Gadolinium

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 18. června 2022; kontroly vyžadují 5 úprav .

Gadolinium

← Europium | Terbium →

Gd
↓
cm

64 Gd

Vzhled jednoduché látky

Vzorek gadolinia

Vlastnosti atomu

Jméno, symbol, číslo

Gadolinium / Gadolinium (Gd), 64

Skupina , období , blok

3 (zastaralé 3), 6,
f-prvek

atomová hmotnost
( molární hmotnost )

157,25(3) [1] a. e. m. ( g / mol )

Elektronická konfigurace

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

Poloměr atomu

179 hodin

Chemické vlastnosti

kovalentní poloměr

161 hodin

Poloměr iontů

(+3e) 93,8 hodin

Elektronegativita

1,20 (Paulingova stupnice)

Elektrodový potenciál

Gd←Gd 3+ -2,28V

Oxidační stavy

+1, +2, +3

Ionizační energie
(první elektron)

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

Termodynamické vlastnosti jednoduché látky

Hustota (v n.a. )

7,900 g/cm³

1586 tis .

3539 tis .

10,0 kJ/mol

398 kJ/mol

Molární tepelná kapacita

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

Molární objem

19,9 cm³ / mol

Krystalová mřížka jednoduché látky

Příhradová konstrukce

Šestihranný

Parametry mřížky

a=3,636 c=5,783 Á

poměr c / a

1 590

Další vlastnosti

Tepelná vodivost

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

Číslo CAS

7440-54-2

nejdéle žijící izotopy

Izotop	Prevalence _	Poločas rozpadu	Rozpadový kanál	Produkt rozpadu
148 Gd	synth.	75 let	α	144 cm_
150 Gd	synth.	1,8⋅10 6 let	α	146 cm_
152 Gd	0,20 %	1,08⋅10 14 let	α	148 cm_
154 Gd	2,18 %	stabilní	-	-
155 Gd	14,80 %	stabilní	-	-
156 Gd	20,47 %	stabilní	-	-
157 Gd	15,65 %	stabilní	-	-
158 Gd	24,84 %	stabilní	-	-
160 Gd	21,86 %	stabilní	-	-

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

Gadolinium ( chemická značka - Gd , z Novolat. Gadolinium ) je chemický prvek 3. skupiny (podle zastaralé klasifikace - vedlejší podskupina třetí skupiny, IIIB) šesté periody periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev s atomovým číslem 64.

Patří do rodiny Lanthanide .

Jednoduchá látka gadolinium je měkký , stříbřitě bílý kov vzácných zemin .

Historie

Gadolinium objevil v roce 1880 Jean de Marignac , který spektroskopicky prokázal přítomnost nového prvku ve směsi oxidů vzácných zemin. Prvek byl pojmenován po finském chemikovi Johanu Gadolinovi .

Být v přírodě

Clark gadolinium v zemské kůře (podle Taylora) - 8 g / t , obsah v oceánské vodě - 2,4⋅10 -6 mg / l .

Vklady

Gadolinium je součástí rud rodu Lanthanides .

Fyzikální vlastnosti

Kompletní elektronová konfigurace atomu gadolinia je: 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 je měkký, tažný, stříbřitě bílý kov vzácných zemin . Ne radioaktivní . Jedná se o feromagnetikum .

V přírodě se vyskytuje především ve formě soli.

Izotopy

Přírodní gadolinium se skládá ze šesti stabilních izotopů ( 154 Gd, 155 Gd, 156 Gd, 157 Gd, 158 Gd a 160 Gd) a jednoho nestabilního 152 Gd.

Chemické vlastnosti

Chemické vlastnosti gadolinia jsou podobné jako u jiných lanthanoidů. Aktivně reaguje s kyselinou chlorovodíkovou 2Gd + 6HCl = 2GdCl3 + 3H2

Odolný vůči alkáliím. Reaguje s halogeny. Se sírou k reakci dochází při zahřátí. Na vzduchu je pokryta ochranným oxidovým filmem, který jej chrání před další oxidací.

Získání

Gadolinium se získává redukcí fluoridu nebo chloridu gadolinia (GdF 3 , GdCl 3 ) vápníkem. Sloučeniny gadolinia se získávají dělením oxidů kovů vzácných zemin do frakcí.

Aplikace

Gadolinium neustále otevírá stále nové a nové oblasti svého uplatnění a do značné míry je to dáno nejen speciálními jaderně-fyzikálními a magnetickými vlastnostmi, ale také vyrobitelností. Hlavními oblastmi použití gadolinia jsou elektronika a jaderná energie a je také široce používán jako paramagnetická kontrastní látka v medicíně.

Magnetická paměťová média

Řada slitin gadolinia a zejména slitina s kobaltem a železem umožňuje vytvářet nosiče informací s enormní hustotou záznamu. To je způsobeno skutečností, že v těchto slitinách jsou vytvořeny speciální struktury - CMD - válcové magnetické domény a velikosti domén jsou menší než 1 mikron , což umožňuje vytvářet paměťová média pro moderní výpočetní techniku s hustotou záznamu 1- 9 miliard bitů (0,1 ... 1 GB) na 1 centimetr čtvereční nosné plochy.

V lékařství

Gadolinium-153 se používá jako zdroj záření v lékařství k diagnostice osteoporózy. Gadoliniumchlorid se používá k blokování Kupfferových buněk při léčbě jater.

Kontrast v MRI

Gadolinium je základem paramagnetických kontrastních látek při zobrazování magnetickou rezonancí . Kontrastní látka, jako je gadodiamid , je ve vodě rozpustný solný roztok, který se podává intravenózně a hromadí se v oblastech se zvýšeným krevním zásobením (jako jsou zhoubné nádory). Vzhledem k obsahu prvků vzácných zemin je kontrastní látka poměrně drahá - cena jedné dávky v roce 2010 je 5-10 tisíc rublů. Řada studií MRI je bez zvýšení kontrastu neinformativní. První paramagnetickou kontrastní látku vytvořil Baer v roce 1988. [3]

Laserové materiály

Gadolinium se používá pro pěstování monokrystalů gadolinium-galliového granátu (GGG) a zejména gadolinium-gallium-scandium granátu (GGSG) metodou Czochralski (vytahování z taveniny) atd. Speciální vlastnosti GGSG umožňují vyrábět laser systémy s extrémně vysokou účinností a ultravysokými parametry laserového záření. HHSG je dnes v zásadě prvním laserovým materiálem, který byl v dostatečné míře prozkoumán a má osvědčenou technologii výroby – má vysokou účinnost konverze a je vhodný pro vytváření laserových systémů pro inerciální termonukleární fúzi.

Gadolinium vanadičnan s ionty neodymu a thulia se používá pro výrobu pevnolátkových laserů používaných pro paprskové zpracování kovů a kamenů i v lékařství.

Ultrafialový laser

Použití gadolinových iontů k excitaci laserového záření umožňuje vytvořit laser pracující v blízkém ultrafialovém rozsahu s vlnovou délkou 310 nm .

Jaderná energie

V nukleární technologii našlo řadu izotopů gadolinia použití jako absorbér tepelných neutronů . Průřez neutronového záchytu pro přírodní směs izotopů dosahuje 49 000 stodol . Gadolinium-157 má nejvyšší schopnost zachycovat neutrony (průřez záchytu - 254 000 stodol ). V moderních jaderných reaktorech se gadolinium používá jako ochranný hořlavý absorbér určený k prodloužení chodu paliva reaktoru.

Rozpustné sloučeniny gadolinia jsou zajímavé v závodech na přepracování vyhořelého jaderného paliva, aby se zabránilo vytváření zón s kritickým množstvím štěpného materiálu ve zpracovatelských závodech. Na bázi oxidu gadolinia se vyrábí smalty, keramika a barvy používané v jaderném průmyslu. Slitina gadolinia a niklu se používá k výrobě kontejnerů pro ukládání radioaktivního odpadu.

Oxid gadolinia se používá k tavení skla, které absorbuje tepelné neutrony. Nejběžnější složení takového skla: oxid boritý - 33%, oxid kademnatý - 35%, oxid gadolinia - 32%.

Termoelektrické materiály

Telurid gadolinia může fungovat jako velmi dobrý termoelektrický materiál (termoemf 220 - 250 μV/K ).

Supravodiče

Jako jedna ze základních složek je obsažen ve složení supravodivé keramiky s obecným vzorcem RE-123, kde RE znamená kovy vzácných zemin . Úplný vzorec vysokoteplotní supravodivé keramiky na bázi gadolinia je GdBa 2 Cu 3 O 7-δ , zkráceně GdBCO. Teplota supravodivého přechodu je asi 94 K. Je to jeden z nejpokročilejších HTSC materiálů.

Elektronové zbraně

Hexaborid gadolinia se používá k výrobě katod pro výkonné elektronové děla a rentgenová zařízení, a to kvůli nejmenší pracovní funkci ze všech boridů vzácných zemin - jeho práce 2,05 eV je srovnatelná s pracovní funkcí alkalických kovů (draslík, rubidium, cesium).

Kovové hydridy pro skladování vodíku

Slitina gadolinia a železa se používá jako velmi prostorný akumulátor vodíku a lze ji použít na vodíkové auto.

Získání ultra-nízkých teplot

Slitina gadolinia, germania, křemíku a malého množství železa (1 %) se používá pro výrobu magnetických ledniček (na základě obřího magnetokalorického efektu ) [4] [5] .

Čisté gadolinium má maximální hodnotu magnetokalorického efektu v Curieově bodě (asi 290 K ) řádově 4,9 C s adiabatickou magnetizací polem 20 kOe [6] . Mimořádně zajímavá je v posledních letech také slitina gadolinia - terbium (jednokrystal).

Legování slitin titanu

Určité množství gadolinia se neustále spotřebovává na výrobu speciálních slitin titanu (zvyšuje pevnost v tahu a mez kluzu při legování asi 5 % gadolinia).

Biologická role

Gadolinium je inhibitor mechanosenzitivních iontových kanálů, které je reverzibilně blokuje v mikromolárních koncentracích. Může také blokovat některé další iontové kanály.

Ceny

Ceny kovového gadolinia o čistotě 99,9 % na konci roku 2014 činily 132,5 USD za 1 kg [7] .

Viz také

Gadolinit

Poznámky

↑ 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. Atomové hmotnosti prvků 2011 (IUPAC Technical Report ) // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Sv. 85 , č. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
↑ Editorial: Knunyants I. L. (šéfredaktor). Chemická encyklopedie: v 5 svazcích - Moskva: Sovětská encyklopedie, 1988. - T. 1. - S. 450. - 623 s. — 100 000 výtisků.
↑ Magnetická rezonance (MRI) . Získáno 10. dubna 2012. Archivováno z originálu 27. listopadu 2011. (neurčitý)
↑ Vliv plování na obrovský magnetokalorický efekt Gd5 (Si2Ge2)
↑ Magnetické chlazení je již realitou . Získáno 14. října 2017. Archivováno z originálu dne 27. března 2019. (neurčitý)
↑ Arefiev I. M.: Magnetokalorický efekt a tepelná kapacita vysoce rozptýlených magnetů
↑ Ceny gadolinia . Metal-Pages (16. listopadu 2014). Získáno 13. listopadu 2014. Archivováno z originálu 16. listopadu 2014.

Odkazy

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velká Katalánština Skvělý norský Velký Rus Britannica (online) Treccani Universalis
V bibliografických katalozích	GND : 4155786-4 J9U : 987007555550305171 LCCN : sh85052688

Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva

osm

já

Čs

alkalických kovů	kovy alkalických zemin	Lanthanoidy	aktinidy	přechodné kovy
lehké kovy	Polokovy	nekovy	Halogeny	vzácné plyny

Sloučeniny gadolinia

Gadolinium ( III ) acetát ( Gd2 ( C2H302 ) 3 )
Gadolinium (III) bromid (GdBr3 )
Hydroxid gadolinium(III) (Gd(OH) 3 )
Jodid gadolinium(III) (GdI3 )
Dusičnan gadolinium(III) (Gd(NO 3 ) 3 )
Oxalát gadolinium (III) ( Gd2 ( C204 ) 3 )
Oxid gadolinium(III) (Gd 2 O 3 )
Gadolinium(III) selenát ( Gd2 ( SeO4 ) 3 )
Gadolinium (III) sulfid ( Gd2S3 )
Síran gadolinium (III) (Gd2 (SO4 ) 3 )
Gadolinium( III )-síran draselný ( Gd2 (SO4 ) 3
K2SO4 ) _ _ _
Fluorid gadolinium (III) (GdF3 )
Chlorid gadolinium (III) (GdCl3 )

Řady elektrochemické aktivity kovů
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 , Ti , 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