Gadolinyum Nedir? Gadolinyum Elementinin Özellikleri ve Kullanım Alanları Nelerdir?

Gadolinyum, havada oldukça kararlı olan orta derecede esnek, hafif sert, gümüşi-beyaz bir metaldir. Gümüş renginin yanı sıra zamanla havada kararmaktadır ve yüzeyde ince bir Gd2O3 filmi oluşturur. Element, hidroflorik asit (HF) hariç su ile yavaş yavaş ve seyreltilmiş asitlerle hızlı bir şekilde reaksiyona girer, gdf3’ün kararlı bir koruyucu tabakası oluşur ve bu sayede metali daha fazla reaksiyona sokmaz. Element, oda sıcaklığına yakın ferromanyetik olan tek lantanittir; Curie noktası 293 K (20 °C veya 68 ° F) ‘ dir. Bu sıcaklığın üstünde, metal çok güçlü bir paramanyetiktir.

Element, Jean-Charles Galissard de Marignac ve Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran tarafından keşfedilmiştir. Marignac, mineral samarskit’den yeni bir nadir toprak metali ayırdı ve Lecoq de Boisbaudran, Marignac’ın onayı ile elemente Fin kimyager Johan Gadolin’in ismini verdi. Element diğer nadir toprak metalleri ile birlikte birçok mineral oluşturur. Ayrıca nükleer füzyon ürünlerinde ve yer kabuğunda nikel ve arsenik kadar bol miktarda bulunur. Doğada %21,8 oranında bulunan gadolinyum-160, %20,4 oranında bulunan gadolinyum-156, %14,8 oranında bulunan gadolinyum-155, %15,5 oranında bulunan gadolinyum-157, %2,1 oranında bulunan gadolinyum-154 ve %0,15 oranında bulunan gadolinyum-153 isimlerini taşıyan 6 kararlı izotopun karışımından oluşmaktadır. Tek numaralı izotoplar, gadolinyum-157’nin 259.000 kesit alanına ulaşmasıyla son derece yüksek nükleer emilim kesitlerine sahiptir. Sonuç olarak, doğal olarak oluşan gadolinyum izotop karışımı da 49.000 kesit alanı sırasına göre çok yüksek bir nükleer emilim kesitine sahiptir. Nükleer izomerler hariç olmak üzere, 133 ila 169 arasında değişen ve 1.1 saniye (gadolinyum-135) ile 1.08 × 1014 yıl (gadolinyum-152) arasında yarı ömre sahip olan toplam 32 radyoaktif izotop karakterize edilmiştir.

Gadolinyum Element Özellikleri

Metalin ticari olarak ayrılması solvent-solvent ekstraksiyonu veya iyon değiştirme teknikleri kullanılarak yapılır. Metal, susuz klorürün veya florürün kalsiyum ile metalotermik olarak azaltılması ile üretilmiştir. Gadolinyum iki allotropik formda bulunur. Α-fazı, oda sıcaklığında a = 3.6336 Å ve C = 5.7810 Å ile sıkı istiflenmiş altıgendir. Β-fazı, 1,265 °C’de (2,309 °f) a = 4.06 Å ile gövde merkezli kübiktir.

Kullanım Alanları

Gadolinyum bileşiklerinin başlıca kullanımları arasında floresan lambalar için fosforlar, X-ışını yoğunlaştırıcı ekranlar, X-ışını tomografisi için sintilatörler ve manyetik rezonans görüntüleme (MRI) kontrast maddesinde suda çözünür şelatlar şeklinde bulunur. Diğer kullanım alanları ise nükleer reaktörlerin kalkanlarında, çok yüksek nükleer emilim kesitinden dolayı reaktör kontrol çubuklarında ve iletişimde kullanılan itriyum gadolinyum granatın bir bileşeni olarak kullanılır. Element, tüm bileşiklerinde oksidasyon durumunu olarak +3 durumu gösterir. Tipik bir nadir toprak gibi davranır ve tuzları beyaz, çözeltileri renksizdir. Herhangi bir biyolojik rolü bulunmamaktadır ve düşük toksiklik gösterir. %1 kadar gadolinyum demir ve krom alaşımlarının işlenebilirliğini ve yüksek sıcaklıklara ve oksidasyona karşı direncini artırabilir. Bu özelliği sayesinde mıknatıslar, elektronik bileşenler ve veri depolama diskleri yapmak için alaşımlarda da kullanılır.

Gadolinyumsülfat (Gd2 (SO4) 3―7H2O), Amerikalı kimyager William F. Giauque ve yüksek lisans öğrencisi D. P. MacDougal tarafından 1933’te ısı geçirmez manyetikliğin bozulması işlemi ile 1 K (-272 °C veya -458 °F) altındaki sıcaklıklara ulaşmak için kullanılmıştır. Gadolinyum metal, Gerald V. Brown tarafından, oda sıcaklığına yakın bir manyetik buzdolabı prototipinin aktif bir elemanı olarak kullanıldı ve 1976-78’de 7 teslas (manyetik endüksiyon ölçme birimi) ve su bazlı ısı değişim sıvısının manyetik alanı kullanılarak yaklaşık 80 °C (176 °F) sıcaklık aralığına ulaştı. O zamandan beri element, çok sayıda laboratuvarda manyetik soğutma cihazları kullanımlarında tercih edilen manyetik soğutucu malzeme haline geldi. 1997’de Amerikalı metalurjistler Vitalij Pecharsky ve Karl Gschneidner, Jr., gd5(Sı1 − Xgex)4 bileşiklerinde dev manyetokalorik etkiyi keşfetmiştir. Bu keşif, manyetik soğutma teknolojisinin geliştirilmesi ve ticarileştirilmesine yönelik güçlü bir ivme kazandırmıştır.

Kaynak

https://www.britannica.com/science/gadolinium

https://www.rsc.org/periodic-table/element/64/gadolinium