గెడోలినియం

గెడోలినియం (Gd) పరమాణు సంఖ్య 64 కలిగిన రసాయన మూలకం. ఆక్సీకరణాన్ని తొలగించినప్పుడు గెడోలినియం వెండి-లాగా తెల్లటి మెరిసే లోహం. ఇది కొంచెం మెత్తగా ఉండి, సాగే గుణం గల అరుదైన భూ మూలకం. గెడోలినియం వాతావరణ ఆక్సిజన్ లేదా తేమతో నెమ్మదిగా చర్య జరిపి నల్లని పూతను ఏర్పరుస్తుంది. గెడోలినియం దాని క్యూరీ పాయింట్  కి దిగువన ఉన్నపుడు ఫెర్రో మాగ్నెటిక్‌గా (అయస్కాతానికి ఆకర్షణ కలిగి ఉండడం) ఉంటుంది. ఈ అయస్కాంత క్షేత్రానికి ఆకర్షణలో నికెల్ కంటే ఎక్కువ ఉంటుంది. ఈ ఉష్ణోగ్రత పైన ఇది అత్యంత పారా అయస్కాంత మూలకం. ఇది ఆక్సిడైజ్డ్ రూపంలో మాత్రమే ప్రకృతిలో కనిపిస్తుంది. వేరు చేయబడినప్పుడు, ఇది సాధారణంగా ఇతర అరుదైన-భూముల యొక్క మలినాలను కలిగి ఉంటుంది ఎందుకంటే వాటి సారూప్య రసాయన లక్షణాలు.

లక్షణాలు

భౌతిక ధర్మాలు 
లాంథనైడ్ సిరీస్‌లో గెడోలినియం ఎనిమిదవది. ఆవర్తన పట్టికలో, ఇది ఎడమవైపున యూరోపియం, కుడివైపు టెర్బియం మూలకాల మధ్య, ఆక్టినాయిడ్ అయిన క్యూరియంకు పైన కనిపిస్తుంది. ఇది వెండి-లాంతి తెలుపు రంగులో, మెత్తగా ఉండే, సాగే గుణం గల అరుదైన-భూ మూలకం . దీని 64 ఎలక్ట్రాన్లు [Xe]4f 7 5d 1 6s 2 ఆకృతీకరణలో అమర్చబడి ఉంటాయి.

లాంథనాయిడ్ శ్రేణిలోని ఇతర లోహాల మాదిరిగానే, గెడోలినియం కూడా సాధారణంగా మూడు ఎలక్ట్రాన్‌లను వాలెన్స్ ఎలక్ట్రాన్‌లుగా ఉపయోగిస్తుంది, ఆ తర్వాత మిగిలే 4f ఎలక్ట్రాన్‌లు చాలా బలంగా కట్టుబడి ఉంటాయి. ఇది గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద షట్కోణ క్లోజ్-ప్యాక్డ్ α-రూపంలో స్ఫటికీకరిస్తుంది, అయితే,  కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతలకు వేడి చేసినప్పుడు, ఇది బాడీ సెంటర్‌డ్ క్యూబిక్ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉండే β-రూపంలోకి మారుతుంది. 

గెడోలినియం  కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఫెర్రో అయస్కాంతంగా ఉంటుందని భావిస్తున్నారు.  ఈ ఉష్ణోగ్రత కంటే పైన ఉన్నపుడు బలమైన పారా అయస్కాంతంగా ఉంటుంది.  కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద గెడోలినియం ఫెర్రో మాగ్నెటిక్‌గా కాకుండా హెలికల్ యాంటీ ఫెర్రో మాగ్నెటిక్‌గా ఉంటుందనే రుజువు ఒకటి ఉంది.  అయస్కాంత క్షేత్రంలోకి ప్రవేశించినప్పుడు మాగ్నెటోకలోరిక్ ప్రభావం వలన గెడోలినియం ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది, అయస్కాంత క్షేత్రం నుండి నిష్క్రమించినప్పుడు తగ్గుతుంది. గెడోలినియం మిశ్ర లోహం Gd85Er15 ఉష్ణోగ్రత  వరకు తగ్గుతుంది. ఈ ప్రభావం మిశ్రమం Gd5( Si2Ge2 )కి ఇంకా బలంగా ఉంటుంది, అయితే చాలా తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద (<  ).  Gd5(SixGe1− x)4 సమ్మేళనాలలో 300 కెల్విన్‌ల వరకు ఉండే అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద గణనీయమైన మాగ్నెటోకలోరిక్ ప్రభావాన్ని గమనించవచ్చు.

రసాయన లక్షణాలు 
గెడోలినియం చాలా మూలకాలతో కలిసి Gd(III) ఉత్పన్నాలను ఏర్పరుస్తుంది. ఇది నత్రజని, కార్బన్, సల్ఫర్, భాస్వరం, బోరాన్, సెలీనియం, సిలికాన్, ఆర్సెనిక్‌లతో అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద మిళితమై బైనరీ సమ్మేళనాలను ఏర్పరుస్తుంది. 

ఇతర అరుదైన-భూ మూలకాల వలె కాకుండా, మెటాలిక్ గెడోలినియం పొడి గాలిలో సాపేక్షంగా స్థిరంగా ఉంటుంది. అయితే, ఇది తేమతో కూడిన గాలిలో త్వరగా మసకబారిపోయి, గెడోలినియం(III) ఆక్సైడ్ (Gd 2 O 3 ) ఏర్పడుతుంది:

 4 Gd + 3 O 2 → 2 Gd 2 O 3 ,

గెడోలినియం ఒక బలమైన రెడ్యూసింగ్ ఏజెంటు, ఇది అనేక లోహాల ఆక్సైడ్‌లను వాటి మూలకాలలోకి తగ్గిస్తుంది. గెడోలినియం చాలా ఎలక్ట్రోపోజిటివుగా ఉంటుంది. చల్లటి నీటితో నెమ్మదిగాను, వేడి నీటితో వేగంగానూ చర్య జరిపి గెడోలినియం హైడ్రాక్సైడ్ ఏర్పరుస్తుంది:

 2 Gd + 6 H 2 O → 2 Gd(OH) 3 + 3 H 2 .

గెడోలినియం లోహంపై పలుచటి సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం దాడి చేసినపుడు రంగులేని Gd(III) అయాన్‌లను కలిగి ఉండే ద్రావణాలను ఏర్పరరుస్తుంది. ఇవి [Gd(H2O)9] 3+ కాంప్లెక్స్‌ల రూపంలో ఉంటాయి : 

 2 Gd + 3 H 2 SO 4 + 18 H 2 O → 2 [Gd(H 2 O) 9 ] 3+ + 3 </br>  + 3 H 2 .

గెడోలినియం లోహం  ఉష్ణోగ్రత వద్ద హాలోజన్‌లతో (X 2 ) చర్య జరుపుతుంది : 

 2 Gd + 3 X 2 → 2 GdX 3 .

ఐసోటోపులు 
సహజంగా లభించే గెడోలినియంకు ఆరు స్థిరమైన ఐసోటోపులున్నాయి. అవి 154Gd, 155Gd, 156Gd, 157Gd, 158Gd, 160Gd. ఇవి కాక ఐసోటోప్ 158Gd (ప్రాకృతిక సమృద్ధి 24.8% ) కు ఒక రేడియో ఐసోటోప్, 152Gd ఉంది. అంచనా వేయబడిన 160Gd యొక్క డబుల్ బీటా క్షయాన్ని ఎన్నడూ గమనించలేదు.

గెడోలినియం యొక్క 29 రేడియో ఐసోటోప్‌లను గమనించారు. వీటిలో అత్యంత స్థిరమైనవి 152Gd (సహజంగా సంభవించేది) (దాదాపు 1.08×1014 సంవత్సరాల అర్ధజీవితం), 150 Gd (అర్ధ జీవితం 1.79×10 6 సంవత్సరాలు). మిగిలిన అన్ని రేడియోధార్మిక ఐసోటోప్‌లు 75 సంవత్సరాల కంటే తక్కువ అర్ధ జీవితాలను కలిగి ఉంటాయి. వీటిలో ఎక్కువ వాటి అర్ధ జీవితాలు 25 సెకన్ల కంటే తక్కువ. గెడోలినియం ఐసోటోప్‌లకు నాలుగు మెటాస్టేబుల్ ఐసోమర్‌లు ఉన్నాయి. వీటిలో అత్యంత స్థిరంగా ఉండేవి 143m Gd ( t 1/2 = 110 సెకన్లు), 145m Gd ( t 1/2 = 85 సెకన్లు), 141m Gd ( t 1/2 = 24.5 సెకన్లు).

సంభవించిన 

మోనాజైట్, బాస్ట్నాసైట్ వంటి అనేక ఖనిజాలలో గెడోలినియం ఒక భాగం. లోహం చాలా రియాక్టివ్‌గా ఉంటుంది కాబట్టి, ప్రాకృతికంగా స్వస్వరూపంలో ఉందదు. పైన పేర్కొన్న విధంగా, ఖనిజ గాడోలినైట్‌లో వాస్తవానికి ఈ మూలకం జాడలు మాత్రమే ఉంటాయి. భూమి పెంకులో సమృద్ధి దాదాపు 6.2 mg/kg.  ప్రధాన మైనింగ్ ప్రాంతాలు చైనా, US, బ్రెజిల్, శ్రీలంక, భారతదేశం, ఆస్ట్రేలియా. వీటిలో ఒక మిలియన్ టన్నుల కంటే ఎక్కువ నిల్వలు ఉన్నాయి. స్వచ్ఛమైన గెడోలినియం ప్రపంచ ఉత్పత్తి సంవత్సరానికి 400 టన్నులు. గెడోలినియం కలిగిన ఏకైక ఖనిజం, లెపర్సోనైట్-(Gd), చాలా అరుదు.

అప్లికేషన్లు 
గాడోలినియమ్‌కు పెద్ద-ఎత్తున వాడే రంగాలేమీ లేవు, కానీ దీనికి వివిధ రకాల ప్రత్యేక ఉపయోగాలు ఉన్నాయి.

157Gd అధిక న్యూట్రాన్ క్రాస్-సెక్షన్ కలిగి ఉన్నందున, ఇది న్యూట్రాన్ థెరపీలో కణితులను లక్ష్యంగా చేసుకోవడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ మూలకం న్యూట్రాన్ రేడియోగ్రఫీతో, అణు రియాక్టర్ల రక్షణలో ఉపయోగించడానికి ప్రభావవంతంగా ఉంటుంది. ఇది కొన్ని అణు రియాక్టర్లలో, ముఖ్యంగా CANDU రకం రియాక్టరులో ద్వితీయ, అత్యవసర షట్-డౌన్ కొలతగా ఉపయోగించబడుతుంది.  గెడోలినియంను న్యూక్లియర్ మెరైన్ ప్రొపల్షన్ సిస్టమ్స్‌లో మండించగల పాయిజన్‌గా కూడా ఉపయోగిస్తారు.

గెడోలినియంకు అసాధారణమైన మెటలర్జిక్ లక్షణాలు ఉన్నాయి. 1% గెడోలినియం ఇనుము, క్రోమియం, సంబంధిత మిశ్రలోహాల వర్కబిలిటీని అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు, ఆక్సీకరణకూ ఉండే నిరోధకతనూ మెరుగు పరుస్తుంది. 

ఫాస్ఫార్‌గా గెడోలినియం ఇతర ఇమేజింగ్‌లో కూడా ఉపయోగించబడుతుంది. ఎక్స్-రే సిస్టమ్స్‌లో గెడోలినియం ఫాస్ఫర్ పొరలో డిటెక్టర్ వద్ద పాలిమర్ మ్యాట్రిక్స్‌లో వేలాడదీసి ఉంటుంది. ఫాస్ఫర్ పొర వద్ద ఉన్న టెర్బియం - డోప్డ్ గెడోలినియం ఆక్సిసల్ఫైడ్ (Gd 2 O 2 S:Tb) మూలం నుండి విడుదలయ్యే X-కిరణాలను కాంతిగా మారుస్తుంది. Tb 3+ ఉండటం వల్ల ఈ పదార్థం 540 nm వద్ద గ్రీన్ లైట్‌ను విడుదల చేస్తుంది. ఇది ఇమేజింగ్ నాణ్యతను పెంచడానికి చాలా ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది. Gd యొక్క శక్తి మార్పిడి 20% వరకు ఉంటుంది, అంటే ఫాస్ఫర్ పొరను కొట్టే ఎక్స్-రే శక్తిలో 1/5 వంతు కనిపించే ఫోటాన్‌లుగా మార్చబడుతుంది. గెడోలినియం ఆక్సియోర్తోసిలికేట్ (Gd2SiO5, GSO; సాధారణంగా 0.1–1.0% Ce డోప్ చేయబడింది) అనేది పాజిట్రాన్ ఎమిషన్ టోమోగ్రఫీ లేదా న్యూట్రాన్‌లను గుర్తించడం వంటి మెడికల్ ఇమేజింగ్‌లో సింటిలేటర్‌గా ఉపయోగించే ఒక సింగిల్ క్రిస్టల్. 

రంగుల టీవీ ట్యూబ్‌ల కోసం గ్రీన్ ఫాస్ఫర్‌లను తయారు చేయడానికి కూడా గెడోలినియం సమ్మేళనాలను ఉపయోగిస్తారు.

జీవుల్లో 
గెడోలినియంకు జీవసంబంధ పాత్ర ఏదీ లేదు. అయితే దాని సమ్మేళనాలు బయోమెడిసిన్‌లో పరిశోధనా సాధనాలుగా ఉపయోగించబడతాయి. Gd 3+ సమ్మేళనాలు MRI కాంట్రాస్ట్ ఏజెంట్ల భాగాలు.

మూలాలు 

మూలకాలు
లాంథనాయిడ్లు