გადოლინიუმი

გადოლინიუმი წარმოადგენს ქიმიურ ელემენტს, რომლის სიმბოლოა Gd, ხოლო ატომური ნომერი - 64. იგი მოვერცხლისფრო-თეთრი, ჭედადი და დრეკადი იშვიათ მიწათა მეტალია. გადოლინიუმს აქვს ნეიტრონების შთანთქმის განსაკუთრებული უნარი და ამდენად იგი გამოიყენება  ეკრანირებისათვის ნეიტრო-რადიოგრაფიაში და ბირთვულ რეაქტორებში. მისი პარამაგნიტური თვისებების გამო გადოლინიუმის ორგანული კომპლექსების ხსნარები და გადოლინიუმის ნაერთები მედიცინაში პოპულარულია, როგორც MRI-ის საწინააღმდეგო ინტრავენური აგენტი.

ისტორია

1880 წელს შვეიცარელი ქიმიკოსი ჟან შარლ გალისარ დე მარინიაკი (Jean Charles Galissard de Marignac) აკვირდებოდა დიდიუმის და გადოლიტის ნიმუშებში არსებული გადოლინიუმით გამოწვეული სპექტროსკოპიულ ხაზებს. ფრანგი ქიმიკოსი პ. ემილ ლექოქ დე ბუაბოდრანმა (Paul Émile Lecoq de Boisbaudran) გადოლინია გამოყო გადოლინიუმის ოქსიდიდან 1886 წელს. გადოლინიუმს მინერალ გადოლინის მსგავსად სახელი ეწოდა ფინელი ქიმიკოსისა და გეოლოგის ჯოჰან გადოლინის საპატივცემულოდ

გადოლინიტი

გავრცელება

გადოლინიუმი ოქსიდის სახით გვხვდება მრავალ მინერალში როგორიცაა: მონაციტი და ბასთნეზიტი. მინერალი გადოლინიტი Gd შეიცავს კვალის სახით. მისი გავრცელება დედამიწის ქერქში დაახლოებით 6.2მგ/კგ. ყველაზე გავრცელებული ის არის ჩინეთში, აშშ-ში, ბრაზილიაში, შრი-ლანკაში, ინდოეთში და ავსტრალიაში, სადაც მთლიანი რაოდენობა აღწევს ერთ მილიონ ტონას. სუფთა გადოლინიუმის მსოფლიო წარმოება შეადგენს 400 ტონას წელიწადზე.

იზოტოპები

ბუნებაში გავრცელებული გადოლინიუმი შედგება 6 სტაბილური იზოტოპისაგან: ¹⁵⁴Gd, ¹⁵⁵Gd, ¹⁵⁶Gd, ¹⁵⁷Gd, ¹⁵⁸Gd და ¹⁶⁰Gd და ასევე ერთი რადიოიზოტოპისაგან. აქედან ყველაზე მეტად გავრცელებულია ¹⁵⁷Gd და ¹⁵⁸Gd (ბუნებრივი გავრცელებაა 28.84%).

დახასიათებულია ოცდაცხრა რადიოიზოტოპი, მათ შორის მდგრადია ¹⁵²Gd, რომლის ნახევარდაშლის პერიოდია 1.08×10¹⁴ წელი და ¹⁵⁰Gd ნახევარდაშლის პერიოდით 1.79×10⁶ წელი. დანარჩენი რადიოაქტიური იზოტოპების ნახევარდაშლის პერიოდი 74.7 წელზე ნაკლებია. მათგან უმეტესობის ნახევარდაშლის პერიოდი 24.6 წამზე ნაკლებია. გადოლინიუმის იზოტოპებს აქვთ ოთხი მეტასტაბილური იზომერი, რომელთაგან ყველაზე მდგრადია ¹⁴³mGd (T½=110 წმ), ¹⁴⁵mGd (T½=85 წმ) and ¹⁴¹mGd (T½=24.5 წმ).

ყველაზე გავრცელებული სტაბილური იზოტოპის ¹⁵⁸Gd-ზე ნაკლები ატომური მასის მქონე იზოტოპები პირველადი ბეტა დაშლით, ელექტრონების შთანთქმისას გადადის Eu (ევროპიუმ)-ის იზოტოპებში. მაღალი ატომური მასის შემთხვევაში პირველადი ბეტა დაშლით, მიიღება Tb (თერბიუმის) იზოტოპები.

ფიზიკური თვისებები

გადოლინიუმი წარმოადგენს მოვერცხლისფრო-თეთრი ფერის ჭედად და დრეკად იშვიათ მიწათა მეტალს. იგი გამოკრისტალდება ჰექსაგონალური შეკრული a-ფორმით, ოთახის ტემპერატურაზე, მაგრამ 1235°C-ზე გაცხელების დროს გადადის ტავის b-ფორმაში, რომელსაც აქვს მოცულობა-ცენტრირებული კუბური სტრუქტურა.

გადოლინიუმ-157 გააჩნია მაღალი თერმული ნეიტრონების დამჭერი განიკვეთის ფართი ყველა სტაბილურ ნუკლეოდიტს შორის: 259.000 ბარნი. მხოლოდ ქსენონ-153 აქვს უფრო მაღალი განიკვეთის ფართი (2 მილიონი ბარნი), მაგრამ ეს იზოატომი არამდგრადია. გადოლინიუმი ოთახის ტემპერატურაზე ძლიერ პარამაგნიტურია და ამჟღავნებს ფერომაგნიტურ თვისებებს ოთახის ტემპერატურაზე ქვემოთ. გადოლინიუმს აქვს მაგნიტოკალორიული ეფექტი, რის შედეგადაც მისი ტემპერატურა იზრდება, როდესაც იგი ხვდება მაგნიტურ ველში და მცირდება როდესაც იგი ტოვებს მაგნიტურ ველს. ეს ეფექტი განსაკუთრებით ძლიერია გადოლინიუმის შენადნობისათვის - Gd₅(Si₂Ge₂).

გადოლინიუმის ატომები შეიძლება გამოიყოს ფლუორინის მოლეკულაში კაფსულებით, რაც ვიზუალურად ჩანს ტრანსმისიურ ელექტრომიკროსკოპში. ინდივიდუალური Gd ატომები და Gd მცირე დაჯგუფებები კორპორირდებიან ნახშირის ნანომილებში.

ქიმიური თვისებები

სხვა იშვიათ მიწათა ელემენტებისაგან განსხვავებით, მეტალური გადოლინიუმი შედარებით მდგრადია მშრალ ჰაერზე, თუმცა იგი სწრაფად შავდება ტენიან ჰაერზე და წარმოქმნის უმდგრად წებვად ოქსიდს, რომელიც უფრო მეტ ზედაპირს ქმნის დასაჟანგავად.

4 Gd + 3 O₂ → 2 Gd₂O₃

გადოლინიუმი ძლიერ აღმდგენი აგენტია. იგი აღადგენს სხვადასხვა მეტალების Fe, Cr, Sn, Pb, Mn და Zr-ის ოქსიდებს ელემენტებამდე. გადოლინიუმი საკმაოდ ელექტროდადებითია, ნელა ურთიერთქმედებს ცივ წყალთან, ხოლო სწრაფად რეაგირებს ცხელ წყალთან გადოლინიუმის ჰიდროქსიდის წარმოქმნით:

2 Gd + 6 H₂O → 2 Gd(OH)₃ + 3 H₂

გადოლინიუმი სწრაფად იხსნება განზავებულ გოგირდმჟავაში და წარმოქმნის უფერო Gd(III) იონების შემცველ ხსნარს, რომელიც შედის [Gd(OH₂)₉]³⁺ კომპლექსში.

2 Gd (მყ) + 3 H₂SO₄ (ხსნ.) → 2 Gd³⁺ (ხსნ.) + 3 SO²−₄ (ხსნ.) + 3 H₂ (აირი)

მეტალური გადოლინიუმი 200°C-ზე ზევით ურთიერთქმედებს ყველა ჰალოგენთან:

2 Gd (მყ) + 3 F₂ (აირი) → 2 GdF₃ (მყ) [თეთრი]

2 Gd (მყ) + 3 Cl₂ (აირი) → 2 GdCl₃ (მყ) [თეთრი]

2 Gd (მყ) + 3 Br₂ (აირი) → 2 GdBr₃ (მყ) [თეთრი]

2 Gd (მყ) + 3 I₂ (აირი) → 2 GdI₃ (მყ) [ყვითელი]

გადოლინიუმი უკავშირდება აზოტს, ნახშირბადს, გოგირდს, ფოსფორს, ბორს, სელენს, სილიციუმს და დარიშხანს მაღალ ტემპერატურაზე და წარმოქმნის ბინარულ ნაერთებს.

გადოლინიუმი ნაერთებში უმეტესად ამჟღავნებს +3 დაჟანგულობის რიცხვს, მაგრამ, განსაკუთრებით მყარ მდგომარეობაში ცნობილია სხვა დაჟანგულობის რიცხვიც. გადოლინიუმ(II) ჰალოგენიდები მიიღება გადოლინიუმ(III) ჰალოგენიდების ტანტალის კონტეინერებში გაცხელებით - მეტალური გადოლინიუმის თანაობისას. გადოლინიუმი აგრეთვე წარმოქმნის სესქვიქლორიდებს Gd₂Cl₃, რომელიც შემდგომ შეიძლება აღდგეს GdCl-მდე 800°C-ზე გახურებით. მიღებული გადოლინიუმ(I) ქლორიდი წარმოქმნის გრაფიტის ფენების მსგავსი სტრუქტურის ფირფიტებს.

ნაერთები

ცნობილია გადოლინიუმის შემდეგი ნაერთები:

• ფთორიდები: GdF₃
• ქლორიდები: GdCl₃
• ბრომიდები: GdBr₃
• ნიტრატები: Gd(NO₃)₃
• იოდიდები: GdI₃
• ოქსიდები: Gd₂O₃
• სულფიდები: Gd₂S₃
• ნიტრიდები: GdN

წარმოება

 გადოლინიუმი მიიღება, როგორც მონაციტისაგან, ასევე ბასთნეზიტისაგან.

დამსხვრეული მინერალის ნატეხებს ექსტრაგირებენ ქლორწყალბადით ან გოგირდმჟავით, რომელსაც უხსნადი ოქსიდი გადაჰყავს ხსნად ქლორიდში ან სულფატში.

მჟავური ფილტრატი ნეიტრალდება კაუსტიკური სოდით (pH 3–4). თორიუმი გამოილექება ჰიდროქსიდის სახით და სცილდება გადოლინუმს.

დარჩენილ ხსნარს ამუშავებენ ამონიუმის ოქსალატით და იშვიათ მიწათა ელემენტები გადადის შესაბამის უხსნად  ოქსალატებში, რომლებიც გაცხელებით გადადიან ოქსიდებში.

ოქსიდები იხსნება აზოტმჟავაში, რომელიც აშორებს ერთ-ერთ ძირითად კომპონენტს - ცერიუმს, რომლის ოქსიდიც არ იხსნება აზოტმჟავაში.

ხსნარი მუშავდება მაგნიუმის ნიტრატით და მიიღება გადოლინიუმის, სამარიუმის და ევროპიუმის კრისტალური ორმაგი მარილის ნარევი.

მარილები გამოიყოფა იონგაცვლითი ქრომატოგრაფიის საშუალებით.

შემდგომ იშვიათ მიწათა იონები შერჩევითად ირეცხება შესაბამისი კომპლექსური აგენტებით.

მეტალი გადოლინიუმი მიიღება მისი ოქსიდის ან მარილების კალციუმთან გაცხელებით 1450°C-ზე, არგონის ატმოსფეროში. ფაშარი, ღრუბლისფერი გადოლინიუმი შეიძლება მივიღოთ გამლღვალი GdCl₃-ის აღდგენით მეტალთან გაცხელებით 1312°C -ზე (Gd ლღობის ტემპერატურა) შემცირებული წნევის დროს.

გამოყენება

გადოლინიუმს არა აქვს ფართო გამოყენება, მაგრამ ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას სპეციალური დანიშნულებით. ¹⁵⁷Gd გამოიყენება ავთვისებიანი სიმსივნეების ნეიტრონულ თერაპიაში. ეს ელემენტი ძალიან ეფექტურია გამოყენებულ იქნას ნეიტრონულ რადიოგრაფთან ერთად და ბირთვულ რეაქტორებში ეკრანირებისათვის.

გადოლინიუმი აგრეთვე გამოიყენება მეტალურგიულ პროცესებში. რკინაზე, ქრომზე და მონათესავე მეტალებზე 1 % გადოლინიუმის დამატებისას მიიღება შენადნობები, რომელიც უფრო მდგრადია და ადვილად დამუშავებადი.

გადოლინიუმი ოთახის ტემპერატურაზე პარამაგნიტური, ხოლო კიურის წერტილზე 17°C-ზე ფერომაგნიტურია. ეს თვისება შესაძლებელს ხდის გადოლინიუმს გამოყენებულ იქნას მაგნიტურ რეზონანსულ ასახვის ტექნოლოგიაში (MRI).

გადოლინიუმი გამოიყენება გადოლინიუმ იტრიუმის გარნეტის (Gd:Y₃Al₅O₁₂) მისაღებად. მას აქვს მიკროტალღური გამოყენება და იხმარება მაგნიტო-ოპტიკური ფილებისათვის სხვადასხვა ოპტიკური კომპონენტების და სუბსტრატული მასალების წარმოებაში.

გადოლინიუმის ნაერთები აგრეთვე გამოიყენება მწვანე ლუმინოფორების საწარმოებლად ფერადი ტელევიზორებისათვის და კომპაქტ-დისკებისათვის.

გადოლინიუმ-გალიუმ გარნეტი (GGG, Gd₃Ga₅O₁₂) გამოიყენებოდა ხელოვნური ბრილიანტის და კომპიუტერული მახსოვრობის იმიტაციისათვის.

ბიოლოგიური როლი

არ არის ცნობილი გადოლინიუმის ბიოლოგიური როლი, მაგრამ მისი ნაერთები გამოიყენება ბიომედიცინაში კვლევებისათვის. Gd³⁺ ნაერთები წარმოადგენენ MRI საწინააღმდეგო ნაერთების კომპონენტს. იგი გამოიყენება სხვადასხვა არხების ელექტროფიზიოლოგიურ ექსპერიმენტში ნატრიუმის გადინების არხების დასაბლოკად.

თავისუფალი იონის სახით გადოლინიუმი ძალიან ტოქსიკურია. ტოქსიკურობა დამოკიდებულია ქელატაგენტების სიძლიერეზე.

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით