ガドリニウムは、Gd の化学記号と 64 の原子番号を持つ化学元素です。これは、ランタニド グループに含まれる自然界で最も希少な化学元素の 1 つです。ガドリニウムは、元素周期表の6行目に位置する化学元素です。行 6 の元素は、希土類元素グループとして分類されます。それらのいくつかは本当に珍しいものではありませんが、分離するのが難しいため、科学者がこれらの要素から多くの情報を取得することは困難です.ガドリニウムは実際には大規模な用途はありませんでしたが、現在でもさまざまな用途で使用されています。この記事では、日常生活でのガドリニウムの使用と、その特別な物理的および化学的特性について説明します.
- 塩化ナトリウムの用途
- 硫酸カリウムの用途
- プロトンの使用
- 次亜塩素酸ナトリウムの用途
ガドリニウムの発見
ガドリニウムは、1880 年にジャン シャルル ド マリニャックによって初めて発見されました。当時、彼は分光法を使用してガドリニウムの酸化物を検出しました。ガドリニウムの名前は、ガドリニウムが発見された鉱物名である「ガドリナイト」に由来しています。前述のように、ガドリニウムは自然界ではまれです。この元素は、ガドリナイト、バストネサイト、モナザイト、サマルスカイト、ゼノタイムなどの鉱物に見られます。地表中のガドリニウムの量は、およそ 4.5 から 6.5 ppm です。
これにより、ガドリニウムは地球上で最も希少な化学元素の 1 つになります。希少元素のランクでは、ガドリニウムは臭素とウラン元素の上に位置し、鉛とホウ素元素の下に位置しています。商用利用の場合、ガドリニウムは多くの場合、イオン交換および溶媒抽出プロセスによって分離されます。
ガドリニウムの製造は、無水フッ化ガドリニウムのカルシウム金属による還元プロセスからも達成できます。この状態のため、日常生活でのガドリニウムの使用は、他の金属化学元素ほどではありませんでした。ただし、次のセクションでは、ガドリニウム元素の優れた用途を引き続き確認できます
- 無機化学の分野
- 人体における鉄の使用
- 農薬に含まれる化学物質
- 硝酸ナトリウムの食品への使用
- 人体におけるナトリウムの使用
実際、日常生活でのガドリニウムの使用は次のとおりです。
1.原子力発電所
ガドリニウムは、原子力産業において重要な役割を果たしています。ガドリニウム元素は、原子力発電所のロッドを制御するために使用できます。原子力発電所では、核分裂プロセスから作られたエネルギーを利用して電力を生成します。核分裂自体は、大きな原子、一般的にはウランまたはプルトニウム元素がバラバラになり、一定量のエネルギーを放出する核プロセスです。この核分裂反応から生成される残留原子があります。
これらの原子は、より小さな形と放射性特性を持つ核分裂生成物です。この核分裂反応でも中性子が発生します。原子力発電所の運転サイクルでは、核分裂によって発生する中性子の数を制御する必要があります。制御システムは、損傷のリスクなしに発電所が適切に機能することを保証します。この原子力発電所では、中性子の生成を制御するために、ガドリニウム元素で作られた特殊なロッドを使用しています。このロッドは、原子炉内で上げ下げされることによって作動します。このロッドは、核分裂反応で残る中性子の数を制御します。
制御棒としての機能の他に、ガドリニウムは原子炉の停止手段としても使用できます。彼らは、特定の原子炉、特に CANDU (CANada Deuterium Uranium) 原子炉タイプの二次および緊急停止措置システムとしてガドリニウムを使用しています。原子力産業におけるガドリニウムのもう 1 つの用途は、原子力船舶推進システムの可燃性毒物です。
- 過酸化水素の使用
- フランシウム元素の用途
- 世界でのヘリウムの使用
2.医療用途
ガドリニウムは、実際には、病気の検出や医療ツールの化学物質としての使用など、医療分野でいくつかの用途があります。この化学元素は、内耳の腫瘍を特定するために使用できます。この方法は通常中性子線治療で行われます。このガドリニウム元素は人間の血流に注入され、内耳に存在する可能性のある腫瘍を通り抜けます。 X 線では、腫瘍はガドリニウム検出アプローチでより暗く表示されます。ガドリニウムは中性子断面積が大きいため、そうすることができます。
ガドリニウムは、X 線や MRI などの医用画像システムにも使用されています。 X線では、検出器の蛍光体層にガドリニウム元素が含まれていることがわかります。ガドリニウム、この場合は式 Gd2 のテルビウムドープガドリニウム酸硫化物 O2 S:Tb は、光源から放出される X 線を光に変換する重要な役割を果たします。ガドリニウムは、Tb イオンの存在下で最大 540 ナノメートルの緑色の光を発することができます。この材料は、医療検出ツールの画質を向上させるのに非常に役立ちます。オキシオルトケイ酸ガドリニウム (Gd2 SiO5 ) は、医用画像法の 1 つである陽電子放出断層撮影法で中性子を検出するためのシンチレータとして使用されます。
MRI（磁気共鳴画像法）アプリケーションでは、ガドリニウムはその磁気特性により静脈内放射線造影剤として使用されます。ガドリニウムは室温で常磁性元素として作用し、強磁性キュリー点は 20 °C です。ガドリニウムのような常磁性元素は、MRI アプリケーションで重要な核緩和の速度を高めるのに非常に役立ちます。静脈内放射線造影剤として、ガドリニウムは MRI または MRA (磁気共鳴血管造影) で生成される画像の品質を向上させる能力を持っています。体内に注入された後、ガドリニウム剤は人間の脳と体の異常な組織に蓄積します。これにより、正常な組織と異常な組織の間の画像のコントラストが向上します。そのため、人体の異常な成長を特定することがより簡単になります.
- 医療におけるヘリウムの使用
- 医療分野一覧
- 医療に使用される放射性同位元素
- 医療に使用される化学物質
その他のガドリニウムの用途
ガドリニウムには、さまざまな分野や産業で他のさまざまな用途もあります。他の分野での日常生活でのガドリニウムの使用のリストは次のとおりです。
<オール>ガドリニウムは、ガドリニウム イットリウム ガーネット (Gd:Y3 アル5 O12 ）。マイクロ波機器に応用されているガドリニウム合金です。このガドリニウム合金は、2種類以上の金属元素を混ぜて溶かして作られています。この混合物の製品は、以前の個々の金属形態とは異なる特性を持ちます。ガドリニウム イットリウム ガーネットは、電子レンジなどのマイクロ波アプリケーションで使用されます。また、多くの光学部品の製造にも使用されています。この合金は、光磁気フィルムの基板材料としても優れています。
- 化学薬品のリスト
- 食品中の化学物質
- 有機化学物質のリスト
<強い>2.テレビ管用
ガドリニウムは、カラーテレビ管の緑色蛍光体としても有用です。蛍光体自体は、電子が当たると光る物質です。蛍光体が発する色は、蛍光体を構成する元素によって異なります。
<強い>3.酸化工程用
日常生活で使用される別のガドリニウムは、鉄とクロムの合金として使用されます。この合金は、高温および酸化プロセスに対する耐性が向上します。前述のように、ガドリニウムには独特の冶金特性があり、そのわずかな濃度が特定の合金の抵抗を増加させる可能性があります。この研究から、1% のガドリニウムでも、高温および酸化プロセスにおける鉄、クロム、および特定の合金の性能と耐性を向上させることができることがわかっています.
<強い>4.磁気冷凍用
その特別な特性により、ガドリニウムは磁気冷凍用途で有望な用途を持っています。ガドリニウムは、室温で強い磁気熱量効果を持っています。これは、この要素の温度が磁場領域を通過すると上昇し、磁場領域を離れると低下することを意味します。シリコンとゲルマニウム元素を含むガドリニウム合金、Gd5 が知られています。 (Six Ge1−x )4 、高いキュリー温度と優れた磁気熱量効果レベルを持っています.
純粋なガドリニウム自体は、20 °C のキュリー温度で驚くべきレベルの磁気熱量効果を示します。磁気冷凍用途、特に室温磁気冷凍でのガドリニウムの使用に関するより多くのデータを取得するための研究が現在行われています。
ガドリニウムの特性
物理的には、ガドリニウムは銀白色の光沢のある柔らかい金属です。可鍛性と延性があります。自然界でのガドリニウムの発生は、酸化された形のみです。分離すると、通常、他の希土類元素の不純物が含まれます。ガドリニウムの融点は 1,312°C (2,394°F) で、沸点は約 3,000°C (5,400°F) です。密度は 1 立方センチメートルあたり 7.87 グラムです。
ガドリニウムは強い磁気特性を持っています。地球上でガドリニウムのような高い磁気特性を持つ化学元素はほとんどありません。また、ガドリニウムは中性子吸収能力が非常に高く、すべての元素の中で中性子吸収能力が最も高い元素です。これは、ガドリニウムが他の元素よりも中性子を止める大きな能力を持っていることを意味します。この特性により、ガドリニウムは原子力発電所、MRI、X 線、および中性子粒子を利用するその他のアプリケーションで使用されます。
化学的には、ガドリニウムは実際には反応性元素ではありません。この元素は酸に溶けますが、冷水では反応が遅くなります。ガドリニウムは高温でも酸素と反応します。行 6 の他の希土類元素とは異なり、ガドリニウムは乾燥した空気中でより安定しています。ただし、この金属元素は湿った空気中で急速に変色し、ガドリニウム (III) 酸化物 (Gd2) を生成します。 O3 ）。ガドリニウムと酸素の化学反応は次のとおりです。
4 Gd + 3 O2 → 2Gd2 O3
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