Гадолиний — один из редких металлоидов, встречающихся в природе в смеси с другими минералами, такими как гадолинит и дидимий. Его добыча сегодня процветает, поскольку он содержит свойства, используемые в ядерной области, медицине и электронике. Узнайте все об этом природном элементе.
Что такое Гадолиний?
Этот химический элемент принадлежит к группе лантаноидов или редкоземельных элементов периодической таблицы. В естественном состоянии он твердый, мягкий, податливый, пластичный, серебристо-белого цвета. Присутствующий в земной коре в концентрации 7,7 частей на миллион, он обладает большей способностью притягивать протоны. Кроме того, он оказывает интенсивный парамагнитный эффект при высоких температурах, а при низких ведет себя как ферромагнетик.
Символ гадолиния
Gd назван в честь гадолинита, минерала, открытого намного раньше финским химиком и геологом Йоханом Гадолином. Хотя разделение металла и минерала впервые удалось осуществить французскому химику Полю Эмилю Лекоку де Буабодрану.
Характеристики гадолиния
Это внутренний переходный оксид, который обычно находится в трехвалентном состоянии (Gd3). Ферромагнитные характеристики гадолиния помещают его в группу элементов, образующих магниты. Кроме того, у этого металлоида есть и другие примечательные характеристики:
- Состояние : Твердый и поликристаллический.
- Цвет : Серебристо-белый, бесцветный в солях.
- Растворимость : В кислотах растворим.
- Токсичность : В естественном состоянии очень токсичен.
- Реакционная способность : Реагирует с водой и кислородом, не проявляет изменений в сухом воздухе. При влажности он образует оксидный слой.
- Структура : Кристаллическая, компактная гексагональная.
- Состав : Имеет 64 электрона, распределенных в 6 оболочках.
Химические и физические свойства гадолиния
- Атомный номер : 64
- Период : 6
- Блок : ф
- Группа : 3
- Плотность: 7,89
- Температура плавления: 1312°С.
- Атомный радиус: 1,79
- Средний радиус: 188 часов
- Электроотрицательность: 1,20
- Степень окисления: 3
- Ржавчина: Немного простой.
- Ковалентный радиус (Å): 1,61
- Электронов на слой: 2, 8, 18, 25, 9, 2
- Электронная конфигурация: [Xe]4f 7 5d 1 6s 2
- Первый потенциал ионизации эВ: 6,20
- Теплопроводность: 10,6 Вт/(км)
- Атомная масса (г/моль): 157,25
- Удельная теплоемкость: 230 Дж/(К-кг)
- Точка кипения: 3000ºC
- Электропроводность: 0,736·106 См/м.
Происхождение гадолиния
Именно химик Жан Шарль Галиссар де Мариньяк впервые обнаружил гадолиний в 1880 году в рудах дидима и гадолинита в Женеве. Спектроскопическими методами он наблюдал его как беловатый оксид минерала Самарскит, после чего назвал его Y Самарскита.
Однако в 1886 году французский химик Поль Эмиль Лекок де Бисбодран разделил металл и минерал гадолинию. Именно это и дало ему название гадолиний. С тех пор этот средний по весу металл стали добывать, в основном, на руднике Иттерби в Стокгольме, хотя в настоящее время в этой местности этот природный ресурс исчерпан.
Сегодня этот металлоид получают восстановлением фторида кальция безводным гадолинием. Его добывают из минералов гадолинита, дидима, бастназита и особенно монацита в таких странах, как Китай, США и Швеция.
Для чего используется гадолиний?
Гадолиний имеет множество применений, основными из которых являются соединения, используемые при производстве трубок для цветных телевизоров, а также гадолиний-иттрий в микроволновой печи. Кроме того, этот металлоид используется для изготовления компакт-дисков. Комбинация гадолиния с этилсульфатом используется для придания большей амплитуды усилителям и профессиональным аудиосистемам.
Кроме того, благодаря его ферромагнитным характеристикам изготавливаются детали для ядерных реакторов, магнитного охлаждения, железнодорожной промышленности, гибридных технологий и современной электроники.
Контрастное вещество гадолиний при МРТ
Гадолиний имеет нечетные электроны, которые создают напряженность магнитного поля вблизи его молекулы. Таким образом, он уменьшает время релаксации ближайших протонов, создавая увеличение интенсивности сигнала между сосудистыми и несосудистыми тканями. Кроме того, растворы гадолиния используются в качестве внутривенного контраста для улучшения изображения при магнитно-резонансной томографии.
Побочные эффекты гадолиния
Использование контрастного вещества гадолиния для МРТ у некоторых людей вызывало системный или нефрогенный фиброз. Симптомами, которые он представляет, являются утолщение органов, кожи и тканей у пациентов с почечной недостаточностью или проблемами печени.
Кроме того, металлоид очень вреден для здоровья на производстве, где его добывают, и в отраслях, использующих его в качестве сырья. Так как газы и влагу можно легко вдыхать. Высокая степень загрязнения у человека может вызвать тромбоэмболию легочной артерии или вызвать серьезное поражение печени.
С другой стороны, этот металл сбрасывается в воды рек, морей и окружающую среду при его добыче или при выбрасывании электронного оборудования, потерявшего свой срок службы. Это приводит к потреблению гадолиния человеком и животными, что вызывает нарушения функций нервов головного мозга и репродукции.
В заключение отметим, что гадолиний — это металл среднего веса из группы лантаноидов периодической таблицы с высоким содержанием ферромагнитных свойств, используемый в технологической, электронной, ядерной и медицинской областях.