Atom Numarası 64 olan Gadolinyum Elementi, nadir toprak elementleri grubuna ait bir metaldir. Gümüş-beyaz renkte, dövülebilir ve sünek yapıdadır. Oksijen veya nemle temas ettiğinde yüzeyinde yavaşça siyah bir oksit tabakası oluşur. Doğada yalnızca oksitlenmiş hâlde bulunur ve genellikle diğer nadir toprak elementleriyle birlikte yer alır.
Gadolinyum Elementi Manyetik Özellikleri
Gadolinyum, 20 °C’nin altında ferromanyetik özellik gösterir; bu sıcaklık Curie noktası olarak bilinir. Curie noktasının üzerinde ise paramanyetik hale gelir ve vücut sıcaklığında bilinen tüm elementler arasında en güçlü paramanyetik özelliğe sahiptir. Bu özelliği sayesinde MRI (Manyetik Rezonans Görüntüleme) gibi tıbbi görüntüleme yöntemlerinde kontrast madde olarak kullanılır. Ayrıca magnetokalorik etki gösterir; manyetik alana maruz kaldığında ısınır, alandan çıkınca soğur.
Tarihçe ve Adlandırma:
Gadolinyum, 1880 yılında İsviçreli kimyager Jean Charles de Marignac tarafından spektroskopi yoluyla keşfedildi. İsmini, bulunduğu mineral olan gadolinitten alır; bu mineral de 1794’te onu analiz eden Finlandiyalı kimyager Johan Gadolin’in adını taşır. Elementin saf formu ilk kez 1935’te Fransız kimyager Félix Trombe tarafından izole edilmiştir.
Gadolinyum Elementi Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
Elektron konfigürasyonu [Xe]4f⁷5d¹6s² olan gadolinyum, çoğu bileşiğinde +3 değerlikli iyonlar (Gd³⁺) oluşturur. Diğer nadir toprak metalleri gibi, genellikle yüksek koordinasyonlu kompleksler yapar. GdCl₃, Gd(NO₃)₃ gibi tuzları renksizdir. Gadolinyum, kuru havada kararlı olmasına rağmen nemli havada hızla oksitlenerek Gd₂O₃ oluşturur. Soğuk suyla yavaş, sıcak suyla hızlı tepkimeye girerek Gd(OH)₃ ve hidrojen gazı oluşturur. Seyreltik sülfürik asitle Gd³⁺ içeren çözeltiler elde edilir.
İzotoplar:
Doğal gadolinium altı kararlı izotop içerir: Gd-154, 155, 156, 157, 158 ve 160. En bol bulunanı Gd-158‘dir (%24,8). Ayrıca bir doğal radyoizotopu olan Gd-152 de bulunur; yarı ömrü yaklaşık 1,08×10¹⁴ yıl ile oldukça uzundur. Gadolinium-157, 259.000 barn ile kararlı izotoplar arasında en yüksek nötron yakalama kesitine sahiptir. Bu özelliğiyle nükleer reaktörlerde kontrol amaçlı kullanılır.
Atom Numarası 64 olan Gadolinyum Elementi
Kullanım Alanları:
-
Tıp: Şelatlanmış Gd(III) bileşikleri, manyetik rezonans görüntülemede (MRI) kontrast madde olarak kullanılır. Gadolinyum iyonları kendiliğinden toksiktir, ancak şelatlandıklarında vücuttan büyük ölçüde atılırlar.
-
Nükleer teknoloji: Gd, nötronları iyi soğurması sayesinde reaktör kontrolünde ve nötron radyografisinde kullanılır.
-
Metalurji: Demir, krom gibi metallere %1 kadar gadolinyum eklendiğinde yüksek sıcaklığa karşı direnç ve işlenebilirlik artar.
-
Elektronik ve optik: Fosfor bileşikleri, görüntüleme sistemleri, ekranlar ve süperiletkenler gibi birçok alanda yer alır.
-
Araştırma: Nanoteknolojide, fulleren ya da nanotüplerin içine yerleştirilen tekil Gd atomları görüntülenebilir ve özel malzemeler üretilebilir.
Doğada Bulunuşu ve Üretimi:
Gadolinyum, nadir toprak mineralleri olan monazit ve bastnäsit içinde bulunur. İlginç şekilde, adını verdiği gadolinit minerali yalnızca az miktarda Gd içerir. Yer kabuğundaki bolluğu yaklaşık 6,2 mg/kg’dır. En büyük üretici ülkeler arasında Çin, ABD, Brezilya ve Avustralya yer alır. Dünya genelinde saf gadolinyum üretimi yıllık yaklaşık 400 ton civarındadır.
Üretim Süreci:
Mineraller önce asitlerle çözülerek nadir toprak elementleri çözeltisine dönüştürülür. Ardından oksalatlarla çöktürülüp oksitlere çevrilir. İyon değişim kromatografisi ile saflaştırılan gadolinyum bileşikleri, kalsiyumla indirgeme yöntemiyle metale dönüştürülür. Bu işlem genellikle argon atmosferinde ve yaklaşık 1.450 °C sıcaklıkta yapılır.
Kaynak: Wikipedia
