Гадолиний – полезные свойства, использование и ограничения

Этот химический элемент выглядит обычно. Но наделен свойствами, выделяющими его в своем семействе. Гадолиний используют металлурги, ученые, электронщики, онкологи.

Гадолиний металл

Что представляет собой

  • Гадолиний – химический элемент №64 таблицы Менделеева. Причислен к семейству лантаноидов, открывает иттриевую подгруппу редкоземельных элементов.
  • Выглядит как серебристо-белое вещество с металлическим блеском.
  • По составу – конгломерат из шестерки стабильных изотопов плюс один радиоактивный.
  • Международное обозначение – Gd (Gadolinium).

Гадолиний элемент

Как был открыт

История открытия элемента укладывается в столетие:

  • Первые кристаллы получены к 1896 году.
  • Как самостоятельный элемент гадолиний открыт за 16 лет до этого. Швейцарец Шарль де Мариньяк увидел его, пропустив сквозь спектроскоп конгломерат оксидов редкоземельных элементов.
  • Наличие вещества подтвердил его коллега-француз Лекок де Буабодран.

Он же предложил название – в честь химика Юхана Гадолина, обнаружившего элемент почти сто лет назад при исследовании редкоземельных руд родной Финляндии.

Гадолиний – первый химический элемент, названный в честь ученого.

Нахождение в природе

Подобно другим лантаноидам, гадолиний не образует собственных месторождений. Это компонент бастнезита и монацита. Данные минералы – исходник при получении металла.

Тонна земной коры содержит 8,1 грамма гадолиния, литр океанской воды – 2,4 микрограмма.

Технология получения

Соединения элемента получают разделением оксидов «редких земель».

Металл гадолиний – продукт восстановления кальцием обезвоженных фторида либо хлорида вещества.

Гадолиний - мягкий вязкий металл серебристо-белого цвета
Гадолиний – мягкий вязкий металл серебристо-белого цвета

Физико-химические характеристики

Базовые физические и химические свойства гадолиния типичны для лантаноидов:

  • Светлая окраска, металлический блеск, мягкость, вязкость.
  • Нулевая окисляемость в сухом микроклимате при обычной температуре, быстрая – при 101°C.
  • Во влажной среде тускнеет, шелушится.
  • Нагреваясь, реагирует с газами, галогенами.
  • Охлаждаясь, становится магнитом.
Свойства атома
Название, символ, номер Гадолиний / Gadolinium (Gd), 64
Атомная масса
(молярная масса)
157,25(3) а. е. м. (г/моль)
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)
 594,2(6,16) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 7,900 г/см³
Температура плавления 1586 K
Температура кипения 3539 K
Уд. теплота плавления 10,0 кДж/моль
Уд. теплота испарения 398 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 37,1 Дж/(K·моль)
Молярный объём 19,9 см³/моль
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)
Номер CAS 7440-54-2

Есть уникальные особенности:

  1. Максимальный среди химических элементов периметр захвата тепловых нейтронов.
  2. Наибольшее (вдвое) среди лантаноидов удельное электрическое сопротивление.
  3. По магнитным характеристикам сопоставим с железом, никелем, кобальтом.
  4. Химический состав мобилен: доля базовых компонентов колеблется. Особенно оксида железа.

Сульфат и хлорид, размагничиваясь, охлаждаются до сверхнизких температур.

Кубик гадолиния с ребром 1 см весит 7,9 грамма.

Где используется

Вещество превосходно поглощает нейтроны. Этим обусловлены сферы применения – атомный сектор, наука, электроника. Приносит пользу как противоопухолевый препарат.

Атомный сектор

Атомщиками востребованы все формы вещества:

  • Изотоп гадолиния-157 захватывает максимальное количество нейтронов. Используется как щит и элемент управления ядерным синтезом.
  • Режим работы реактора регулирует борат гадолиния.
  • Раствор солей притормаживает реакции, идущие в продуктах переработки ТВЭЛов.
  • Окись вещества добавляют к эмалям, керамике, краскам.
  • Гадолиниево-никелевый сплав – материал емкостей для захороняемых радиоактивных отходов.

Оксиды гадолиния, бора, кадмия (поровну) добавляют к раствору, из которого получают стекло-поглотитель нейтронов.

Наука

Учеными востребованы соединения вещества:

  • Микродоз сульфата, хлорида достаточно для понижения температур до сверхнизких значений.
  • Из борида делают катоды рентген-аппаратов и электронных пушек.
  • Ионы гадолиния – активаторы лазерного излучателя, работающего в ультрафиолетовом диапазоне.
  • Теллурид и селенид – термоэлектрический материал, выдерживающий плотный поток нейтронов.
  • Селенид наделен характеристиками полупроводника.

Гадолиний-148 (период полураспада 92,9 лет) – мощный безопасный источник энергии для электрических термогенераторов.

Гадолиний

Другие сферы

Используется чистый металл, соединения и сплавы:

  • Это лигатура (4,9%) титановых сплавов, поднимающая порог текучести и прочности.
  • Гадолиниево-кобальтовые либо железистые сплавы – основа емких носителей информации для компьютеров, смартфонов, других гаджетов.
  • Элемент (плюс галлий либо скандий) задействован при выращивании кристаллов граната. Такой гранат – базис лазерных систем для термоядерного синтеза. Его закупают предприятия оптоэлектроники.

Вещество оценили производители магнитных холодильников. Они используют магнетокалорический эффект, которым обладает гадолиний. Отработана технология с гадолиниево-германиево-кремниево-железным сплавом. Исследуются возможности кристаллов из композита с тербием.

Медицина

Радиоактивность материала минимальна, он востребован врачами-практиками:

  • Ванадат вещества используют онкологи при проведении магнитно-резонансной томографии.
  • Изотоп153 – источник излучения, опознающий остеопороз.
  • Хлоридом купируют пораженные клетки печени.
  • Рентгенологи используют препарат на основе элемента как контрастное вещество.

Пагубным влияние на человека бывает при длительном непосредственном контакте с веществом. Опасность представляет также некорректное применение препаратов.

В ряде стран работа с изотопами гадолиния как потенциально опасными компонентами запрещена.

Перспективы

Железно-гадолиниевый сплав – аккумулятор водорода повышенной емкости. Рассматривается как компонент автомобиля, работающего на водородном топливе.

Стоимость

На российском рынке представлен материал чистоты 99,85-99,95% в виде кусков металла (1,1 – 3,6 кг) либо дробленый (100 – 300 граммов) из Китая.

Стоимость продукта – 8,5 – 20,5 тыс. руб. / кг.

Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака

Знак Зодиака мужчины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы

Знак Зодиака женщины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы


Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
473
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: