الجادولينيوم هو أحد أشباه الفلزات النادرة الموجودة في الطبيعة ممزوجة بمعادن أخرى، مثل الجادولينيت والديديميوم. ويزدهر استخراجه اليوم، لما يحتويه من خصائص تستخدم في المجال النووي والطب والإلكترونيات. اكتشف كل شيء عن هذا العنصر الطبيعي.
ما هو الجادولينيوم؟
ينتمي هذا العنصر الكيميائي إلى مجموعة اللانثانيدات أو العناصر الأرضية النادرة ضمن الجدول الدوري. وهو في حالته الطبيعية يكون صلبًا وناعمًا وقابلاً للطرق ومرنًا وأبيض فضي اللون. وهو موجود في القشرة الأرضية بإنتاج 7.7 جزء في المليون، وله قدرة أكبر على جذب البروتونات. بالإضافة إلى ذلك، فهو يمارس تأثيرًا مغناطيسيًا مكثفًا عند درجات الحرارة العالية وفي درجات الحرارة المنخفضة يتصرف مثل المغناطيس الحديدي.
رمز الجادولينيوم
تم تسمية Gd على اسم الجادولينيت، وهو معدن اكتشفه الكيميائي والجيولوجي الفنلندي يوهان جادولين قبل ذلك بكثير. على الرغم من أن الفصل بين المعدن والمعدن تم تحقيقه لأول مرة على يد الكيميائي الفرنسي بول إميل ليكوك دي بويسبودران.
خصائص الجادولينيوم
وهو أكسيد انتقالي داخلي يوجد بشكل عام في الحالة الثلاثية (Gd3). الخصائص المغناطيسية للجادولينيوم تضعه في مجموعة العناصر التي تشكل المغناطيس. وبالإضافة إلى ذلك، فإن هذا المعدن له خصائص ملحوظة أخرى:
- الحالة : صلبة ومتعددة البلورات.
- اللون : أبيض فضي، عديم اللون في الأملاح.
- الذوبان : قابل للذوبان في الأحماض.
- السمية : وهي شديدة السمية في حالتها الطبيعية.
- التفاعل : يتفاعل مع الماء والأكسجين ولا يتغير مع الهواء الجاف . بينما مع الرطوبة يشكل طبقة أكسيد.
- الهيكل : بلوري وسداسي مدمج.
- التركيب : يحتوي على 64 إلكترونًا موزعة على 6 مدارات.
الخواص الكيميائية والفيزيائية للجادولينيوم
- العدد الذري : 64
- الفترة : 6
- كتلة : ف
- المجموعة : 3
- الكثافة: 7.89
- نقطة الانصهار: 1312 درجة مئوية
- نصف القطر الذري: 1.79
- متوسط نصف القطر: 188 ساعة
- السالبية الكهربية: 1.20
- حالة الأكسدة: 3
- الصدأ: أساسي قليلاً.
- نصف القطر التساهمي (Å): 1.61
- إلكترونات لكل طبقة: 2، 8، 18، 25، 9، 2
- التكوين الإلكتروني: [Xe]4f 7 5d 1 6s 2
- جهد التأين الأول فولت: 6.20
- الموصلية الحرارية: 10.6 واط/(كم)
- الكتلة الذرية (جم/مول): 157.25
- الحرارة النوعية: 230 جول/(كجم-كجم)
- نقطة الغليان: 3000 درجة مئوية
- الموصلية الكهربائية: 0.736106 ثانية/م
أصل الجادولينيوم
كان الكيميائي جان تشارلز غاليسار دي ماريناك هو أول من اكتشف الجادولينيوم في عام 1880، في خامات ديديم وجادولينيت في جنيف. وبالوسائل الطيفية، رصده على أنه أكسيد أبيض من معدن السامارسكيت، وفي ذلك الوقت أطلق عليه اسم Y من السامارسكيت.
إلا أن الكيميائي الفرنسي بول إميل ليكوك دي بيسبودران قام بالفصل بين المعدن ومعدن الجادولينيا عام 1886. وهذا ما أطلق عليه اسم الجادولينيوم. ومنذ ذلك الحين، بدأ استخراج هذا المعدن متوسط الوزن، بشكل رئيسي في منجم يتربي في ستوكهولم، على الرغم من استنفاد هذا المورد الطبيعي حاليًا في هذه المنطقة.
اليوم، يتم الحصول على هذا الفلز عن طريق اختزال فلوريد الكالسيوم مع الجادولينيوم اللامائي. يتم استخراجه من معادن الجادولينيت والديديم والباستناسيت وخاصة الموناسيت في دول مثل الصين والولايات المتحدة والسويد.
ما هي استخدامات الجادولينيوم؟
هناك العديد من الاستخدامات للجادولينيوم، أهمها المركبات المستخدمة في تصنيع أنابيب أجهزة التلفزيون الملونة والجادولينيوم-يتريوم في تطبيقات الموجات الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام هذا الفلز لصنع الأقراص المضغوطة. يتم استخدام مزيج الجادولينيوم مع كبريتات الإيثيل لإعطاء سعة أكبر لمكبرات الصوت وأنظمة الصوت الاحترافية.
بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا لخصائصها المغناطيسية الحديدية، يتم تصنيع الأجزاء للمفاعلات النووية، والتبريد المغناطيسي، وصناعة السكك الحديدية، والتكنولوجيا الهجينة، والإلكترونيات المتقدمة.
عامل التباين الجادولينيوم في التصوير بالرنين المغناطيسي
يحتوي الجادولينيوم على إلكترونات فردية تعمل على زيادة شدة المجال المغناطيسي بالقرب من جزيئه. بطريقة تقلل من وقت استرخاء أقرب البروتونات لخلق زيادة في شدة الإشارة بين الأنسجة الوعائية وغير الوعائية. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام محاليل الجادولينيوم كتباين في الوريد لتحسين الصورة في التصوير بالرنين المغناطيسي.
الآثار الضارة للجادولينيوم
تسبب استخدام مادة التباين الجادولينيوم في التصوير بالرنين المغناطيسي لدى بعض الأشخاص في حدوث تليف جهازي أو كلوي المنشأ. الأعراض التي تظهرها هي سماكة الأعضاء والجلد والأنسجة لدى المرضى الذين يعانون من الفشل الكلوي أو مشاكل في الكبد.
بالإضافة إلى ذلك، فإن هذا المعدن ضار جدًا بالصحة في مكان العمل حيث يتم استخراجه وفي الصناعات التي تستخدمه كمادة خام. حيث يمكن استنشاق الغازات والرطوبة بسهولة. يمكن أن تسبب درجة عالية من التلوث لدى الشخص انسدادًا رئويًا أو تسبب تلفًا خطيرًا في الكبد.
ومن ناحية أخرى، يتم تصريف هذا المعدن في مياه الأنهار والبحار والبيئة أثناء استخراجه أو عند التخلص من المعدات الإلكترونية عندما تفقد عمرها الإنتاجي. ويؤدي ذلك إلى استهلاك مادة الجادولينيوم عند الإنسان والحيوان مما يسبب اضطرابات في وظائف أعصاب المخ والتكاثر.
في الختام، الجادولينيوم هو معدن متوسط الوزن، من مجموعة اللانثانيدات في الجدول الدوري، مع نسبة عالية من الخصائص المغناطيسية الحديدية المستخدمة في المجالات التكنولوجية والإلكترونية والنووية والطبية.