گادولینیم

گادولینیم، ₆₄Gd
گادولینیم
تلفظ	‎/ˌɡædəˈlɪniəm/‎ (GAD-ə-LIN-ee-əm)
ظاهر	نقرهy white
جرم اتمی استاندارد (Ar، استاندارد)	۱۵۷٫۲۵(۳)
گادولینیم در جدول تناوبی
	یوروپیم ← گادولینیم → تربیم
عدد اتمی (Z)	64
گروه	n/a
دوره	دوره 6
بلوک	بلوک-f
دسته	Lanthanide
آرایش الکترونی	[Xe] 4f7 5d1 6s2
لایه الکترونی	2, 8, 18, 25, 9, 2
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STP	جامد
نقطه ذوب	1585 K (1312 °C, 2394 °F)
نقطه جوش	3546 K (3273 °C, 5923 °F)
چگالی (near r.t.)	7.90 g/cm3
در حالت مایع (at m.p.)	7.4 g/cm3
حرارت همجوشی	10.05 kJ/mol
آنتالپی تبخیر	301.3 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی	37.03 J/(mol·K)
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش	0, +1, +2, +3 (a mildly basic اکسید)
الکترونگاتیوی	مقیاس پائولینگ: 1.20
انرژی یونش	1st: 593.4 kJ/mol ; 2nd: 1170 kJ/mol ; 3rd: 1990 kJ/mol ;
شعاع اتمی	empirical: 180 pm
شعاع کووالانسی	pm 196±6
	خط طیف نوری گادولینیم
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوری	دستگاه بلوری شش‌گوشه
سرعت صوت thin rod	2680 m/s (at 20 °C)
انبساط حرارتی	(100 °C) (α, poly) 9.4 µm/(m·K)
رسانندگی گرمایی	10.6 W/(m·K)
رسانش الکتریکی	(دمای اتاق) (α, poly) 1.310 µ Ω·m
رسانش مغناطیسی	ferromagnetic/پارامغناطیس ; transition at 292 K
مدول یانگ	(α form) 54.8 GPa
مدول برشی	(α form) 21.8 GPa
مدول حجمی	(α form) 37.9 GPa
نسبت پواسون	(α form) 0.259
سختی ویکرز	570 MPa
شماره ثبت سی‌ای‌اس	7440-54-2
ایزوتوپ‌های گادولینیم
	نمایش; بحث; ویرایش; \| منابع

گادولینیُم (Gadolinium) یک عنصر شیمیایی با نماد Gd و عدد اتمی ۶۴ است. گادولینیم پیش از اکسیده شدن، یک فلز نقره‌ای مایل به سفید است. این عنصر، کمی چکش‌خوار است و یک عنصر کمیاب زمین و شکل‌پذیر است. گادولینیم با اکسیژن یا رطوبت اتمسفر به آرامی واکنش می‌دهد و یک پوشش سیاه تشکیل می‌دهد. گادولینیم، زیر نقطهٔ کوری ۲۰ درجه سلسیوس (۶۸ درجه فارنهایت) فرومغناطیس است،^[۴] با جاذبه‌ای بیشتر از میدان مغناطیسی نیکل. بالاتر از این دما، پارامغناطیسترین عنصر است. در طبیعت، تنها به‌صورت اکسید شده یافت می‌شود و پس از جداسازی، معمولاً ناخالصی‌های سایر عناصر کمیاب را به‌دلیل خواص شیمیایی مشابه آن‌ها به همراه دارد.

گادولینیم در سال ۱۸۸۰ توسط ژان چارلز دو ماریگناک کشف شد که اکسید آن را با استفاده از طیف‌سنجی شناسایی کرد. نام آن برگرفته از کانی گادولینیت، یکی از کانی‌هایی است که گادولینیم در آن یافت می‌شود، که خود به نام شیمی‌دان فنلاندی یوهان گادولین نامگذاری شده‌است. گادولینیم خالص نخستین بار توسط شیمی‌دان پل-امیل لکو د بویسباودران در حدود سال ۱۸۸۶ جداسازی شد.^[۵]^[۶]^[۷]

گادولینیم دارای ویژگی‌های متالورژیکی غیرمعمولی است، به‌حدی که یک درصد گادولینیم می‌تواند به‌طور قابل توجهی کارایی و مقاومت در برابر اکسیداسیون را در دماهای بالای آهن، کروم و فلزات مرتبط، بهبود بخشد. گادولینیم به‌عنوان یک فلز یا یک نمک، نوترون‌ها را جذب می‌کند و بنابراین گاهی برای محافظت در رادیوگرافی نوترونی و در رآکتورهای هسته‌ای استفاده می‌شود.

یون‌های گادولینیم (III) در نمک‌های محلول در آب برای پستانداران بسیار سمی هستند. با این‌حال، چنگالش گادولینیم (III) از قرار گرفتن گادولینیم (III) در معرض جاندار جلوگیری می‌کند و بیشتر آن پیش از این‌که بتواند در بافت‌ها رسوب کند توسط کلیههای سالم، دفع می‌شود.^[۸] به‌دلیل خواص پارامغناطیس، محلول‌های کمپلکس‌های گادولینیم آلی کِلات شده به‌عنوان مادهٔ حاجب اِم‌آرآی مبتنی بر گادولینیم به‌صورت داخل وریدی در تشخیص پزشکی استفاده می‌شوند. مقادیر متفاوتی در بافت‌های مغز، ماهیچه قلب، کلیه، سایر اندام‌ها و پوست رسوب می‌کند که عمدتاً به نحوهٔ عملکرد کلیه، ساختار کِلات‌ها (خطی یا ماکروسیکلیک) و دوز تجویز شده بستگی دارد.

ویژگی‌ها

گادولینیم عنصری خاکی کمیاب از لانتانیدهاست. عدد اتمی آن ۶۴ و در گروه IIIB و دوره ششم جدول تناوبی جای دارد. جرم اتمی آن ۱۵۷٫۲۵ و ظرفیت آن ۳ است.

گادولینیم فلزی است براق، جرم حجمی آن ۷٫۸۷ نقطه ذوب ۱۳۱۲ درجه و نقطه جوش آن ۳۰۰۰ درجه سانتی‌گراد است. با آب به کندی واکنش می‌دهد و در دماهای پایین، مغناطیس قوی است. نمک‌های آن بی‌رنگند. دارای قوی‌ترین مقطع جذب نوترونی نسبت به هر عنصر شناخته شده‌است، قابل سوختن است و در دستگاه مسدسی اکسید می‌شود.

روش استخراج

احیای فلورویید آن با کلسیم
الکترولیز کلرید نمک طعام در دیگ آهنی که به عنوان آند به کار می‌رود و گرافیت به عنوان کاتد^{^{[نیازمند منبع]}}

کاربردها

حفاظ نوترونی، فعال‌کننده فسفر، کاتالیزور، پاک‌کننده برای اکسیژن در تهیه تیتانیم، ماده حاجب در اِم‌آرآی

ذخایر

گادولینیم در بسیاری از کانی‌ها مانند مونازیت و باستانائزیت یافت می‌شود. این فلز بیش از حد واکنش‌پذیر است و به‌طور طبیعی خالص وجود ندارد. کانی گادولینیت در واقع فقط حاوی ردپایی از این عنصر است. فراوانی گادولینیم در پوستهٔ زمین حدود ۶٫۲ میلی‌گرم بر کیلوگرم است^[۹] و منابع اصلی معدنی آن در چین، ایالات متحده، برزیل، سری‌لانکا، هند و استرالیا با ذخایر بیش از یک میلیون تن است. تولید جهانی گادولینیم خالص حدود ۴۰۰ تن در سال است. کانی لپرسونیت-(Gd) نیز حاوی گادولینیم و بسیار نادر است.^[۱۰]^[۱۱]

منابع

↑ Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". شیمی محض و کاربردی(نشریه). 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
↑ Yttrium and all lanthanides except Ce, Pm, Eu, Tm, Yb have been observed in the oxidation state 0 in bis(1,3,5-tri-t-butylbenzene) complexes, see Cloke, F. Geoffrey N. (1993). "Zero Oxidation State Compounds of Scandium, Yttrium, and the Lanthanides". Chem. Soc. Rev. 22: 17–24. doi:10.1039/CS9932200017.
↑ Charles Kittel (1996). Introduction to جامد State Physics. New York: Wiley. p. 449.
↑ Coey JM, Skumryev V, Gallagher K (1999). "Rare-earth metals: Is gadolinium really ferromagnetic?". Nature. 401 (6748): 35–36. Bibcode:1999Natur.401...35C. doi:10.1038/43363. ISSN 0028-0836.
↑ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419.{{cite book}}: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)
↑ Marshall, James L.; Marshall, Virginia R. (2008). "Rediscovery of the Elements: Yttrium and Johan Gadolin" (PDF). The Hexagon (Spring): 8–11.
↑ Marshall, James L. Marshall; Marshall, Virginia R. Marshall (2015). "Rediscovery of the elements: The Rare Earths–The Confusing Years" (PDF). The Hexagon: 72–77. Retrieved 30 December 2019.
↑ Donnelly, L. , Nelson, R. Renal excretion of gadolinium mimicking calculi on non-contrast CT.
↑ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419.{{cite book}}: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)
↑ Deliens, M. and Piret, P. (1982).
↑ "Lepersonnite-(Gd): Lepersonnite-(Gd) mineral information and data". Mindat.org. Retrieved 4 March 2016.

کتاب فرهنگ عناصر نوشته سید رضا آقاپور مقدم

[CIAAW2016-1] Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". شیمی محض و کاربردی(نشریه). 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.

[Cloke1993-2] Yttrium and all lanthanides except Ce, Pm, Eu, Tm, Yb have been observed in the oxidation state 0 in bis(1,3,5-tri-t-butylbenzene) complexes, see Cloke, F. Geoffrey N. (1993). "Zero Oxidation State Compounds of Scandium, Yttrium, and the Lanthanides". Chem. Soc. Rev. 22: 17–24. doi:10.1039/CS9932200017.

[3] Charles Kittel (1996). Introduction to جامد State Physics. New York: Wiley. p. 449.

[CoeySkumryev1999-4] Coey JM, Skumryev V, Gallagher K (1999). "Rare-earth metals: Is gadolinium really ferromagnetic?". Nature. 401 (6748): 35–36. Bibcode:1999Natur.401...35C. doi:10.1038/43363. ISSN 0028-0836.

[Greenwood-5] Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419.{{cite book}}: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)

[Marshall-6] Marshall, James L.; Marshall, Virginia R. (2008). "Rediscovery of the Elements: Yttrium and Johan Gadolin" (PDF). The Hexagon (Spring): 8–11.

[Virginia-7] Marshall, James L. Marshall; Marshall, Virginia R. Marshall (2015). "Rediscovery of the elements: The Rare Earths–The Confusing Years" (PDF). The Hexagon: 72–77. Retrieved 30 December 2019.

[8] Donnelly, L. , Nelson, R. Renal excretion of gadolinium mimicking calculi on non-contrast CT.

[Greenwood2-9] Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419.{{cite book}}: نگهداری یادکرد:نام‌های متعدد:فهرست نویسندگان (link)

[10] Deliens, M. and Piret, P. (1982).

[11] "Lepersonnite-(Gd): Lepersonnite-(Gd) mineral information and data". Mindat.org. Retrieved 4 March 2016.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]

[۸]

[۹]

[۱۰]

[۱۱]