Гадолиний ГдМ-1

Поставим гадолиний ГдМ-1 и другие марки — ждём заявку.

   Гадолиний (Gd) — редкоземельный металл серебристо-белого цвета, занимающий 64-ю позицию в периодической системе Д. И. Менделеева. Относится к группе лантаноидов. Атомная масса — 157,25 а. е. м. Элемент назван в честь финского химика Юхана Гадолина — одного из первых исследователей редкоземельных минералов. Открыт спектроскопически в 1880 году швейцарским химиком Ж. де Мариньяком.

Среди всех редкоземельных металлов гадолиний выделяется рядом уникальных физических свойств: он является единственным лантаноидом-ферромагнетиком при комнатной температуре, обладает наибольшим среди всех элементов сечением захвата тепловых нейтронов для природной смеси изотопов и проявляет выраженный магнитокалорический эффект. Эти особенности определяют его востребованность в ядерной энергетике, электронике, лазерной технике и медицине.

Физические свойства гадолиния

Гадолиний — мягкий, пластичный и вязкий металл. Основные физические характеристики приведены в таблице.

При нормальных условиях гадолиний обладает наибольшей изобарной теплоёмкостью среди металлов. Это связано с особенностями электронного строения его атома — наличием семи неспаренных электронов на 4f-оболочке, что обусловливает также высокий парамагнитный момент (7,94 μ_B).

Кристаллическая структура и полиморфизм

При температурах ниже 1262 °C гадолиний существует в α-модификации с гексагональной плотноупакованной (ГПУ) кристаллической решёткой. Выше этой температуры — вплоть до плавления — устойчива β-модификация с объёмно-центрированной кубической (ОЦК) решёткой. Полиморфный переход α → β происходит примерно за 50 К до точки плавления.

Магнитные свойства гадолиния и ферромагнетизм

Гадолиний — ферромагнетик. Температура Кюри составляет около 20 °C (293 К). Это означает, что ниже указанной температуры металл проявляет ферромагнитные свойства и сильно притягивается магнитом, а выше — переходит в парамагнитное состояние.

У поликристаллического гадолиния наблюдается значительная температурная зависимость магнитной восприимчивости. У монокристаллического гадолиния к ней добавляется выраженная ориентационная зависимость — магнитные свойства различаются в разных кристаллографических направлениях.

Вблизи точки Кюри гадолиний проявляет максимальный среди всех элементов магнитокалорический эффект — обратимое изменение температуры при адиабатическом намагничивании или размагничивании. Величина эффекта достигает примерно 5 К при изменении магнитного поля на 2 Тл. Это свойство делает гадолиний основным рабочим телом для перспективных магнитных холодильных установок.

Химические свойства

Химические свойства гадолиния типичны для лантаноидов. В соединениях стабильна степень окисления +3.

В сухом воздухе при комнатной температуре металлический гадолиний окисляется медленно — поверхность покрывается тонкой плёнкой оксида Gd₂O₃. Во влажном воздухе скорость окисления существенно возрастает: образуется шелушащийся белый оксид, не защищающий металл от дальнейшего разрушения. При нагревании окисление ускоряется значительно.

Основные химические взаимодействия:

Изотопный состав и сечение захвата нейтронов

Природный гадолиний состоит из шести стабильных изотопов (¹⁵⁴Gd, ¹⁵⁵Gd, ¹⁵⁶Gd, ¹⁵⁷Gd, ¹⁵⁸Gd, ¹⁶⁰Gd) и одного слаборадиоактивного — ¹⁵²Gd с периодом полураспада порядка 1,08·10¹⁴ лет (на много порядков больше возраста Вселенной).

Ключевое ядерно-физическое свойство гадолиния — наибольшее среди всех элементов сечение захвата тепловых нейтронов для природной смеси изотопов, составляющее около 49 000 барн. Особый вклад вносит изотоп ¹⁵⁷Gd (доля в природной смеси — 15,68%) с рекордным сечением захвата около 254 000 барн. Изотоп ¹⁵⁵Gd также обладает высоким сечением — около 61 000 барн.

Эти свойства обусловливают применение гадолиния в ядерной технике — для управления цепной ядерной реакцией и конструирования нейтронной защиты. Следует учитывать, что изотопы ¹⁵⁵Gd и ¹⁵⁷Gd в условиях реактора «выгорают» — превращаются в соседние ядра с сечением захвата на несколько порядков меньше.

Марки металлического гадолиния кальциетермического

Металлический гадолиний кальциетермический выпускается трёх марок, различающихся по содержанию основного вещества:

Марка ГдМ-1 применяется там, где критична чистота металла — в научных исследованиях, электронике, лазерной технике. Марки ГдМ-2 и ГдМ-3 с более высоким содержанием примесей (преимущественно других редкоземельных элементов) используются в менее требовательных к чистоте приложениях.

Помимо кальциетермического гадолиния, существуют и более чистые формы. Многократная вакуумная дистилляция или электроннолучевая плавка позволяет получить высокочистый металл с содержанием Gd выше 99,9%. Из него выращивают монокристаллический гадолиний для специальных применений — в исследовательских целях, магнитных и электронных устройствах.

Формы поставки и условия хранения

Гадолиний металлический поставляется в виде слитков. Каждый слиток упаковывается в герметично заваренный полиэтиленовый пакет для защиты от контакта с влагой воздуха.

Срок хранения в заводской упаковке — не более 6 месяцев. По истечении этого срока необходима повторная проверка на соответствие требованиям по содержанию примесей, поскольку при длительном хранении возможно нарастание оксидного слоя, особенно при нарушении целостности упаковки или хранении в условиях повышенной влажности.

Применение гадолиния в промышленности

Ядерная энергетика и нейтронная защита

Благодаря рекордному сечению захвата тепловых нейтронов гадолиний используется в ядерной технике для следующих целей: в качестве материала регулирующих стержней ядерных реакторов, для конструирования защиты от нейтронного излучения, в составе нейтронопоглощающих стёкол (оксид гадолиния входит в стеклообразные композиции совместно с оксидами бора и кадмия), а также для эмалей и керамики, применяемых в атомной технике.

Магнитное охлаждение и магнитокалорический эффект

Гадолиний — основной кандидат в качестве рабочего тела для магнитных холодильных установок, работающих вблизи комнатной температуры. Принцип действия основан на магнитокалорическом эффекте: при внесении металла в магнитное поле он нагревается, при удалении — охлаждается. Точка Кюри гадолиния (~20 °C) идеально попадает в диапазон комнатных температур, что делает его пригодным для бытового и промышленного охлаждения. Магнитные холодильники на 20–30% эффективнее традиционных парогазовых систем и не используют химических хладагентов.

Электроника и лазерная техника

Сплавы гадолиния с кобальтом и железом позволяют создавать магнитные носители информации, в которых формируются цилиндрические магнитные домены (ЦМД) размером менее 1 мкм. Это обеспечивает высокую плотность записи.

Гадолиний применяется для выращивания монокристаллов методом Чохральского: гадолиний-галлиевый гранат (ГГГ) и гадолиний-галлий-скандиевый гранат (ГГСГ) служат подложками для лазерных систем с высоким КПД. Ванадат гадолиния с ионами неодима и тулия используется в твердотельных лазерах. Ионы гадолиния позволяют создать лазер, работающий в ближнем ультрафиолетовом диапазоне (длина волны 310 нм).

Гадолиний также входит в состав сверхпроводящей керамики GdBa₂Cu₃O_7-δ (GdBCO) с температурой сверхпроводящего перехода около 94 К — одного из перспективных высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) материалов.

Медицинское применение

Хелатные комплексы гадолиния (Gd³⁺) широко используются в качестве парамагнитных контрастных веществ при магнитно-резонансной томографии (МРТ). Семь неспаренных электронов на f-оболочке обеспечивают высокий парамагнитный момент, что усиливает релаксацию протонов воды и повышает контрастность изображений. Контрастные препараты на основе гадолиния позволяют визуализировать области с повышенным кровоснабжением — опухоли, воспалительные очаги, зоны повреждения сосудов.

Изотоп ¹⁵³Gd (получаемый искусственно) применяется как источник гамма-излучения в денситометрии для диагностики остеопороза.

Сплавы и соединения гадолиния

Помимо металлического гадолиния, промышленное значение имеют его сплавы и соединения, в том числе борид гадолиния. Основные направления использования сплавов:

Теллурид гадолиния работоспособен в мощных нейтронных потоках как термоэлектрический материал. Селенид гадолиния применяется в радиоизотопных источниках энергии благодаря хорошим термоэлектрическим свойствам. Сульфат и хлорид гадолиния используют в лабораторной практике для получения сверхнизких температур методом адиабатического размагничивания.

Условия поставки гадолиния

Металлический гадолиний марок ГдМ-1, ГдМ-2 и ГдМ-3 поставляется в виде слитков. Стоимость обсуждается индивидуально по каждому заказу — в зависимости от марки, объёма партии и дополнительных требований. Для оформления заявки свяжитесь с нами через форму обратной связи или по указанным на сайте контактам.