Virtual Laboratory Wiki
Advertisement
Гадолиний (Gd)
Атомный номер 64
Внешний вид простого вещества мягкий вязкий металл
серебристо--белого цвета
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
157.25 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 179 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
594.2(6.16) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Xe] 4f7 5d1 6s2
Химические свойства
Ковалентный радиус 161 пм
Радиус иона (+3e) 93.8 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1.20
Электродный потенциал Gd←Gd3+ -2.28В
Степени окисления 3
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность 7.900 г/см³
Удельная теплоёмкость 0.230 Дж/(K·моль)
Теплопроводность (10.5) Вт/(м·K)
Температура плавления 1586 K
Теплота плавления 10.0 кДж/моль
Температура кипения 3539 K
Теплота испарения 398 кДж/моль
Молярный объём 19.9 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки гексагональная
Период решётки 3.640 Å
Отношение c/a 1.588
Температура Дебая n/a K

Гадоли́ний (лат. Gadolinium), Gd, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 64, атомная масса 157.25, относится к лантаноидам.

История

Назван по имени финского химика Ю. Гадолина

Получение

Цены

Цены на металлический гадолиний чистотой 99,9-99,9999 % в 2006 году составили 190—450 долл за 1 кг.

Применение

О гадолинии как о материале современной технологии рассказывать можно довольно долго, ибо этот элемент постоянно открывает все новые и новые области своего применения, и в немалой степени это обусловлено не только особыми ядерно-физическими свойствами но и технологичностью. Основными областями применения гадолиния являются электроника и атомная техника.

Магнитные носители информации

Ряд сплавов гадолиния и особенно сплав с кобальтом и железом позволяет создавать носители информации с колоссальной плотностью записи. Это обусловленно тем, что в этих сплавах образуются особые структуры — ЦДМ — цилиндрические магнитные домены, причём размеры доменов менее 1 мкм, что позволяет создавать носители памяти для современной компьютерной техники с плотностью записи 1-9 миллиардов бит на 1 квадратный сантиметр площади носителя(!).

Лазерные материалы

Гадолиний применяется для выращивания методом Чохральского(вытягивание из расплава) монокристаллов гадолиний-галлиевого граната(ГГГ) и особенно гадолиний-галлий-скандиевого граната(ГСГГ), и др. Особые свойства ГСГГ позволяют на его основе изготавливать лазерные системы с предельно высоким КПД и сверхвысокими параметрами лазерного излучения. В принципе ГСГГ на сегодняшний день является первым в достаточной степени изученным и имеющим отработанную технологию производства лазерным материалом — обладающим высоким КПД преобразования и пригодным для создания лазерных систем для инерциального термоядерного синтеза. Ванадат гадолиния с ионами неодима и тулия применяется для производства твердотельных лазеров, применяемых для лучевой обработки металлов и камня, а так же и в медицине.

Ядерная энергетика

В атомной технике гадолиний нашел применение для защиты от тепловых нейтронов, так как этот элемент обладает наивысшей способностью к захвату нейтронов из всех элементов. Его сечение равно 49000 барн. Но из всех изотопов гадолиния наивысшей способностью к захвату нейтронов обладает его изотоп гадолиний-157, сечение захвата 254000 барн.

В этой связи гадолиний очень интересен для управления ядерным реактором и для конструирования защиты от нейтронов. На основе окиси гадолиния изготавливаются эмали, керамика и краски используемые в атомной технике. Для регулирования атомного реактора применяется так же борат гадолиния. Растворимые соединения гадолиния могут быть использованы для стабилизации растворов, получаемых при переработке ТВЭЛов растворением в кислотах для последующего разделения. Стабилизирующее действие солей гадолиния проявляется в способности «глушить» ядерные реакции в таких растворах, и позволяет осуществлять ряд технологических операций, связанных с концентрированием таких растворов, а значит с уменьшением критического объема и образованием критических масс.

Оксид гадолиния используется для варки стекла, поглощающего тепловые нейтроны. Самый распространенный состав такого стекла: оксид бора-33 %,оксид кадмия-35 %, оксид гадолиния-32 %.

Получение сверхнизких температур

В небольшом объеме гадолиний применяется для получения сверхнизких температур в научных исследованиях, так например сульфат гадолиния при размагничивании вблизи к Абсолютному нулю температур позволяет снизить температуру до 0,0001 К.Наряду с сульфатом гадолиния для получения сверхнизких температур используют так же и хлорид гадолиния.

Производство катодов электронных пушек

Гексаборид гадолиния применяется для изготовления катодов мощных электронных пушек и рентгеновских установок, ввиду самой маленькой работы выхода из всех боридов редких земель, и его работа в 2,05 эВ сравнима с работой выхода щелочных металлов (калий, рубидий, цезий).

Ультрафиолетовый лазер

Использование ионов гадолиния для возбуждения лазерного излучения позволяет создать лазер работающий в ближнем ультрафиолетовом диапазоне с длиной волны 0,31 мк (310нм).

Производство металлогидридов для хранения водорода

Сплав гадолиний-железо применяется как очень емкий аккумулятор водорода, и может быть применен для водородного автомобиля.

Использование гадолиния в медицине

Гадолиний-153 используется в качестве источника излучения в медицине для диагностики остеопороза. Хлорид гадолиния применяется для блокады клеток Купфера при лечении печени. Рентгеноконтрастный препарат гадодиамид также содержит гадолиний.

Хранение радиоактивных отходов

Сплав гадолиния и никеля применяется для изготовления контейнеров для захоронения радиоактивных отходов.

Гигантский магнетокалорический эффект

Сплав гадолиния, германия, кремния и небольшого количества железа (1 %) применяется для производства магнитных холодильников (на основе гигантского магнетокалорического эффекта). Чистый гадолиний имеет максимальное значение магнетокалорического эффекта в точке Кюри(~290 K) порядка 4 К при адиабатическом намагничивании полем 18 кЭ (по данным кафедры магнетизма ТвГУ).

Так же особый интерес в последние годы привлекает к себе сплав гадолиний — тербий (монокристаллический) для производства магнитных холодильников.

Термоэлектрические материалы

Теллурид гадолиния может работать в мощном потоке нейтронов как очень хороший термоэлектрический материал (термо-э.д.с 220—250 мкВ/К). Селенид гадолиния имеет отличные термоэлектрические свойства и весьма перспективный и применяемый материал в производстве радиоизотопных источников энергии.

Легирование титановых сплавов

Некоторое количество гадолиния постоянно расходуется для производства специальных титановых сплавов (повышает предел прочности и текучести при легировании уже около 5 % гадолинием).

Радиоизотопные источники энергии

Гадолиний-148, испытывающий альфа-распад (полураспад 93 года), является безопасным и в тоже время исключительно мощным источником тепла для радиоизотопных термоэлектрогенераторов.

Биологическая роль

Ссылки




Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Гадолиний. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .


Advertisement