Этот химический элемент выглядит обычно. Но наделен свойствами, выделяющими его в своем семействе. Гадолиний используют металлурги, ученые, электронщики, онкологи.
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).
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.
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:
- Максимальный среди химических элементов периметр захвата тепловых нейтронов.
- Наибольшее (вдвое) среди лантаноидов удельное электрическое сопротивление.
- По магнитным характеристикам сопоставим с железом, никелем, кобальтом.
- 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.
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.
Более 8000 видов товара из 500 разновидностей натурального камня. Ежедневное обновление!
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.
Загрузка...
