Гадолинијум

Извор: testwiki
Пређи на навигацију Пређи на претрагу

Шаблон:Infobox element

Гадолинијум (-{Gd}-, Шаблон:Јез-лат), је хемијски елемент из групе лантаноида са атомским бројем 64.[1][2] Име је добио по финском минерологу и хемичару Јохану Гадолину. Гадолинијум је заступљен у земљиној кори у количини од 7,7 -{ppm}-. Најважнији минерали гадолинијума су: монацит -{(Ce,La,Th,Nd,Y,Pr,Gd)PO4}- и -{(Ce,La,Nd,Y,Pr,Gd)CO3F}-

У периодном систему налази се у групи лантаноида те се тако убраја у метале ретких земаља. Гадолинијум има врло необичне металуршке особине, тако да чак и 1% гадолинијума у некој легури значајно може побољшати њену обрадивост и отпорност на оксидацију при вишим температурама, нарочито жељеза, хрома и сличних метала.

Историја

Елемент је 1880. године први открио швајцарски хемичар Жан Шарл Галисар де Марињак. Он је проучавао састојке минерала самарскита те појаву да се његови делови различито растварају у растворима калијум сулфата. У зависности од растворљивости, настајале су многе фракције. У једној од фракција, де Марињак је у апсорпцијском спектру пронашао спектралне линије до тада непознатог елемента. Пошто није имао довољно материјала да тачно одреди о којем се елементу ради, ставио му је ознаку Yα. Осим тога, у другој фракцији пронашао је још једну непознату супстанцу Yβ, али је врло брзо откривено да се ради о елементу самаријуму којег су већ открили Марк Делафонтејн и де Буабодран.[3] Након што су Вилијам Крукс[4] и Пол Емил Лекок де Буабодран потврдили постојање елемента Yα, Лекок де Буабодран је 19. априла 1886. у договору са Марињаком, дао име новом елементу, гадолинијум, у част финског хемичара Јохана Гадолина, те елементу доделио симбол -{Gd}-.[5][6]

Први научник који је 1935. добио метални гадолинијум био је Феликс Тромб. За издвајање гадолинијума, Тромб је користио електролитичку редукцију истопљене смеше гадолинијум(-{III}-)-хлорида, калијум хлорида и литијум хлорида при температури од 625–675 °-{C}- са кадмијумским електродама.[7] Убрзо након тога, заједно са Ирбеном и Вајсом, Тромб је открио и феромагнетске особине гадолинијума.[8]

Особине

Физичке

Елементарни гадолинијум
Топлотни капацитет гадолинијума, зелено: укупни капацитет, црвено: удео фонона, плаво: удео спина, тиркиз: удео електрона

Овај сребрнасто-бели до сиво-бели сјајни метал ретких земаља је дуктилан и кован. Кристализује се у хексагоналној густо пакованој кристалној структури са параметрима решетке -{a = 363 pm i c = 578 pm}-.[9] На температури изнад 1262 °-{C}- кристална структура гадолинијума прелази у кубну просторно центрирану структуру.[10]

Осим ових високотемпературних фаза, познат је и већи број фаза на високом притиску. Редослед измене фаза при високим притисцима одговара оном код других лантаноида (осим европијума и итербијума). Након хексагоналне структуре следи (при собној температури) и притиску изнад 1,5 -{GPa}-, структура типа самаријума, док при притиску изнад 6,5 -{GPa}- прелази у стабилну двоструку хексагоналну кристалну структуру. При притисцима између 26 и 33 -{GPa}- најстабилнија је кубна просторно центрирана структура. При још вишим притисцима познате су још двострука кубна просторно центрирана структура те моноклински -{Gd-VIII}- систем.[11][12]

Гадолинијум је, поред диспрозијума, холмијума, ербијума, тербијума и тулијума, један од лантаноида који има значајне феромагнетичне особине. Његова Киријева температура износи 292,5 -{K}- (19,3 °-{C}-) што представља највишу Киријеву температуру од свих лантаноида, док од других метала само жељезо, кобалт и никл имају вишу.[13] Изнад ових температура гадолинијум је парамагнетичан, са магнетном сусцептибилношћу од χ-{m}- од 0,12.[14]

Zbog ovakvih magnetnih osobina, гадолинијум takođe ima toplotni kapacitet koji jako zavisi od temperature. Pri vrlo niskim temperaturama (ispod 4 -{K}-), као што је то уобичајено код метала, најпре доминира електронски топлотни капацитет -{Cel}- (при чему је -{Cel = γ·T}- са γ = 6,38 -{mJ·mol−1·K−2}- а -{T}- је температура[15][16]). При вишим температурама, од одлучујућег значаја је Дебајев модел, при чему је Дебајева температура -{ΘD = 163,4 K}-[15] Испод Киријеве температуре, топлотни капацитет гадолинијума опет снажно расте, што се објашњава системом спина. Капацитет достиже 56 -{J·mol−1·K−1}- при 290 -{K}-, да би при вишим температурама готово одмах пао на испод 31 -{J·mol−1·K−1}-.[17]

Гадолинијум је саставни део керамичких високотемпературних суперпроводника типа -{Ba2GdCu3O7-x}- са критичном температуром (TC) од 94,5 -{K}-.[18] Чисти гадолинијум нема особине суперпроводника.[19] Са 49.000 барна, гадолинијум, због свог изотопа -{Gd}--157 (са 254.000 барна) има највећи попречни пресек захвата за термичке неутроне од свих познатих стабилних елемената (само нестабилни -{Xe}--135 достиже око десет пута већу вредност од Gd-157). Због превелике брзине трошења (-{burn-out-rate}-) овај изотоп се врло ретко користи у контролним шипкама нуклеарних реактора.

Хемијске

Гадолинијум се спаја са већином елемената у облику деривата -{Gd(III)}-. Такође се спаја са азотом, угљеником, сумпором, фосфором, бором, селеном, силицијумом и арсеном при повишеним температурама, градећи бинарна једињења.[20] За разлику од других ретких земних елемената, метални гадолинијум је релативно стабилан на сувом ваздуху. Међутим, врло брзо потамни ако у ваздуху има влаге, градећи оксид гадолинијум(-{III}-) оксид (-{Gd2O3}-), који се лако љушти с површине, излажући метал даљој оксидацији.

-{4 Gd + 3 O2 → 2 Gd2O3}-

Гадолинијум је врло снажно редукцијско средство, који редуцира оксиде многих метала до њихових елемената. Гадолинијум је релативно електропозитиван те споро реагује у хладној води градећи гадолинијум-хидроксид:

-{2 Gd + 6 H2O → 2 Gd(OH)3 + 3 H2}-

Метални гадолинијум врло лако напада разређена сумпорна киселина при чему настају раствори који садрже безбојне јоне -{Gd(III)}-, а који постоје у виду комплекса -{[Gd(H2O)}-9]3+:[21]

-{2 Gd + 3 H2SO4 + 18 H2O → 2 [Gd(H2O)9]3+ + 3 Шаблон:Chem + 3 H2}-

Метални гадолинијум реагује са халогеним елементима (X2) при температури изнад 200 °-{C}-:

-{2 Gd + 3 X2 → 2 GdX3}-

Распрострањеност

Гадолинијум је врло редак елемент на Земљи. Његов удео у континенталној Земљиној кори износи приближно 5,9[22] до 6,2 -{ppm}-.[14]

Овај елемент налази се у саставу многих минерала ретких метала, са различитим уделима у њима. Нарочито велики удео гадолинијума имају минерали итер-земаља[23] као и ксенотим. У налазиштима ксенотима из Малезије, удео гадолинијума износи око 4%. Међутим, и монацит такође садржи од 1,5% до 2% овог елемента у зависности од налазишта. У минералу бастнеситу удео гадолинијума је нешто нижи и износи од 0,15% до 0,7%.[24] Познат је само један минерал у којем гадолинијум као метал ретких земаља има највиши удео. Ради се о изузетно ретком уранилкарбонату леперсонит-(-{Gd}-) хемијског састава Ca(Gd,Dy)2(UO2)24(SiO4)4(CO3)8(OH)24 · 48H2O.[25]

Референце

Шаблон:Reflist

Спољашње везе

Шаблон:Commonscat

Шаблон:Периодни систем елемената 2 Шаблон:Нормативна контрола

  1. ↑ Шаблон:ParkesNeorganskaHemija
  2. ↑ Шаблон:Housecroft3rd
  3. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом galissard1.
  4. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом Crooke2.
  5. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом bpt6k3.
  6. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом rspl0076.
  7. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом Trombe.
  8. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом urbang.
  9. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом Banister.
  10. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом Spedding.
  11. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом Holzapfel.
  12. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом Errandonea.
  13. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом Eichner.
  14. ↑ 14,0 14,1 Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом CRC.
  15. ↑ 15,0 15,1 Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом Tsang.
  16. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом Gschneidner.
  17. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом jelinek.
  18. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом xuliang.
  19. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом Buzea.
  20. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом Wiberg.
  21. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом webelementscom.
  22. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом Harry H. Binder.
  23. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом spektrum.
  24. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом Ullmann.
  25. ↑ Грешка код цитирања: Неважећа ознака <ref>; нема текста за референце под именом canmin.
Преузето из „https://sr.wiki.beta.math.wmflabs.org/w/index.php?title=Гадолинијум&oldid=109”