Металлы и их свойства        27 ноября 2016        1690         0

Гадолиний металл. Свойства, производство, применение и цена гадолиния

 

На «шаг» вперед европия. Речь о гадолинии. Этот металл отличается от 63-го элемента всего одним электроном. Он дополнительный. Поэтому, в таблице Менделеева гадолиний стоит после европия.

Открыт герой статьи тоже после него. Началось все с изучения минерала самарскит. В 1794-ом названия у камня еще не было. Сначала, в минерале нашли бериллий, потом – тербий и эрбий.

Гадолиний-металл-Свойства-производство-применение-и-цена-гадолиния-4

После, ученые выделили из камня самарий и, в итоге, гадолиний. Элемент открыли в 1880-ом. То есть, между обнаружением близ Стокгольма самарскита и находкой в нем 64-го металла прошло почти 9 десятилетий. Не зря ли трудились, нашел ли гадолиний практическое применение? Об этом, и не только, далее.

Химические и физические свойства гадолиния

Гадолиний относится к редкоземельным металлам. Они входят в 17-ю группу таблицы Менделеева. Все элементы группы похожи внешне. Поэтому, еще не видя гадолиния, можно понять, что он серебристо-белый.

Есть и общие химические черты. Так, характерная степень окисления гадолиния, как и у прочих элементов 17-ой группы, равна +3-ем. Под степенью окисления понимают условный заряд атома, число свободных электронов, готовых вступить в реакцию с частицами других веществ.

Вещество способно буквально захватывать их. С этим, кстати, связано уникальное свойство гадолиния. Среди всех элементов таблицы Менделеева у 64-го наибольшее сечение захвата тепловых нейтронов

Гадолиний-металл-Свойства-производство-применение-и-цена-гадолиния-1

Природные изотопы гадолиния стабильны. Среди веществ 17-ой группы периодической системы радиоактивный элемент всего один, и это не 64-ый, а 61-ый прометий. Однако, искусственно синтезированные изотопы гадолиния могут с ним «поспорить».

В природе металл существует лишь в 6-ти ипостасях. В лабораториях «вывели» несколько десятков. У двух из них сечение захвата близко к 70 000 барн. Даже у самария показатель на 4 000 меньше.

Два изотопа гадолиния с наибольшей способностью к захвату тепловых нейтронов, это Gd157 и Gd155. Однако, промышленники ценят и другие атомы 64-го элемента. Все они отлично совмещаются с черными металлами.

Последние, не теряют однородности, даже при 30-процентной примеси гадолиния. Оксид металла вводится, или чистое вещество, неважно. Выплавка остается однородной. Зачем в ней гадолиний, расскажем в главе «Применение». Пока же, продолжим изучать свойства материала.

Гадолиний-металл-Свойства-производство-применение-и-цена-гадолиния-3

Итак, 64-ый элемент подвержен окислению, но с трудом. Славится металл и удельным электрическим сопротивлением. Говоря иначе, гадолиний не проводит ток, причем, в любых условиях. Хвалят, так же, теплоемкость 64-го вещества.

При комнатной температуре она на 20% больше, чем у церия и лантана. Что же касается магнитных свойств гадолиния, они приближают металл к железу, никелю и кобальту. Причем, два последних герою статьи уступают.

Не сложно догадаться, что гадолиний – ферромагнитик, то есть, намагничивается вне поля. Минус в том, что процесс протекает лишь до 17-ти градусов. Для сравнения, тот же никель сохраняет ферромагнитные свойства до 40-ка по шкале Цельсия.

Применение гадолиния

Говорилось о совмещении гадолиния с черными металлами. Но, 64-ый элемент отлично соединяется и с другими веществами. Так, именно герой статьи служит лигатурой к титану, повышая его текучесть и прочность.

В шихту добавляют, как соли гадолиния, так и чистый металл. Если же взять конкурентов, к примеру, церий, он растворится в основе в 40 раз хуже. Вот почему промышленники гоняются за редким гадолинием, игнорируя более распространенные элементы.

Гадолиний-металл-Свойства-производство-применение-и-цена-гадолиния-6

 

Добавляют гадолиний и в стали. Лигатура раскисляет их, то есть, нейтрализует растворенный в расплаве кислород. Газ делает сплав пористым, ухудшает механические свойства стали.

Пригождается герой статьи и в атомных реакторах. Там из гадолиния состоят стержни. Зачастую, они содержат еще и сталь. Она удешевляет детали, мало влияя на способность захватывать нейтроны. В любом случае, стержни из гадолиния эффективнее, чем классические из кадмия. Последние, ловят нейтронов в 18 раз меньше.

В атомных реакторах, так же, встречается нитрат гадолиния. Он нужен для жидкостного регулирования реактивности установок. Через 5 часов добавки в воду 64-го вещества, уровень водорода в реакторе увеличивается в 18 раз, перекиси в 15, а кислорода – в 7. Для таких результатов достаточно раствора гадолиния концентрацией 10-3 моль на литр.

Еще одна сфера применения 64-го вещества – холодильная. В ней нужен сернокислый гадолиний. Он является парамагнетиком. Это значит, попадая в поле, материал намагничивается в его направлении.

Поэтому, если соль гадолиния оказывается в теплоизолированном помещении, в атмосфере инертных газов и магнитного поля, она нагревается. Заодно, смесь нагревает газ.

Остается откачать его, убрать магнитное поле. В этом случае соль охладится. Температура будет ниже начальной. Повторение цикла позволяет достичь абсолютного ноля.

Найти 64-ый элемент можно и в скоростных компьютерах. В них присутствует окись гадолиния. Ее добавляют в железо-иттриевые ферриты, исключающие искажение сигнала.

Гадолиний-металл-Свойства-производство-применение-и-цена-гадолиния-5

Сигнал нельзя искажать и делая МРТ сердца. С гадолинием снимки получаются максимально контрастными. Поэтому, 64-ый металл применяют во всех рентгенаппаратах.

Так, в качестве источника излучения гадолиний помогает выявить остеопороз, опухоли и прочие недуги организма. Так же, создан ряд лекарств на основе 64-го элемента. Препараты гадолиния, к примеру, блокируют клетки Купфера. Это макрофаги печени. Они захватывают бактерии, что не уместно при лечении ряда заболеваний органа.

Производство гадолиния

Наиболее выгодно производство 64-го элемента из отходов прочих производств. Как правило, это безводные фториды. Их восстанавливают кальцием. Это универсальный способ получения всех редкоземельных металлов.

Кальций берут металлический, в порошке. Смесь с фторидом помещают в танталовый тигель и раскаляют. В качестве атмосферы нужен газ аргон. Запускается реакция, после которой остается удалить шлак, оставив чистый металл.

Гадолиний-металл-Свойства-производство-применение-и-цена-гадолиния-2

Купить гадолиний, произведенный восстановлением фторида, стоит лишь при соответствии техническому условию за номером 48-4-210-72. Именно оно регламентирует изготовление материала, у которого есть несколько марок, к примеру, ГдМ-1, ГдМ-2 и ГдМ-3.

Цена гадолиния

Цена гадолиния зависит от формы выпуска и чистоты металла. Если последняя составляет 99,9%, за килограмм слитков просят от 20 000 рублей. Соответственно, высчитывается цена гадолиния за грамм.

Получается 20 рулей. Дешевле стоят соединения металла. Так, килограмм оксида гадолиния обходится от 7 000 рублей. Обычно, это 7 900-8 000. Ценник указан для розницы. Оптовикам, конечно, делают скидки. Однако, поскольку гадолиний редкоземельный, то есть, мало распространен, продавцы сбрасывают по минимуму.

Интересно, что еще пару десятилетий назад 64-ый элемент отдавали за бесценок, поскольку не находили ему применение. В изданиях 20-го века так и пишется: — «Не имеет практического применения».

Как видно, наука не стоит на месте, ситуация меняется и, возможно, стоит закупиться впрок. Эксперты утверждают, что цена на гадолиний будет лишь расти.

 

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *