גדוליניום

גדוליניום

טרביום - גדוליניום - אירופיום
Gd Cm       64 Gd                                                                                                                                                                                                                                                                                           הטבלה המחזורית
נתונים בסיסיים
מספר אטומי	64
סמל כימי	Gd
סדרה כימית	לנתנידים
מראה
לבן כסוף
קובץ:Gadolinium-4.jpg
תכונות אטומיות
משקל אטומי	157.25 u
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה	2, 8, 18, 25, 9, 2
תכונות פיזיקליות
צפיפות	7,901 kg/m3
מצב צבירה בטמפ' החדר	מוצק
נקודת רתיחה	3,546.15K (3,273°C)
נקודת התכה	1,585.15K (1,312°C)
לחץ אדים	24,400Pa ב-1,585K
מהירות הקול	2,680 מטר לשנייה ב-293.15K
שונות
אלקטרושליליות	1.20
קיבול חום סגולי	230 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית	0.736 106/m·Ω
מוליכות חום	10.6 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה	593.4 kJ/mol

גדוליניום (באנגלית: Gadolinium) הוא יסוד כימי מסדרת הלנתנידים שסמלו הכימי Gd ומספרו האטומי 64. הוא נמנה עם משפחת היסודות הנדירים, אם כי למעשה הוא אינו נדיר, אלא מפוזר בדלילות ולכן יקר להפקה.

תכונות

קובץ:Gadolinium.jpg

גדוליניום 99.9% טהור

גדוליניום הוא מתכת לבנה כסופה, רקיעה, ניתנת לחישול ובעלת ברק מתכתי. בשיווי משקל בטמפרטורת החדר המבנה הגבישי של גדוליניום הוא הקסגונלי, ובטמפרטורות גבוהות (מעל 1235 מעלות צלזיוס), המבנה הגבישי היציב שלו הוא קובי ממורכז גוף (BCC), בפאזה המסומנת β.

גדוליניום יציב יותר מלנתנידים אחרים באוויר יבש, אך הוא מתחמצן במהירות באוויר לח ויוצר את התחמוצת Gd₂O₃.

גדוליניום הופך למוליך על מתחת לטמפרטורה של 1.083 מעלות קלווין (272.067- מעלות צלזיוס). לגדוליניום תכונות מגנטיות בטמפרטורת החדר: מתחת לטמפ' של 20 מעלות צלזיוס גדוליניום הוא פרומגנטי, ומעל טמפ' זו הוא פאראמגנטי. בגדוליניום מתרחש האפקט המגנטו-קלורי - צימוד בין שינויים במצב המגנטי לשינוי בטמפ'. כלומר, כאשר השדה המגנטי הפועל על החומר משתנה גם הטמפ' שלו משתנה.

במחקרים בננוטכנולוגיה, הצליחו חוקרים להכניס אטומים בודדים של גדוליניום לתוך מולקולות פולרן (C60). בנוסף, הדגימו חוקרים את האפשרות להכניס אטומים בודדים וצברים קטנים של אטומים לתוך ננו-צינוריות פחמן.

לאיזוטופ גדוליניום-157 יש את שטח החתך לפעולה הגדול ביותר לפיזור נייטרונים, מבין כל האיזוטופים היציבים. הוא שני רק לאיזוטופ קסנון-135, אולם איזוטופ זה איננו יציב.

שימושים

לגדוליניום אין יישום עיקרי בקנה מידה גדול, אלא שורה של יישומים ספציפיים ומיוחדים.

• לגדוליניום שימוש בייצור סגסוגות, ריכוז של 1% גדוליניום משפר את העמידות של ברזל, כרום ומתכות אחרות לטמפרטורות גבוהות וקורוזיה.
• לאיזוטופ גדוליניום-157 יש שימושים שונים ברפואה גרעינית, ושימושים מגוונים בכורים גרעיניים, וזאת בשל שטח החתך לפעולה הגבוה שלו לפיזור נייטרונים.
• לקומפלקסים אורגניים של גדוליניום יישומים ב-MRI.
• לתרכובות גדוליניום יישומים בשפופרות צבע בטלוויזיות.
• בשל תכונותיה האופטיות המצוינות, התרכובת Gd₃Ga₅O₁₂ משמשת כתחליף למגוון חומרים אופטיים אחרים, וגם בתוך חיקוי ליהלום.
• האיזוטופ גדוליניום-153 מיוצר בכורים גרעיניים מהיסוד אירופיום או מגדוליניום מועשר, והוא בעל זמן מחצית חיים של 240±10 ימים. האיזוטופ משמש כמקור לקרינת גאמא לשימושים כגון כיול מערכות דימות רפואיות. כמו כן הוא משמש כמקור גאמא למדידות בליעת קרני X, במדידות צפיפות עצם לאבחון אוסטאופורוזיס ובמכשירי רנטגן ניידים.

היסטוריה

גדוליניום התגלה בשנת 1880 בזמן אנליזה ספקטרוסקופית בדידמיום (תערובת מתכות) שערך הכימאי השווייצרי ז'אן שארל גאליסר (Jean Charles Galissard). בשנת 1886 תחמוצת גדוליניום (Gd₂O₅) בודדה על ידי הכימאי הצרפתי פול לקוק (Paul Émile Lecoq).

רק בשנים האחרונות גדוליניום טהור בודד.
גדוליניום נקרא על שמו של הכימאי והגאולוג הפיני יוהאן גדולין (Johan Gadolin).

קובץ:Gadolinitas.jpg

מינרל הגדוליניט (Gadolinite)

צורה בטבע

גדוליניום לעולם לא מופיע בטבע בצורתו החופשית, אך הוא נמצא בכמה מינרלים כמו גדוליניט, מונזיט ובסטנסיט.
כיום גדוליניום מופק בתגובה בין GdF₃ לסידן כך:

2GdF₃ + 3Ca → 2Gd + 3CaF₂

קיימות טכניקות בידוד נוספות לגדוליניום, כדוגמת חילוף יונים.

אמצעי זהירות

כמו לנתנידים אחרים, לתרכובות גדוליניום רעילות נמוכה. מנגנוני רעילותו לא מובנים במלואם.

לגדוליניום אין תפקיד ביולוגי, אך הוא יכול להאיץ מטאבוליזם.

קישורים חיצוניים

• גדוליניום, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)

• גדוליניום ב-Webelements (אנגלית)
• דף מידע בטיחות (MSDS) של גדוליניום קובץ PDF