№64 Гадолиний

История открытия:

В 1880 году швейцарский ученый Жан де Мариньяком, спектроскопически доказал присутствие в смеси оксидов редкоземельных элементов нового элемента. Как простое вещество этот элемент был получен только в 1896 году Лекоком де Буабодраном, который предложил назвать его в честь одного из первоисследователей редкоземельных элементов, финского ученого Ю. Гадолина.

Нахождение в природе, получение:

Содержание гадолиния в земной коре 8^.10^-4% по массе, в морской воде 6*10^-7 мг/л. Вместе с другими РЗЭ содержится в минералах гадолинит, монаците (Ce, La …)PO₄, бастнезите (Ce, La, Pr)CO₃F, в апатитах и других. После разложения минералов соединения гадолиния выделяют методами ионного обмена, экстракции и дробной кристаллизации. Металлический гадолиний получают восстановлением фторида или хлорида гадолиния (GdF₃, GdCl₃) кальцием.

Физические свойства:

Серебристо-белый мягкий металл, плотность 5,25 г/см³, t_плав. = 1312°C, t_кип=3280^оС. Природные изотопы гадолиния стабильны. У гадолиния по сравнению со всеми другими лантаноидами максимальное удельное электрическое сопротивление. Другой его особенностью является ферромагнетизм, подобно железу, кобальту и никелю. Но это свойство он теряет, будучи нагрет всего до 19°C (292K - точка Кюри для этого металла, для железа она около 1000К).
Из всех стабильных элементов гадолиний обладает наивысшей способность к захвату тепловых нейтронов (сечение захвата 49000 барн для природной смеси изотопов и 254000 барн для изотопа гадолиний-157).

Химические свойства:

Гадолиний медленно окисляется на воздухе, быстро — выше 100°C. При нагревании металлический гадолиний реагирует с галогенами, азотом, водородом. Взаимодействует с минеральными кислотами, кроме HF, не взаимодействует с растворами щелочей. В соединениях проявляет преимущественно степень окисления +3. Большинство из них бесцветны, или слабоокрашены.

Важнейшие соединения:

Оксид гадолиния(III), Gd₂O₃ - (белые кристаллы), не растворим в воде, обладает основными свойствами, ему отвечает основание Gd(ОН)₃. Получают окислением металла или разложением кислород содержащих солей (оксалата, нитрата и др.) при 800-1000 °С.
Фторид гадолиния(III), GdF₃ - бесцветные кристаллы, нерастворим, получают обменными реакциями или взаимодействием гадолиния с газообразным HF, образует комплексы со фторидом аммония (NH₄)₃[GdF₆]
Хлорид гадолиния(III), GdСl₃ - бесцветные кристаллы, растворим, образует кристаллогидрат GdСl₃*8H₂O.
Нитрат гадолиния (III), Gd(NO₃)₃, хорошо растворим, образует жёлтые кристаллогидраты состава Gd(NO₃)₃•nH₂O, где n = 5 и 6, которые плавятся в собственной кристаллизационной воде при 91-92°С.
Cульфат гадолиния(III) Gd₂(SO₄)₃, бесцветные кристаллы, растворяется в воде. Образует кристаллогидраты состава Gd₂(SO₄)₃•8H₂O и Gd₂(SO₄)₃•10H₂O. Эти кристаллогидраты обладают большим магнитокалорическим эффектом (резко охлажаются при размагничивании), что позволяет их использовать для получения сверхнизких температур.

Применение:

Гадолиний используется в качестве поглотителя нейтронов в атомных реакторах. Растворимые соединения гадолиния используются для стабилизации растворов, получаемых при переработке ТВЭЛов АЭС растворением в кислотах, концентрированием получаемых растворов для последующей переработки.
Оксид гадолиния используют как один из компонентов железо-иттриевых ферритов. Люминофоры с оксисульфидом гадолиния позволяют получать наиболее контрастные рентгеновские снимки. Селенид гадолиния Gd₂Se₃ обладает полупроводниковыми свойствами.
Соединения гадолиния используются для получения гадолиний-галлий-скандиевого граната (ГГСГ), и др. Особые свойства ГСГГ позволяют на его основе изготавливать лазерные системы с высоким КПД и высокими параметрами лазерного излучения.