Гадолиний
|
|||||
| Внешний вид простого вещества | |||||
|---|---|---|---|---|---|
 Мягкий вязкий металл серебристо-белого цвета |
|||||
| Свойства атома | |||||
| Имя, символ, номер |
Гадолиний / Gadolinium (Gd), 64 |
||||
| Атомная масса (молярная масса) |
|||||
| Электронная конфигурация |
[Xe] 4f7 5d1 6s2 |
||||
| Радиус атома |
179 пм |
||||
| Химические свойства | |||||
| Ковалентный радиус |
161 пм |
||||
| Радиус иона |
(+3e) 93,8 пм |
||||
| Электроотрицательность |
1,20 (шкала Полинга) |
||||
| Электродный потенциал |
Gd←Gd3+ -2,28В |
||||
| Степени окисления |
3 |
||||
| Энергия ионизации (первый электрон) |
|||||
| Термодинамические свойства простого вещества | |||||
| Плотность (при н. у.) |
7,900 г/см³ |
||||
| Температура плавления |
1586 K |
||||
| Температура кипения |
3539 K |
||||
| Теплота плавления |
10,0 кДж/моль |
||||
| Теплота испарения |
398 кДж/моль |
||||
| Молярная теплоёмкость |
37,1[1] Дж/(K·моль) |
||||
| Молярный объём | |||||
| Кристаллическая решётка простого вещества | |||||
| Структура решётки |
гексагональная |
||||
| Параметры решётки |
a=3,636 c=5,783 Å |
||||
| Отношение c/a |
1,590 |
||||
| Прочие характеристики | |||||
| Теплопроводность |
(300 K) (10,5) Вт/(м·К) |
||||
| 64 |
Гадолиний
|
|
Gd
157,25
|
|
| 4f75d16s2 | |
Гадоли́ний (лат. Gadolinium), Gd — химический элемент III группы периодической системы Менделеева, атомный номер 64, атомная масса 157,25, относится к лантаноидам.
История [править]
Гадолиний открыт в 1880 году Жаном де Мариньяком, который спектроскопически доказал присутствие в смеси оксидов редкоземельных элементов нового элемента. Назван по имени финского химика Ю. Гадолина.
Нахождение в природе [править]
Кларк гадолиния в земной коре (по Тэйлору) 8 г/т, содержание в воде океанов 2,4·10−6 мг/л.
Месторождения [править]
Гадолиний входит в состав лантаноидов, которые часто встречаются в США, Казахстане, России, Украине, Австралии, Бразилии, Индии, Скандинавии.
Получение [править]
Гадолиний получают восстановлением фторида или хлорида гадолиния (GdF3, GdCl3) кальцием. Соединения гадолиния получают разделением оксидов редкоземельных металлов на фракции.
Цены [править]
Цены на металлический гадолиний чистотой 99,9% в 2012 году составили 200 долл США за 1 кг[2].
Изотопы [править]
 |
Этот раздел не завершён.
Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.
|
Физические свойства [править]
|
|
Этот раздел не завершён.
Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.
|
Химические свойства [править]
|
|
Этот раздел не завершён.
Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.
|
Применение [править]
О гадолинии как о материале современной технологии рассказывать можно довольно долго, ибо этот элемент постоянно открывает все новые и новые области своего применения, и в немалой степени это обусловлено не только особыми ядерно-физическими свойствами, но и технологичностью. Основными областями применения гадолиния являются электроника и ядерная энергетика.
Магнитные носители информации [править]
Ряд сплавов гадолиния и особенно сплав с кобальтом и железом позволяет создавать носители информации с колоссальной плотностью записи. Это обусловлено тем, что в этих сплавах образуются особые структуры — ЦМД — цилиндрические магнитные домены, причём размеры доменов менее 1 мкм, что позволяет создавать носители памяти для современной компьютерной техники с плотностью записи 1—9 миллиардов бит, что равно примерно 0,1—1 ГБ на 1 квадратный сантиметр площади носителя.
Контрастирование при МРТ [править]
Лазерные материалы [править]
Гадолиний применяется для выращивания методом Чохральского (вытягивание из расплава) монокристаллов гадолиний-галлиевого граната (ГГГ) и особенно гадолиний-галлий-скандиевого граната (ГСГГ), и др. Особые свойства ГСГГ позволяют на его основе изготавливать лазерные системы с предельно высоким КПД и сверхвысокими параметрами лазерного излучения. В принципе ГСГГ на сегодняшний день является первым в достаточной степени изученным и имеющим отработанную технологию производства лазерным материалом — обладающим высоким КПД преобразования и пригодным для создания лазерных систем для инерциального термоядерного синтеза. Ванадат гадолиния с ионами неодима и тулия применяется для производства твердотельных лазеров, применяемых для лучевой обработки металлов и камня, а также и в медицине.
Ядерная энергетика [править]
В атомной технике гадолиний нашел применение для защиты от тепловых нейтронов, так как этот элемент обладает наивысшей способностью к захвату нейтронов из всех стабильных элементов. Его сечение равно 49000 барн. Но из всех изотопов гадолиния наивысшей способностью к захвату нейтронов обладает его изотоп гадолиний-157, сечение захвата 254000 барн.
В этой связи гадолиний очень интересен для управления ядерным реактором и для конструирования защиты от нейтронов. На основе окиси гадолиния изготавливаются эмали, керамика и краски используемые в атомной технике. Для регулирования атомного реактора применяется так же борат гадолиния. Растворимые соединения гадолиния могут быть использованы для стабилизации растворов, получаемых при переработке ТВЭЛов растворением в кислотах для последующего разделения. Стабилизирующее действие солей гадолиния проявляется в способности «глушить» ядерные реакции в таких растворах, и позволяет осуществлять ряд технологических операций, связанных с концентрированием таких растворов, а значит с уменьшением критического объема и образованием критических масс.
Оксид гадолиния используется для варки стекла, поглощающего тепловые нейтроны. Самый распространенный состав такого стекла: оксид бора-33 %,оксид кадмия-35 %, оксид гадолиния-32 %.
Получение сверхнизких температур [править]
В небольшом объеме гадолиний применяется для получения сверхнизких температур в научных исследованиях, так например сульфат гадолиния при размагничивании вблизи к Абсолютному нулю температур позволяет снизить температуру до 0,0001 К. Наряду с сульфатом гадолиния для получения сверхнизких температур используют так же и хлорид гадолиния.
Сверхпроводники [править]
В качестве одного из базовых компонентов, входит в состав сверхпроводящей керамики с общей формулой RE-123, где RE обозначает редкоземельные металлы. Полная формула высокотемпературной сверхпроводящей керамики на основе гадолиния — GdBa2Cu3O7-δ, сокращенно — GdBCO. Температура сверхпроводящего перехода около 94 К. Является одним из наиболее передовых ВТСП-материалов.
Производство катодов электронных пушек [править]
Гексаборид гадолиния применяется для изготовления катодов мощных электронных пушек и рентгеновских установок, ввиду самой маленькой работы выхода из всех боридов редких земель, и его работа в 2,05 эВ сравнима с работой выхода щелочных металлов (калий, рубидий, цезий).
Ультрафиолетовый лазер [править]
Использование ионов гадолиния для возбуждения лазерного излучения позволяет создать лазер работающий в ближнем ультрафиолетовом диапазоне с длиной волны 0,31 мк (310нм).
Производство металлогидридов для хранения водорода [править]
Сплав гадолиний-железо применяется как очень емкий аккумулятор водорода, и может быть применен для водородного автомобиля.
Использование гадолиния в медицине [править]
Гадолиний-153 используется в качестве источника излучения в медицине для диагностики остеопороза. Хлорид гадолиния применяется для блокады клеток Купфера при лечении печени.
Контрастный препарат гадодиамид также содержит гадолиний. Контрастный препарат представляет раствор его водорастворимой соли, который вводится внутривенно и накапливается в областях с повышенным кровоснабжением (например, злокачественных опухолях). Из-за содержания редкоземельных элементов контрастное вещество относительно дорогое — цена одной дозы в 2010 году составляет 5000-10000 рублей. Ряд МРТ-исследований неинформативен без контрастного усиления. Первое парамагнитное контрастное вещество было создано фирмой Байер в 1988 году[3].
Хранение радиоактивных отходов [править]
Сплав гадолиния и никеля применяется для изготовления контейнеров для захоронения радиоактивных отходов.
Гигантский магнетокалорический эффект [править]
Сплав гадолиния, германия, кремния и небольшого количества железа (1 %) применяется для производства магнитных холодильников (на основе гигантского магнетокалорического эффекта). Чистый гадолиний имеет максимальное значение магнетокалорического эффекта в точке Кюри(~290 K) порядка 4.9 К при адиабатическом намагничивании полем 20 кЭ (по данным кафедры магнетизма ТвГУ).
Также особый интерес в последние годы привлекает к себе сплав гадолиний — тербий (монокристаллический) для производства магнитных холодильников.
Термоэлектрические материалы [править]
Теллурид гадолиния может работать в мощном потоке нейтронов как очень хороший термоэлектрический материал (термо-э.д.с 220—250 мкВ/К). Селенид гадолиния имеет отличные термоэлектрические свойства и весьма перспективный и применяемый материал в производстве радиоизотопных источников энергии.
Легирование титановых сплавов [править]
Некоторое количество гадолиния постоянно расходуется для производства специальных титановых сплавов (повышает предел прочности и текучести при легировании уже около 5 % гадолинием).
Радиоизотопные источники энергии [править]
Гадолиний-148, испытывающий альфа-распад (период полураспада 93 года), является безопасным и в то же время исключительно мощным источником тепла для радиоизотопных термоэлектрогенераторов.
Биологическая роль [править]
|
|
Этот раздел не завершён.
Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.
|
См. также [править]
Ссылки [править]
 |
Гадолиний на Викискладе? |
|---|
Примечания [править]
- ↑ Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 450. — 623 с. — 100 000 экз.
- ↑ Metal-Pages — Gadolinium prices
- ↑ Магнитно-резонансный томограф (МРТ)
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |||||||||||||||||||||||||
| 1 | H | He | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | ||||||||||||||||||||||||
| 5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||||||||||||||||||||
| 6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | ||||||||||
| 7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Uut | Fl | Uup | Lv | Uus | Uuo | ||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|---|---|
|
Ацетат гадолиния(III) (Gd2(C2H3O2)3) • Бромид гадолиния(III) (GdBr3) • Гидроксид гадолиния(III) (Gd(OH)3) • Иодид гадолиния(III) (GdI3) • Нитрат гадолиния(III) (Gd(NO3)3) • Оксалат гадолиния(III) (Gd2(C2O4)3) • Оксид гадолиния(III) (Gd2O3) • Селенат гадолиния(III) (Gd2(SeO4)3) • Сульфид гадолиния(III) (Gd2S3) • Сульфат гадолиния(III) (Gd2(SO4)3) • Сульфат гадолиния(III)-калия (Gd2(SO4)3·K2SO4) • Фторид гадолиния(III) (GdF3) • Хлорид гадолиния(III) (GdCl3) |
| Электрохимический ряд активности металлов | |
|---|---|
|
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 Элементы расположены в порядке возрастания стандартного электродного потенциала.
|
