Хемијски елемент са атомским бројем 64 и ознаком Gd. From Wikipedia, the free encyclopedia
Гадолинијум (, лат. ), је хемијски елемент из групе лантаноида са атомским бројем 64.[3][4] Име је добио по финском минерологу и хемичару Јохану Гадолину. Гадолинијум је заступљен у земљиној кори у количини од 7,7 . Најважнији минерали гадолинијума су: монацит и
Општа својства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Име, симбол | гадолинијум, | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Изглед | сребрнасто бео | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
У периодноме систему | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Атомски број (Z) | 64 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Група, периода | група Н/Д, периода 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Блок | f-блок | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Категорија | лантаноид | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Рел. ат. маса (Ar) | 157,25(3)[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ел. конфигурација | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
по љускама | 2, 8, 18, 25, 9, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Физичка својства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тачка топљења | 1585 K (1312 °C, 2394 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тачка кључања | 3273 K (3000 °C, 5432 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Густина при с.т. | 7,90 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
течно ст., на т.т. | 7,4 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Топлота фузије | 10,05 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Топлота испаравања | 301,3 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Мол. топл. капацитет | 37,03 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Напон паре (израчунато)
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Атомска својства | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Електронегативност | 1,20 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Енергије јонизације | 1: 593,4 kJ/mol 2: 1170 kJ/mol 3: 1990 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Атомски радијус | 180 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ковалентни радијус | 196±6 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Спектралне линије | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Остало | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Кристална структура | збијена хексагонална (HCP) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Брзина звука танак штап | 2680 m/s (на 20 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Топл. ширење | α poly: 9,4 µm/(m·K) (на 100 °) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Топл. водљивост | 10,6 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Електроотпорност | α, поли: 1,310 µΩ·m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Магнетни распоред | транзиција феромагнетичан–парамагнетичан на 293,4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Магнетна сусцептибилност (χmol) | +755.000,0·10−6 cm3/mol (300,6 )[2] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Јангов модул | α форма: 54,8 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Модул смицања | α форма: 21,8 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Модул стишљивости | α форма: 37,9 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Поасонов коефицијент | α форма: 0,259 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Викерсова тврдоћа | 510–950 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS број | 7440-54-2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Историја | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Именовање | по минералу гадолиниту (који је назван по Јохану Гадолину) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Откриће | Жан Шарл Галисар де Марињак (1880) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Прва изолација | Пол Емил Лекок де Буабодран (1886) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Главни изотопи | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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.
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.[5] Након што су Вилијам Крукс[6] 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 .[7][8]
Први научник који је 1935. добио метални гадолинијум био је Феликс Тромб. За издвајање гадолинијума, Тромб је користио електролитичку редукцију истопљене смеше гадолинијум()-хлорида, калијум хлорида и литијум хлорида при температури од 625–675 ° са кадмијумским електродама.[9] Убрзо након тога, заједно са Ирбеном и Вајсом, Тромб је открио и феромагнетске особине гадолинијума.[10]
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 .[11] На температури изнад 1262 ° кристална структура гадолинијума прелази у кубну просторно центрирану структуру.[12]
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 , структура типа самаријума, док при притиску изнад 6,5 прелази у стабилну двоструку хексагоналну кристалну структуру. При притисцима између 26 и 33 најстабилнија је кубна просторно центрирана структура. При још вишим притисцима познате су још двострука кубна просторно центрирана структура те моноклински систем.[13][14]
Гадолинијум је, поред диспрозијума, холмијума, ербијума, тербијума и тулијума, један од лантаноида који има значајне феромагнетичне особине. Његова Киријева температура износи 292,5 (19,3 °) што представља највишу Киријеву температуру од свих лантаноида, док од других метала само жељезо, кобалт и никл имају вишу.[15] Изнад ових температура гадолинијум је парамагнетичан, са магнетном сусцептибилношћу од χ од 0,12.[16]
Zbog ovakvih magnetnih osobina, гадолинијум takođe ima toplotni kapacitet koji jako zavisi od temperature. Pri vrlo niskim temperaturama (ispod 4 ), као што је то уобичајено код метала, најпре доминира електронски топлотни капацитет (при чему је са γ = 6,38 а је температура[17][18]). При вишим температурама, од одлучујућег значаја је Дебајев модел, при чему је Дебајева температура [17] Испод Киријеве температуре, топлотни капацитет гадолинијума опет снажно расте, што се објашњава системом спина. Капацитет достиже 56 при 290 , да би при вишим температурама готово одмах пао на испод 31 .[19]
Гадолинијум је саставни део керамичких високотемпературних суперпроводника типа са критичном температуром () од 94,5 .[20] Чисти гадолинијум нема особине суперпроводника.[21] Са 49.000 барна, гадолинијум, због свог изотопа -157 (са 254.000 барна) има највећи попречни пресек захвата за термичке неутроне од свих познатих стабилних елемената (само нестабилни -135 достиже око десет пута већу вредност од Gd-157). Због превелике брзине трошења () овај изотоп се врло ретко користи у контролним шипкама нуклеарних реактора.
Гадолинијум се спаја са већином елемената у облику деривата . Такође се спаја са азотом, угљеником, сумпором, фосфором, бором, селеном, силицијумом и арсеном при повишеним температурама, градећи бинарна једињења.[22] 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() оксид (), који се лако љушти с површине, излажући метал даљој оксидацији.
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:
Метални гадолинијум врло лако напада разређена сумпорна киселина при чему настају раствори који садрже безбојне јоне , а који постоје у виду комплекса 9]3+:[23]
Метални гадолинијум реагује са халогеним елементима (X2) при температури изнад 200 °:
Гадолинијум је врло редак елемент на Земљи. Његов удео у континенталној Земљиној кори износи приближно 5,9[24] до 6,2 .[16]
Овај елемент налази се у саставу многих минерала ретких метала, са различитим уделима у њима. Нарочито велики удео гадолинијума имају минерали итер-земаља[25] 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%.[26] Познат је само један минерал у којем гадолинијум као метал ретких земаља има највиши удео. Ради се о изузетно ретком уранилкарбонату леперсонит-() хемијског састава Ca(Gd,Dy)2(UO2)24(SiO4)4(CO3)8(OH)24 · 48H2O.[27]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.