6 Χρήσεις του Γαδολίνιου στην Καθημερινή Ζωή – Στοιχείο – Ιδιότητες

Το γαδολίνιο είναι το χημικό στοιχείο που έχει το χημικό σύμβολο του Gd και τον ατομικό αριθμό 64. Είναι ένα από τα πιο σπάνια χημικά στοιχεία στη φύση που περιλαμβάνεται στην ομάδα των λανθανιδών. Το γαδολίνιο είναι το χημικό στοιχείο που έχει θέση στη σειρά 6 του περιοδικού πίνακα των στοιχείων. Τα στοιχεία στη σειρά 6 κατηγοριοποιούνται ως η ομάδα στοιχείων σπάνιων γαιών. Μερικά από αυτά δεν είναι πραγματικά σπάνια, αλλά είναι δύσκολο να διαχωριστούν, έτσι ώστε θα είναι δύσκολο για τον επιστήμονα να πάρει πολλές πληροφορίες από αυτά τα στοιχεία. Το γαδολίνιο στην πραγματικότητα δεν είχε την εφαρμογή μεγάλης κλίμακας, αλλά εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σε διάφορες εφαρμογές. Αυτό το άρθρο θα καλύψει τις χρήσεις του γαδολίνιου στην καθημερινή ζωή και τις ειδικές φυσικές και χημικές του ιδιότητες.

• Χρήσεις χλωριούχου νατρίου
• Χρήσεις θειικού καλίου
• Χρήσεις πρωτονίων
• Χρήσεις υποχλωριώδους νατρίου

Gadolinium Discovery

Το γαδολίνιο ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον Jean Charles de Marignac το 1880. Εκείνη την εποχή, ανίχνευσε τη μορφή οξειδίου του γαδολίνιου χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία. Το όνομα του γαδολίνιο προήλθε από το «γαδολινίτης» που ήταν το ορυκτό όνομα όπου βρέθηκε το γαδολίνιο. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το γαδολίνιο είναι σπάνιο στη φύση. Μπορούμε να βρούμε αυτό το στοιχείο σε ορισμένα ορυκτά όπως ο γαδολινίτης, ο μπαστνασίτης, ο μοναζίτης, ο σαμαρσκίτης και η ξενοτίμη. Η ποσότητα γαδολινίου στην επιφάνεια της γης είναι περίπου 4,5 έως 6,5 μέρη ανά εκατομμύριο.

Αυτό καθιστά το γαδολίνιο ως ένα από τα πιο σπάνια χημικά στοιχεία στη γη. Στην κατάταξη των σπάνιων χημικών στοιχείων, το γαδολίνιο βρίσκεται πάνω από το στοιχείο βρωμίου και ουρανίου, αλλά κάτω από το στοιχείο μολύβδου και βορίου. Για εμπορική χρήση, το γαδολίνιο συχνά απομονώνεται με ιοντοανταλλαγή και διαδικασία εκχύλισης με διαλύτη.

Η παραγωγή γαδολινίου μπορεί επίσης να επιτευχθεί από τη διαδικασία αναγωγής του άνυδρου φθοριούχου γαδολίνιου με μέταλλο ασβεστίου. Λόγω αυτής της κατάστασης, οι χρήσεις του γαδολίνιου στην καθημερινή ζωή δεν ήταν τόσο πολλές όσο άλλα μεταλλικά χημικά στοιχεία. Ωστόσο, μπορείτε ακόμα να δείτε κάποια εξαιρετική εφαρμογή του στοιχείου γαδολίνιο στην επόμενη ενότητα

• Κλάδοι Ανόργανης Χημείας
• Χρήσεις του σιδήρου στο ανθρώπινο σώμα
• Χημικές ουσίες που βρέθηκαν στα φυτοφάρμακα
• Χρήσεις νιτρικού νατρίου στα τρόφιμα
• Χρήσεις νατρίου στο ανθρώπινο σώμα

Πράγματι, εδώ χρήσεις του γαδολίνιου στην καθημερινή ζωή:

1. Πυρηνικός Σταθμός

Το γαδολίνιο παίζει σημαντικό ρόλο στις πυρηνικές βιομηχανίες. Το στοιχείο γαδολίνιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο της ράβδου στους πυρηνικούς σταθμούς. Στον πυρηνικό σταθμό, η ενέργεια που παράγεται από τη διαδικασία πυρηνικής σχάσης χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η ίδια η πυρηνική σχάση είναι η πυρηνική διαδικασία την οποία τα μεγάλα άτομα, συνήθως το στοιχείο ουρανίου ή πλουτωνίου, διασπούν και στη συνέχεια εκκενώνουν ορισμένη ποσότητα ενέργειας. Θα υπάρχουν τα υπολειμματικά άτομα που παράγονται από αυτή την αντίδραση σχάσης.

Αυτά τα άτομα είναι τα προϊόντα σχάσης που έχουν μικρότερη μορφή και ραδιενεργές ιδιότητες. Αυτή η αντίδραση σχάσης παράγει επίσης νετρόνια. Στον κύκλο λειτουργίας του πυρηνικού σταθμού, ο αριθμός των νετρονίων που παράγονται από τη σχάση θα πρέπει να ελέγχεται. Το σύστημα ελέγχου θα διασφαλίσει ότι η μονάδα ηλεκτροπαραγωγής λειτουργεί σωστά χωρίς κανέναν κίνδυνο ζημιάς. Σε αυτόν τον πυρηνικό σταθμό, χρησιμοποιούν την ειδική ράβδο από στοιχείο γαδολίνιο για τον έλεγχο της παραγωγής νετρονίων. Αυτή η ράβδος λειτουργεί ανυψώνοντας προς τα έξω και κατεβαίνοντας στον πυρηνικό αντιδραστήρα. Αυτή η ράβδος θα ελέγχει τον αριθμό των νετρονίων που θα παραμείνουν στην αντίδραση σχάσης.

Εκτός από τη λειτουργία του ως ράβδος ελέγχου, το γαδολίνιο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως μέτρο διακοπής λειτουργίας σε πυρηνικούς αντιδραστήρες. Χρησιμοποιούν το γαδολίνιο ως δευτερεύον και έκτακτο σύστημα μέτρησης διακοπής λειτουργίας σε ορισμένους πυρηνικούς αντιδραστήρες, ειδικά στον τύπο πυρηνικού αντιδραστήρα CANDU (Δευτέριο Ουράνιο του Καναδά). Μια άλλη χρήση γαδολίνιου στις πυρηνικές βιομηχανίες είναι για καύσιμο δηλητήριο στο πυρηνικό θαλάσσιο σύστημα πρόωσης.

• Χρήσεις υπεροξειδίου του υδρογόνου
• Χρήσεις στοιχείων φράγκιου
• Χρήσεις ηλίου στον κόσμο

2. Ιατρικές Εφαρμογές

Το γαδολίνιο έχει στην πραγματικότητα ορισμένες χρήσεις σε ιατρικούς τομείς όπως η ανίχνευση ασθενειών και η ύπαρξη χημικού παράγοντα σε ιατρικά εργαλεία. Αυτό το χημικό στοιχείο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό όγκων στο εσωτερικό αυτί. Αυτή η μέθοδος συνήθως διεξάγεται στη θεραπεία νετρονίων. Αυτό το στοιχείο γαδολίνιο θα εγχυθεί στην ανθρώπινη κυκλοφορία του αίματος και στη συνέχεια θα ταξιδέψει μέσα από τυχόν όγκους που πιθανώς υπάρχουν στο εσωτερικό αυτί. Στην ακτινογραφία, οι όγκοι θα φαίνονται πιο σκούροι με την προσέγγιση ανίχνευσης γαδολινίου. Το γαδολίνιο μπορεί να το κάνει αφού έχει υψηλή διατομή νετρονίων.

Το γαδολίνιο χρησιμοποιείται επίσης σε συστήματα ιατρικής απεικόνισης όπως η ακτινογραφία και η μαγνητική τομογραφία. Στην ακτινογραφία, μπορείτε να δείτε ότι το στρώμα ανίχνευσης φωσφόρου περιέχει στοιχείο γαδολίνιο. Γαδολίνιο, σε αυτήν την περίπτωση οξυσουλφίδιο γαδολίνιου με πρόσμειξη τερβίου με τύπο Gd₂ O₂ S:Η Tb, παίζει σημαντικό ρόλο στη μετατροπή της ακτινογραφίας που εκκενώνεται από την πηγή στο φως. Το γαδολίνιο είναι σε θέση να εκπέμπει πράσινο φως έως και 540 νανόμετρα με την παρουσία ιόντων Tb. Αυτό το υλικό είναι πολύ χρήσιμο για τη βελτίωση της ποιότητας της εικόνας σε εργαλεία ιατρικής ανίχνευσης. Οξυορθοπυριτικό γαδολίνιο (Gd₂ SiO₅ ) χρησιμοποιείται ως σπινθηριστής για την ανίχνευση νετρονίων στην τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων, μια από τις μεθόδους ιατρικής απεικόνισης.

Στην εφαρμογή μαγνητικής τομογραφίας (μαγνητική τομογραφία), το γαδολίνιο χρησιμοποιείται ως παράγοντας ενδοφλέβιας ραδιοσκιαγραφικής λόγω του μαγνητικού του χαρακτηριστικού. Το γαδολίνιο δρα ως παραμαγνητικό στοιχείο σε θερμοκρασία δωματίου με σιδηρομαγνητικό σημείο κιούρης 20 °C. Το παραμαγνητικό στοιχείο όπως το γαδολίνιο είναι πολύ χρήσιμο για την ενίσχυση των ρυθμών πυρηνικής χαλάρωσης που είναι σημαντικό στην εφαρμογή μαγνητικής τομογραφίας. Ως παράγοντας ενδοφλέβιας ραδιοσκιαγραφίας, το γαδολίνιο έχει την ικανότητα να βελτιώνει την ποιότητα των εικόνων που παράγονται σε MRI ή MRA (Μαγνητική αγγειογραφία). Μετά την ένεση στο σώμα, ο παράγοντας γαδολίνιο θα συσσωρευτεί στον μη φυσιολογικό ιστό στον ανθρώπινο εγκέφαλο και στο σώμα. Αυτό θα δώσει καλύτερη αντίθεση εικόνας μεταξύ του φυσιολογικού και του μη φυσιολογικού ιστού. Έτσι, θα είναι ευκολότερο για μας να εντοπίσουμε την ανώμαλη ανάπτυξη στο ανθρώπινο σώμα.

• Χρήσεις ηλίου στην ιατρική
• Λίστα ιατρικών τομέων
• Ραδιενεργά ισότοπα που χρησιμοποιούνται στην ιατρική
• Χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται στην ιατρική

Περισσότερες χρήσεις γαδολινίου

Το Gadolinium έχει επίσης άλλες διάφορες εφαρμογές σε διαφορετικούς τομείς και βιομηχανία. Ακολουθεί η λίστα με τις χρήσεις του γαδολίνιου στην καθημερινή ζωή σε άλλους τομείς:

1. Για εφαρμογές μικροκυμάτων

Μια άλλη κοινή χρήση του γαδολινίου σε κάθε ζωή είναι ως υλικό για τη δημιουργία γρανάτης γαδολίνιο υττρίου (Gd:Y₃ Al₅ O₁₂ ). Αυτό είναι το κράμα γαδολινίου που έχει εφαρμογή σε εξοπλισμό μικροκυμάτων. Αυτό το κράμα γαδολινίου κατασκευάζεται με ανάμειξη και τήξη δύο ή περισσότερων μεταλλικών στοιχείων. Το προϊόν αυτού του μείγματος θα έχει τις διαφορετικές ιδιότητες από την προηγούμενη μεμονωμένη μεταλλική του μορφή. Ο γρανάτης γαδολίνιο υττρίου χρησιμοποιείται σε εφαρμογές μικροκυμάτων όπως φούρνοι μικροκυμάτων. Χρησιμοποιείται επίσης στην κατασκευή πολλών οπτικών εξαρτημάτων. Αυτό το κράμα είναι επίσης καλό υλικό υποστρώματος για μαγνητοοπτικό φιλμ.

• Κατάλογος χημικών προϊόντων
• Χημικές ουσίες στα τρόφιμα
• Κατάλογος οργανικών χημικών ουσιών

2. Για τηλεοπτικούς σωλήνες

Το γαδολίνιο είναι επίσης χρήσιμο ως πράσινοι φώσφοροι στον έγχρωμο τηλεοπτικό σωλήνα. Ο ίδιος ο φώσφορος είναι το υλικό που θα λάμψει εάν χτυπηθεί με ηλεκτρόνια. Το χρώμα που εκπέμπεται από τους φώσφορους θα εξαρτηθεί από το στοιχείο που σχηματίζει τους φώσφορους.

3. Για τη διαδικασία οξείδωσηςς

Μια άλλη χρήση του γαδολίνιου στην καθημερινή ζωή είναι ως κράμα από σίδηρο και χρώμιο. Αυτό το κράμα θα έχει καλύτερη αντίσταση στην υψηλότερη θερμοκρασία και τη διαδικασία οξείδωσης. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το γαδολίνιο έχει τις μοναδικές μεταλλουργικές ιδιότητες που η μικρή του συγκέντρωση μπορεί να αυξήσει την αντίσταση ορισμένου κράματος. Από τη μελέτη, γνωρίζουμε ότι ακόμη και ένα τοις εκατό του γαδολινίου μπορεί να βελτιώσει την απόδοση και την αντίσταση του σιδήρου, του χρωμίου και ορισμένων κραμάτων σε υψηλότερες θερμοκρασίες και διαδικασία οξείδωσης.

4. Για μαγνητική ψύξη

Λόγω των ειδικών ιδιοτήτων του, το γαδολίνιο έχει την πολλά υποσχόμενη χρήση στην εφαρμογή μαγνητικής ψύξης. Το γαδολίνιο έχει την ισχυρή μαγνητοθερμιδική επίδραση στη θερμοκρασία δωματίου. Αυτό σημαίνει ότι η θερμοκρασία αυτού του στοιχείου θα αυξηθεί καθώς περνά μέσα από την περιοχή του μαγνητικού πεδίου και θα μειωθεί καθώς φεύγει από αυτήν την περιοχή μαγνητικού πεδίου. Είναι γνωστό ότι κράμα γαδολινίου με στοιχείο πυριτίου και γερμανίου, Gd₅ (Si_x Ge_1−x )₄ , έχει την υψηλή θερμοκρασία Κιουρί και το εξαιρετικό επίπεδο μαγνητοθερμιδικής επίδρασης.

Το ίδιο το καθαρό γαδολίνιο δείχνει το εκπληκτικό επίπεδο μαγνητοθερμιδικής επίδρασης στη θερμοκρασία Curie του, η οποία είναι 20 °C. Επί του παρόντος διεξάγονται έρευνες για τη λήψη περισσότερων δεδομένων σχετικά με τη χρήση του γαδολινίου για εφαρμογές μαγνητικής ψύξης, ειδικά στη μαγνητική ψύξη σε θερμοκρασία δωματίου.

Ιδιότητες γαδολινίου

Φυσικά, το γαδολίνιο είναι λαμπερό και απαλό μεταλλικό με χρώμα ασημί λευκό. Είναι εύπλαστο και όλκιμο. Η εμφάνιση του γαδολινίου στη φύση είναι μόνο σε οξειδωμένη μορφή. Όταν διαχωρίζεται, συνήθως έχει ακαθαρσίες άλλων στοιχείων σπάνιων γαιών. Το γαδολίνιο έχει σημείο τήξης 1.312°C (2.394°F) και επίπεδο βρασμού περίπου 3.000°C (5.400°F). Έχει πυκνότητα 7,87 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό.

Το γαδολίνιο έχει ισχυρές μαγνητικές ιδιότητες. Υπάρχουν λίγα χημικά στοιχεία στη γη με υψηλές μαγνητικές ιδιότητες όπως το γαδολίνιο. Το γαδολίνιο έχει επίσης πολύ υψηλή ικανότητα απορρόφησης νετρονίων καθιστώντας το ως το κορυφαίο χημικό στοιχείο με ικανότητα απορρόφησης νετρονίων μεταξύ όλων των χημικών στοιχείων. Αυτό σημαίνει ότι το γαδολίνιο έχει τη μεγάλη ικανότητα να σταματήσει τα νετρόνια παρά άλλα στοιχεία. Λόγω αυτού του χαρακτηριστικού, το γαδολίνιο χρησιμοποιείται σε πυρηνικό εργοστάσιο, μαγνητική τομογραφία, ακτίνες Χ και άλλες εφαρμογές που χρησιμοποιούν σωματίδια νετρονίων.

Χημικά, το γαδολίνιο δεν είναι πραγματικά αντιδραστικό στοιχείο. Αυτό το στοιχείο θα διαλυθεί στο οξύ αλλά θα αντιδράσει πιο αργά στο κρύο νερό. Το γαδολίνιο αντιδρά με το οξυγόνο και στην υψηλή θερμοκρασία. Διαφορετικά από άλλα στοιχεία σπάνιων γαιών στη σειρά 6, το γαδολίνιο έχει μεγαλύτερη σταθερότητα στον ξηρό αέρα. Ωστόσο, αυτό το μεταλλικό στοιχείο θα αμαυρώσει γρήγορα στον υγρό αέρα που στη συνέχεια δημιουργεί οξείδιο του γαδολίνιου (III) (Gd₂ O₃ ). Η χημική αντίδραση του γαδολινίου με το οξυγόνο είναι η εξής:

4 Gd + 3 O₂ → 2 Gd₂ O₃

• Θεωρία των ατόμων του Δημόκριτου
• Επιστήμονες που συνέβαλαν στην ατομική θεωρία
• Θεωρία των ατόμων του Δημόκριτου
• διαφορές μεταξύ αναγωγής και οξείδωσης 
• χημικά σε αποσμητικά χώρου
• Θέσεις εργασίας στη φαρμακευτική βιομηχανία
• Χημικές ουσίες στον εγκέφαλο
• Χημικά στο νερό
• Χημικές ουσίες στα τρόφιμα
• Χημικά σε ζιζάνια