גדוליניום

גדוליניום (באנגלית: Gadolinium) הוא יסוד כימי מסדרת הלנתנידים שסמלו הכימי Gd ומספרו האטומי 64. הוא נמנה עם משפחת היסודות הנדירים, אם כי למעשה הוא אינו נדיר, אלא מפוזר בדלילות ולכן יקר להפקה. גדוליניום הוא מתכת לבנה כסופה, רקיעה, ניתנת לחישול ובעלת ברק מתכתי. בשיווי משקל בטמפרטורת החדר המבנה הגבישי של גדוליניום הוא הקסגונלי, ובטמפרטורות גבוהות (מעל 1235 מעלות צלזיוס), המבנה הגבישי היציב שלו הוא קובי ממורכז גוף (BCC), בפאזה המסומנת β. גדוליניום יציב יותר מלנתנידים אחרים באוויר יבש, אך הוא מתחמצן במהירות באוויר לח ויוצר את התחמוצת Gd2O3. גדוליניום הופך למוליך על מתחת לטמפרטורה של 1.083 מעלות קלווין (272.067- מעלות צלזיוס). לגדוליניום תכונות מגנטיות בטמפרטורת החדר: מתחת לטמפ' של 20 מעלות צלזיוס גדוליניום הוא פרומגנטי, ומעל טמפ' זו הוא פאראמגנטי. בגדוליניום מתרחש האפקט המגנטו-קלורי - צימוד בין שינויים במצב המגנטי לשינוי בטמפ'. כלומר, כאשר השדה המגנטי הפועל על החומר משתנה גם הטמפ' שלו משתנה. במחקרים בננוטכנולוגיה, הצליחו חוקרים להכניס אטומים בודדים של גדוליניום לתוך מולקולות פולרן (C60). בנוסף, הדגימו חוקרים את האפשרות להכניס אטומים בודדים וצברים קטנים של אטומים לתוך ננו-צינוריות פחמן. לאיזוטופ גדוליניום-157 יש את שטח החתך לפעולה הגדול ביותר לפיזור נייטרונים, מבין כל האיזוטופים היציבים. הוא שני רק לאיזוטופ קסנון-135, אולם איזוטופ זה איננו יציב. לגדוליניום אין יישום עיקרי בקנה מידה גדול, אלא שורה של יישומים ספציפיים ומיוחדים. לגדוליניום שימוש בייצור סגסוגות, ריכוז של 1% גדוליניום משפר את העמידות של ברזל, כרום ומתכות אחרות לטמפרטורות גבוהות וקורוזיה. לאיזוטופ גדוליניום-157 יש שימושים שונים ברפואה גרעינית, ושימושים מגוונים בכורים גרעיניים, וזאת בשל שטח החתך לפעולה הגבוה שלו לפיזור נייטרונים. לקומפלקסים אורגניים של גדוליניום יישומים ב-MRI. לתרכובות גדוליניום יישומים בשפופרות צבע בטלוויזיות. בשל תכונותיה האופטיות המצוינות, התרכובת Gd3Ga5O12 משמשת כתחליף למגוון חומרים אופטיים אחרים, וגם בתוך חיקוי ליהלום. האיזוטופ גדוליניום-153 מיוצר בכורים גרעיניים מהיסוד אירופיום או מגדוליניום מועשר, והוא בעל זמן מחצית חיים של 240±10 ימים. האיזוטופ משמש כמקור לקרינת גאמא לשימושים כגון כיול מערכות דימות רפואיות. כמו כן הוא משמש כמקור גאמא למדידות בליעת קרני X, במדידות צפיפות עצם לאבחון אוסטאופורוזיס ובמכשירי רנטגן ניידים. גדוליניום התגלה בשנת 1880 בזמן אנליזה ספקטרוסקופית בדידמיום (תערובת מתכות) שערך הכימאי השווייצרי ז'אן שארל גאליסר (Jean Charles Galissard). בשנת 1886 תחמוצת גדוליניום (Gd2O5) בודדה על ידי הכימאי הצרפתי פול לקוק (Paul Émile Lecoq). רק בשנים האחרונות גדוליניום טהור בודד. גדוליניום נקרא על שמו של הכימאי והגאולוג הפיני יוהאן גדולין (Johan Gadolin). גדוליניום לעולם לא מופיע בטבע בצורתו החופשית, אך הוא נמצא בכמה מינרלים כמו גדוליניט, מונזיט ובסטנסיט. כיום גדוליניום מופק בתגובה בין GdF3 לסידן כך: 2GdF3 + 3Ca → 2Gd + 3CaF2 קיימות טכניקות בידוד נוספות לגדוליניום, כדוגמת חילוף יונים. כמו לנתנידים אחרים, לתרכובות גדוליניום רעילות נמוכה. מנגנוני רעילותו לא מובנים במלואם. לגדוליניום אין תפקיד ביולוגי, אך הוא יכול להאיץ מטאבוליזם. גדוליניום, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) גדוליניום ב-Webelements (אנגלית) דף מידע בטיחות (MSDS) של גדוליניום Suenaga, Kazu; Taniguchi, Risa; Shimada, Takashi; Okazaki, Toshiya; Shinohara, Hisanori; Iijima, Sumio (2003). "Evidence for the Intramolecular Motion of Gd Atoms in a Gd2@C92 Nanopeapod". Nano Letters. 3 (10): 1395. Bibcode:2003NanoL...3.1395S. doi:10.1021/nl034621c. Hashimoto, Ayako; Yorimitsu, Hideki; Ajima, Kumiko; et al. (2004). "Selective deposition of a gadolinium(III) cluster in a hole opening of single-wall carbon nanohorn". Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (23): 8527–8530. Bibcode:2004PNAS..101.8527H. doi:10.1073/pnas.0400596101. PMC 423227. PMID 15163794.