrast, cum ar fi gadodiamida , este o soluție de sare solubilă în apă care se administrează intravenos și se acumulează în zonele cu aport de sânge crescut (cum ar fi tumorile maligne). Datorită conținutului de elemente de pământuri rare, agentul de contrast este relativ scump - prețul unei doze în 2010 este de 5-10 mii de ruble. Un număr de studii RMN nu sunt informative fără îmbunătățirea contrastului. Primul agent de contrast paramagnetic a fost creat de Baer în 1988. [3]

Materiale laser

Gadoliniu este utilizat pentru cultivarea monocristalelor de granat de gadoliniu-galiu (GGG) și în special de granat de gadoliniu-galiu-scandiu (GGSG) prin metoda Czochralski (smulgerea din topitură), etc. Proprietățile speciale ale GGSG fac posibilă fabricarea laserului sisteme cu o eficiență extrem de ridicată și parametri ultraînalți ai radiațiilor laser. În principiu, astăzi HHSG este primul material laser care a fost studiat într-o măsură suficientă și are o tehnologie de producție dovedită - are o eficiență ridicată de conversie și este potrivit pentru crearea de sisteme laser pentru fuziunea termonucleară inerțială.

Vanadatul de gadoliniu cu ioni de neodim și tuliu este utilizat pentru producția de lasere cu stare solidă utilizate pentru prelucrarea prin fascicul de metale și pietre, precum și în medicină.

Laser ultraviolet

Utilizarea ionilor de gadoliniu pentru a excita radiația laser face posibilă crearea unui laser care funcționează în domeniul ultraviolet apropiat cu o lungime de undă de 310 nm .

Energia nucleară

În tehnologia nucleară, o serie de izotopi de gadoliniu au găsit folosință ca absorbant termic de neutroni . Secțiunea transversală de captare a neutronilor pentru un amestec natural de izotopi ajunge la 49.000 de hambare . Gadoliniu-157 are cea mai mare capacitate de a capta neutroni (secțiune transversală de captare - 254.000 hambare ). În reactoarele nucleare moderne, gadoliniul este folosit ca un absorbant ardebil de ecranare conceput pentru a extinde funcționarea combustibilului reactorului.

Compușii solubili de gadoliniu prezintă interes în instalațiile de reprocesare a combustibilului nuclear uzat pentru a preveni formarea zonelor cu mase critice de material fisionabil în instalațiile de procesare. Pe baza de oxid de gadoliniu se realizeaza emailuri, ceramica si vopsele folosite in industria nucleara. Un aliaj de gadoliniu și nichel este utilizat pentru a face containere pentru eliminarea deșeurilor radioactive.

Oxidul de gadoliniu este folosit pentru a topi sticla care absoarbe neutronii termici. Cea mai comună compoziție a unei astfel de sticlă: oxid de bor - 33%, oxid de cadmiu - 35%, oxid de gadoliniu - 32%.

Materiale termoelectrice

Telurura de gadoliniu poate funcționa ca un material termoelectric foarte bun (termo-emf 220 - 250 μV/K ).

Supraconductori

Ca unul dintre componentele de bază, este inclus în compoziția ceramicii supraconductoare cu formula generală RE-123, unde RE reprezintă metale de pământuri rare . Formula completă a ceramicii supraconductoare de înaltă temperatură pe bază de gadoliniu este GdBa 2 Cu 3 O 7-δ , abreviată ca GdBCO. Temperatura de tranziție supraconductoare este de aproximativ 94 K. Este unul dintre cele mai avansate materiale HTSC.

Tunuri cu electroni

Hexaborura de gadoliniu este utilizată pentru fabricarea catozilor pentru tunurile cu electroni de mare putere și instalațiile cu raze X, datorită celei mai mici funcții de lucru dintre toate borurile de pământuri rare - activitatea sa de 2,05 eV este comparabilă cu funcția de lucru a metalelor alcaline (potasiu, rubidiu, cesiu).

Hidruri metalice pentru stocarea hidrogenului

Aliajul gadoliniu-fier este folosit ca un acumulator de hidrogen foarte mare și poate fi aplicat pe o mașină cu hidrogen.

Obținerea temperaturilor ultra-scăzute

Un aliaj de gadoliniu, germaniu, siliciu și o cantitate mică de fier (1%) este utilizat pentru producerea frigiderelor magnetice (pe baza efectului magnetocaloric gigant ) [4] [5] .

Gadoliniul pur are o valoare maximă a efectului magnetocaloric la punctul Curie (aproximativ 290 K ) de ordinul a 4,9 C cu magnetizare adiabatică printr-un câmp de 20 kOe [6] . De asemenea, de interes deosebit în ultimii ani este aliajul de gadoliniu - terbiu (monocristal).

Aliarea aliajelor de titan

O anumită cantitate de gadoliniu este consumată constant pentru producția de aliaje speciale de titan ( crește rezistența la rupere și limita de curgere atunci când este aliată cu aproximativ 5% gadoliniu).

Rolul biologic

Gadoliniul este un inhibitor al canalelor ionice mecanosensibile, blocându-le reversibil la concentrații micromolare. Poate bloca și alte canale ionice.

Prețuri

Prețurile pentru gadoliniu metalic cu o puritate de 99,9% la sfârșitul anului 2014 se ridicau la 132,5 dolari SUA per 1 kg [7] .

Vezi și

Gadolinit

Note

↑ 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. Greutăți atomice ale elementelor 2011 (Raport tehnic IUPAC ) // Chimie pură și aplicată . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
↑ Editorial: Knunyants I. L. (redactor-șef). Enciclopedia chimică: în 5 vol. - Moscova: Enciclopedia sovietică, 1988. - T. 1. - S. 450. - 623 p. — 100.000 de exemplare.
↑ Imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) . Consultat la 10 aprilie 2012. Arhivat din original pe 27 noiembrie 2011. (nedefinit)
↑ Efectul plutirii asupra efectului magnetocaloric gigant al Gd5(Si2Ge2)
↑ Răcirea magnetică este deja o realitate . Preluat la 14 octombrie 2017. Arhivat din original la 27 martie 2019. (nedefinit)
↑ Arefiev I. M.: Efectul magnetocaloric și capacitatea termică a magneților foarte dispersi
↑ Prețurile gadoliniului . Metal-Pages (16 noiembrie 2014). Consultat la 13 noiembrie 2014. Arhivat din original pe 16 noiembrie 2014.

Link -uri

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare catalană Mare norvegian Rusă mare Britannica (online) Treccani Universalis
În cataloagele bibliografice	GND : 4155786-4 J9U : 987007555550305171 LCCN : sh85052688

Sistem periodic de elemente chimice a lui D. I. Mendeleev

unu

opt

unu

În

P.m

A.m

Metale alcaline	metale alcalino-pământoase	Lantanide	Actinide	metale de tranziție
metale ușoare	Semimetale	nemetale	Halogeni	gaze nobile

Compușii gadoliniului

Acetat de gadoliniu ( III ) ( Gd2 ( C2H3O2 ) 3 )
Bromură de gadoliniu (III) ( GdBr3 )
Hidroxid de gadoliniu(III) (Gd(OH) 3 )
Iodură de gadoliniu (III) (GdI 3 )
Azotat de gadoliniu(III) (Gd( NO3 ) 3 )
Oxalat de gadoliniu (III) (Gd 2 (C 2 O 4 ) 3 )
Oxid de gadoliniu (III) (Gd 2 O 3 )
Selenat de gadoliniu(III) ( Gd2 ( SeO4 ) 3 )
sulfură de gadoliniu (III) (Gd 2 S 3 )
Sulfat de gadoliniu(III) ( Gd2 ( SO4 ) 3 )
Gadoliniu(III)-sulfat de potasiu ( Gd2 ( SO4 ) 3
K2SO4 ) _ _ _
Fluorura de gadoliniu (III) ( GdF3 )
Clorură de gadoliniu (III) ( GdCl3 )

Seria de activitate electrochimică a metalelor
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 , H 2 , W , Sb , Bi , Ge , Re , Cu , Tc , Te , Rh , Po , Hg , Ag , Pd , Os , Ir , Pt , Au