غادولينيوم

الغادولينيوم (بالإنجليزية: Gadolinium)عنصر كيميائي له الرمز Gd والعدد الذري 64 في الجدول الدوري وهو من اللانثانيدات.[2][3][4] تستخدم بعض مركبات الغادولينيوم في التشخيص الطبي (MRT) بغرض توضيح مشاهدة وفحص الأوعية الدموية في القلب وفي الدماغ ومدى انسدادها.

تربيوم → غادولينيوم ← يوروبيوم
-
↑
Gd
↓
Cm
64Gd
المظهر
أبيض فضي
الخواص العامة
الاسم، العدد، الرمز غادولينيوم، 64، Gd
تصنيف العنصر لانثانيدات
المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي n/a, 6، f
الكتلة الذرية 157.25 غ·مول−1
توزيع إلكتروني Xe]; 4f7 5d1 6s2]
توزيع الإلكترونات لكل غلاف تكافؤ 2, 8, 18, 25, 9, 2 (صورة)
الخواص الفيزيائية
الطور صلب
الكثافة (عند درجة حرارة الغرفة) 7.90 غ·سم−3
كثافة السائل عند نقطة الانصهار 7.4 غ·سم−3
نقطة الانصهار 1585 ك، 1312 °س، 2394 °ف
نقطة الغليان 3546 ك، 3273 °س، 5923 °ف
حرارة الانصهار 10.05 كيلوجول·مول−1
حرارة التبخر 301.3 كيلوجول·مول−1
السعة الحرارية (عند 25 °س) 37.03 جول·مول−1·كلفن−1
ضغط البخار (قيم محسوبة)
ض (باسكال) 1 10 100 1 كيلو 10 كيلو 100 كيلو
عند د.ح. (كلفن) 1836 2028 2267 2573 2976 3535
الخواص الذرية
أرقام الأكسدة 1, 2, 3 (أكاسيده قاعدية ضعيفة)
الكهرسلبية 1.20 (مقياس باولنغ)
طاقات التأين الأول: 593.4 كيلوجول·مول−1
الثاني: 1170 كيلوجول·مول−1
الثالث: 1990 كيلوجول·مول−1
نصف قطر ذري 180 بيكومتر
نصف قطر تساهمي 6±196 بيكومتر
خواص أخرى
البنية البلورية نظام بلوري سداسي
المغناطيسية مغناطيسية حديدية/مغناطيسية مسايرة
التحول عند 292 كلفن[1]
مقاومة كهربائية (درجة حرارة الغرفة) (ألفا، بولي) 1.310 ميكروأوم·متر
الناقلية الحرارية 10.6 واط·متر−1·كلفن−1 (300 كلفن)
التمدد الحراري (100 °س) (ألفا، بولي) 9.4 ميكرومتر/(م·كلفن)
سرعة الصوت (سلك رفيع) 2680 متر/ثانية (20 °س)
معامل يونغ (الشكل ألفا) 54.8 غيغاباسكال
معامل القص (الشكل ألفا) 21.8 غيغاباسكال
معامل الحجم (الشكل ألفا) 37.9 غيغاباسكال
نسبة بواسون (الشكل ألفا) 0.259
صلادة فيكرز 570 ميغاباسكال
رقم CAS 7440-54-2
النظائر الأكثر ثباتاً
المقالة الرئيسية: نظائر الغادولينيوم
النظائر الوفرة الطبيعية عمر النصف نمط الاضمحلال طاقة الاضمحلال MeV ناتج الاضمحلال
152Gd 0.20% 1.08×1014 سنة α 2.205 148Sm
154Gd 2.18% 154Gd هو نظير مستقر وله 90 نيوترون
155Gd 14.80% 155Gd هو نظير مستقر وله 91 نيوترون
156Gd 20.47% 156Gd هو نظير مستقر وله 92 نيوترون
157Gd 15.65% 157Gd هو نظير مستقر وله 93 نيوترون
158Gd 24.84% 158Gd هو نظير مستقر وله 94 نيوترون
160Gd 21.86% >1.3×1021 سنة β−β− 1.7 160Dy

الجادولينيوم معدن أبيض فضي عند إزالة الأكسدة. إنه مرن إلى حد ما وهو عنصر أرضي نادر مطيل. يتفاعل الجادولينيوم مع الأكسجين الجوي أو الرطوبة ببطء لتشكيل طلاء أسود. الجادولينيوم عند أقل من 20 °م (68 °ف) تماما عند نقطة كوري حيث تتأثر المغنطيسية الحديدية، مع انجذاب إلى مجال مغناطيسي أعلى من مجال النيكل. وفوق درجة الحرارة هذه يكون العنصر الأكثر مغناطيسية. يوجد في الطبيعة فقط في شكل مؤكسد. عند فصلها، عادة ما تحتوي على شوائب من العناصر الأرضية النادرة الأخرى بسبب خصائصها الكيميائية المتشابهة.

تم اكتشاف الجادولينيوم في عام 1880 من قبل جان تشارلز دي مارينياك، الذي اكتشف أكسيده باستخدام التحليل الطيفي. سمي على اسم الجادولينيت المعدني، وهو أحد المعادن التي يوجد فيها الجادولينيوم، وهو نفسه سُمي على اسم الكيميائي الفنلندي يوهان جادولين. تم عزل الجادولينيوم النقي لأول مرة بواسطة الكيميائي بول إميل ليكوك دي بواسبودران حوالي عام 1886.

يمتلك الجادولينيوم خصائص معدنية غير عادية، لدرجة أن ما لا يزيد عن 1٪ من الجادولينيوم يمكنه تحسين قابلية التشغيل ومقاومة الأكسدة في درجات حرارة عالية من الحديد والكروم والمعادن ذات الصلة. يمتص الجادولينيوم، كمعدن أو ملح، النيوترونات، ولذلك يستخدم أحيانًا للحماية في التصوير الشعاعي النيوتروني وفي المفاعلات النووية.

مثل معظم العناصر الأرضية النادرة، يشكل الجادولينيوم أيونات ثلاثية التكافؤ بخصائص فلورية، وتستخدم أملاح الجادولينيوم (III) كفوسفور في تطبيقات مختلفة.

أيونات الجادولينيوم (III) في الأملاح القابلة للذوبان في الماء شديدة السمية للثدييات. ومع ذلك، فإن مركبات الجادولينيوم المخلبي (III) تمنع الجادولينيوم (III) من التعرض للكائن الحي وتفرز الغالبية عن طريق الصحة.  الكلى قبل أن تترسب في الأنسجة. نظرًا لخصائصها البارامغناطيسية، تُستخدم محاليل مجمعات الجادولينيوم العضوية المخلبة كعوامل تباين في التصوير بالرنين المغناطيسي الطبي عن طريق الوريد. كميات متفاوتة تترسب في أنسجة المخ، وعضلة القلب، والكلى، والأعضاء الأخرى والجلد، ويعتمد ذلك بشكل أساسي على وظيفة الكلى، وهيكل المخلّبات (الخطي أو الحلقي الكلي) والجرعة التي يتم تناولها.

مميزات
عينة من معدن الجادولينيوم

الخصائص الفيزيائية

الجادولينيوم هو أبيض فضي، ليونة، الدكتايل عنصر الأرضية النادرة. يتبلور في شكل α سداسي الشكل في درجة حرارة الغرفة، ولكن عند تسخينه إلى درجات حرارة أعلى من 1,235 °م (2,255 °ف)، يتحول إلى شكل β، الذي له هيكل مكعب محوره الجسم. [5]

يحتوي نظير الجادولينيوم -157 على أعلى مقطع عرضي لالتقاط حراري للنيوترونات بين أي نوكليد ثابت: حوالي 259000 حظيرة. فقط زينون-135 لديه مقطع عرضي أعلى، حوالي 2.0 مليون حظيرة، لكن هذا النظير مشع.[6]

يُعتقد أن الجادولينيوم مغنطيسي مغناطيسي عند درجات حرارة أقل من 20 °م (68 °ف) [7] وهو مغناطيسي قوي فوق درجة الحرارة هذه. هناك دليل على أن الجادولينيوم هو مضاد مغناطيسي حلزوني، وليس مغناطيسيًا مغناطيسيًا، أقل من 20 °م (68 °ف) .[8] يُظهر الجادولينيوم تأثيرًا مغناطيسيًا حيث تزداد درجة حرارته عندما يدخل مجالًا مغناطيسيًا وتنخفض عندما يغادر المجال المغناطيسي. تنخفض درجة الحرارة إلى 5 °م (41 °ف) لسبائك الجادولينيوم Gd 85 Er 15، وهذا التأثير أقوى بشكل ملحوظ بالنسبة للسبائك Gd 5 (Si 2 Ge 2)، ولكن عند درجة حرارة أقل بكثير (< 85 ك (−188.2 °م؛ −306.7 °ف)).[9] لوحظ تأثير مغناطيسي كبير في درجات حرارة أعلى تصل إلى حوالي 300 كلفن، في المركبات Gd 5 (Si x Ge 1− x) 4 .

يمكن عزل ذرات الجادولينيوم الفردية عن طريق تغليفها في جزيئات الفوليرين، حيث يمكن تصورها باستخدام مجهر إلكتروني ناقل.[10] يمكن دمج ذرات Gd الفردية ومجموعات Gd الصغيرة في الأنابيب النانوية الكربونية.[11]

الخواص الكيميائية

يتحد الجادولينيوم مع معظم العناصر لتكوين مشتقات Gd (III). كما أنه يتحد مع النيتروجين والكربون والكبريت والفوسفور والبورون والسيلينيوم والسيليكون والزرنيخ في درجات حرارة مرتفعة، مكونًا مركبات ثنائية.[12]

على عكس العناصر الأرضية النادرة الأخرى، فإن الجادولينيوم المعدني مستقر نسبيًا في الهواء الجاف. ومع ذلك، فإنه يتلوث بسرعة في الهواء الرطب، ويشكل أكسيد الجادولينيوم (III) غير المحكم الالتصاق (Gd 2 O 3):

4 Gd + 3 O2 → 2 Gd2O3,
الذي ينفجر، ويعرض المزيد من الأسطح للأكسدة.
الجادولينيوم هو عامل اختزال قوي يقلل أكاسيد العديد من المعادن في عناصرها. الجادولينيوم حساس للكهرباء ويتفاعل ببطء مع الماء البارد وبسرعة كبيرة مع الماء الساخن لتكوين هيدروكسيد الجادولينيوم:
2 Gd + 6 H2O → 2 Gd(OH)3 + 3 H2.\
الذي ينفجر، ويعرض المزيد من الأسطح للأكسدة.

الجادولينيوم هو عامل اختزال قوي يقلل أكاسيد العديد من المعادن في عناصرها. الجادولينيوم حساس للكهرباء ويتفاعل ببطء مع الماء البارد وبسرعة كبيرة مع الماء الساخن لتكوين هيدروكسيد الجادولينيوم:

2 Gd + 6 H2O → 2 Gd(OH)3 + 3 H2.

يتم مهاجمة معدن الجادولينيوم بسهولة عن طريق تخفيف حمض الكبريتيك لتشكيل محاليل تحتوي على أيونات Gd (III) عديمة اللون، والتي توجد على شكل [Gd (H 2 O) 9 ] 3+ معقدات:[13]

2 Gd + 3 H2SO4 + 18 H2O → 2 [Gd(H2O)9]3+ + 3 SO42- + 3 H2.

يتفاعل معدن الجادولينيوم مع الهالوجينات (X 2) عند درجة حرارة حوالي 200 °م (392 °ف) :

2 Gd + 3 X2 → 2 GdX3.

مركبات كيميائية

في الغالبية العظمى من مركباته، يتبنى الجادولينيوم حالة الأكسدة +3. جميع ثلاثي الهاليد الأربعة معروف. كلها بيضاء، باستثناء اليوديد، وهو أصفر. الأكثر شيوعًا من الهاليدات هو الجادولينيوم (III) كلوريد (GdCl 3). يذوب الأكسيد في الأحماض ليعطي الأملاح، مثل نترات الجادولينيوم (III) .

يشكل الجادولينيوم (III)، مثل معظم أيونات اللانثانيدات، معقدات ذات أرقام تنسيق عالية. يتضح هذا الاتجاه من خلال استخدام العامل المخلب دوتا (شيلاتور)، وهو يجند مسنن ثماني النواة. أملاح [Gd (DOTA)] - مفيدة في التصوير بالرنين المغناطيسي. تم تطوير مجموعة متنوعة من مجمعات المخلّبات ذات الصلة، بما في ذلك الجادودياميد.

مركبات الجادولينيوم المختزلة معروفة، خاصة في الحالة الصلبة. يتم الحصول على هاليدات الجادولينيوم (II) عن طريق تسخين هاليدات Gd (III) في وجود Gd المعدني في حاويات التنتالوم. يشكل الجادولينيوم أيضًا سيسكويكلوريدGd 2 Cl 3، والذي يمكن تقليله إلى (GdCl) عن طريق التلدين عند 800 °م (1,470 °ف) . يشكل كلوريد الجادولينيوم (I) صفائحًا ذات بنية تشبه الجرافيت.[14]

النظائر

يتكون الجادولينيوم الموجود طبيعيًا من ستة نظائر مستقرة، 154 جيجا، 155 جيجا، 156 جيجا، 157 جيجا، 158 جيجا، 160 جيجا، ونظير مشع واحد، 152 جيجا، والنظير 158 جيجا، الأكثر وفرة (24.8٪ وفرة طبيعية). لم يُلاحظ أبدًا تحلل بيتا المزدوج المتوقع البالغ 160 Gd (تم قياس حد أدنى تجريبيًا لنصف العمر الذي يزيد عن 1.3 × 10 21 [15]).

تمت ملاحظة 29 نظيرًا مشعًا من الجادولينيوم، وأكثرها استقرارًا هو 152 Gd (يحدث بشكل طبيعي)، مع عمر نصف يبلغ حوالي 1.08 × 10 14 عامًا، و 150 Gd، مع عمر نصف يبلغ 1.79 × 10 6 سنوات. جميع النظائر المشعة المتبقية لها فترات نصف عمر أقل من 75 عامًا. غالبية هؤلاء لديهم نصف عمر أقل من 25 ثانية. تحتوي نظائر الجادولينيوم على أربعة أيزومرات ثابتة، وأكثرها ثباتًا هو 143m Gd (t 1/2 = 110 ثوانٍ)، و 145 m Gd (t 1/2 = 85 ثانية) و 141m Gd (t 1/2 = 24.5 ثانية).

النظائر ذات الكتل الذرية أقل من النظير المستقر الأكثر وفرة، 158 Gd، تتحلل بشكل أساسي عن طريق التقاط الإلكترون لنظائر اليوروبيوم. في الكتل الذرية الأعلى، يكون وضع الاضمحلال الأساسي هو اضمحلال بيتا، والمنتجات الأولية هي نظائر التيربيوم.

تاريخ

تمت تسمية الجادولينيوم على اسم الجادولينيت المعدني، والذي سمي بدوره على اسم الكيميائي والجيولوجي الفنلندي يوهان جادولين.[5] في عام 1880، لاحظ الكيميائي السويسري جان تشارلز جاليسار الخطوط الطيفية من الجادولينيوم في عينات من الجادولينيوم (الذي يحتوي في الواقع على القليل نسبيًا من الجادولينيوم، ولكنه يكفي لإظهار الطيف) وفي معدن السيرييت المنفصل. ثبت أن المعدن الأخير يحتوي على قدر أكبر بكثير من العنصر مع الخط الطيفي الجديد. قام دي مارينياك في النهاية بفصل أكسيد معدني عن السيريت، والذي أدرك أنه أكسيد هذا العنصر الجديد. أطلق على أكسيد «أكسيد الجادولينيوم (III)». ولأنه أدرك أن «الجادولينيا» كان أكسيد عنصر جديد، فقد كان له الفضل في اكتشاف الجادولينيوم. قام الكيميائي الفرنسي بول إميل ليكوك دي بواسبودران بفصل معدن الجادولينيوم عن الجادولين في عام 1886.[16][17][18][19]

حقيقة
الجادولينيت

الجادولينيوم مكون في العديد من المعادن مثل المونازيت والباستناسيتي، وهما أكاسيد. المعدن شديد التفاعل بحيث لا يتواجد بشكل طبيعي. من المفارقات، كما ذكرنا أعلاه، أن الجادولينيت المعدني يحتوي في الواقع على آثار فقط من هذا العنصر. الوفرة في القشرة الأرضية حوالي 6.2 ملغم / كغم.[5] تقع مناطق التعدين الرئيسية في الصين والولايات المتحدة والبرازيل وسريلانكا والهند وأستراليا مع احتياطيات من المتوقع أن تتجاوز مليون طن. يبلغ الإنتاج العالمي من الجادولينيوم النقي حوالي 400 طن في السنة. المعدن الوحيد المعروف الذي يحتوي على الجادولينيوم الأساسي، ليبرسونيت- (Gd)، نادر جدًا.[20][21]

إنتاج

يتم إنتاج الجادولينيوم من كل من المونازيت وباستناسيت.

  1. يتم استخلاص المعادن المكسرة بحمض الهيدروكلوريك أو حمض الكبريتيك الذي يحول الأكاسيد غير القابلة للذوبان إلى كلوريدات أو كبريتات قابلة للذوبان.
  2. يتم معادلة المرشح الحمضي جزئيًا باستخدام الصودا الكاوية إلى الرقم الهيدروجيني 3-4. يترسب الثوريوم في صورة هيدروكسيده، ثم يُزال.
  3. يتم معالجة المحلول المتبقي بأكسالات الأمونيوم لتحويل الأتربة النادرة إلى أكسالات غير قابلة للذوبان. يتم تحويل الأكسالات إلى أكاسيد بالتسخين.
  4. يتم إذابة الأكاسيد في حمض النيتريك الذي يستبعد أحد المكونات الرئيسية، السيريوم، الذي يكون أكسيده غير قابل للذوبان في HNO 3.
  5. يتم معالجة المحلول بنترات المغنيسيوم لإنتاج خليط متبلور من أملاح مزدوجة من الجادولينيوم والسماريوم والأوروبيوم.
  6. يتم فصل الأملاح عن طريق كروماتوغرافيا التبادل الأيوني.
  7. يتم بعد ذلك غسل أيونات الأرض النادرة بشكل انتقائي بواسطة عامل معقد مناسب.[5]

يتم الحصول على معدن الجادولينيوم من أكسيده أو أملاحه عن طريق تسخينه بالكالسيوم عند 1,450 °م (2,640 °ف) في جو الأرجون. يمكن إنتاج الجادولينيوم الإسفنجي عن طريق تقليل GdCl 3 المنصهر بمعدن مناسب عند درجات حرارة أقل من 1,312 °م (2,394 °ف) (نقطة انصهار Gd) عند ضغط منخفض.[5]

التطبيقات

لا يحتوي الجادولينيوم على تطبيقات واسعة النطاق، ولكن له مجموعة متنوعة من الاستخدامات المتخصصة.

نظرًا لأن 157 Gd يحتوي على مقطع عرضي نيوتروني عالٍ، فإنه يُستخدم لاستهداف الأورام في العلاج بالنيوترونات. هذا العنصر فعال للاستخدام مع التصوير الشعاعي النيوتروني وفي حماية المفاعلات النووية. يتم استخدامه كإجراء ثانوي لإغلاق الطوارئ في بعض المفاعلات النووية، خاصةً من نوع مفاعل كندو.[5] يستخدم الجادولينيوم أيضًا في أنظمة الدفع البحرية النووية كما السم القابل للاحتراق.

يمتلك الجادولينيوم خصائص معدنية غير عادية، مع أقل من 1٪ من الجادولينيوم الذي يحسن قابلية التشغيل ومقاومة الحديد والكروم والسبائك ذات الصلة لدرجات الحرارة العالية والأكسدة.[22]

الجادولينيوم هو مغناطيسي متوسط في درجة حرارة الغرفة، عند نقطة كوري تبلغ 20 °م (68 °ف).[7] تعمل الأيونات البارامغنطيسية، مثل الجادولينيوم، على تعزيز معدلات الاسترخاء النووي، مما يجعل الجادولينيوم مفيدًا للتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). تُستخدم حلول مجمعات الجادولينيوم العضوية ومركبات الجادولينيوم كعامل تباين في التصوير بالرنين المغناطيسي في الوريد لتحسين الصور في التصوير بالرنين المغناطيسي الطبي وإجراءات تصوير الأوعية بالرنين المغناطيسي (MRA). ماجنيفست هو المثال الأكثر انتشارًا.[23][24] الأنابيب النانوية المعبأة بالجادولينيوم، والتي تسمى «أنابيب الجادونانوت»، أكثر فعالية 40 مرة من عامل تباين الجادولينيوم المعتاد.[25] عوامل التباين التقليدية القائمة على الجادولينيوم غير مستهدفة، وتوزع بشكل عام في جميع أنحاء الجسم بعد الحقن، ولكنها لن تعبر الحاجز الدموي الدماغي السليم. تسمح أورام الدماغ والاضطرابات الأخرى التي تؤدي إلى تدهور الحاجز الدموي الدماغي لهذه العوامل بالاختراق إلى الدماغ وتسهيل اكتشافها عن طريق التصوير بالرنين المغناطيسي المعزز بالتباين. وبالمثل، تأخر التصوير بالرنين المغناطيسي محسنة الجادولينيوم يستخدم مركب أيوني، في الأصل يتم استبعاد من الأصحاء على أساس التنافر الكهربائي ولكنه لن يدخل بروتيوغليكان في أمراض مثل التهاب المفاصل.

يستخدم الجادولينيوم كالفوسفور أيضًا في التصوير الآخر. في أنظمة الأشعة السينية، يوجد الجادولينيوم في طبقة الفوسفور، معلقة في مصفوفة بوليمر عند الكاشف. تربيوم - مخدر أوكسي كبريتيد الجادولينيوم (Gd 2 O 2 S: Tb) في طبقة الفوسفور يحول الأشعة السينية المنبعثة من المصدر إلى ضوء. هذه المادة تشع الضوء الأخضر عند 540 نانومتر نظرًا لوجود Tb 3+، وهو مفيد جدًا لتحسين جودة التصوير. يصل تحويل الطاقة لـ Gd إلى 20٪، مما يعني أنه يمكن تحويل 1/5 طاقة الأشعة السينية التي تضرب طبقة الفوسفور إلى فوتونات مرئية. أوكسيورثوسيليكات الجادولينيوم (Gd 2 SiO 5، GSO ؛ مخدر عادة بنسبة 0.1-1.0٪ من Ce) عبارة عن بلورة مفردة تستخدم كوماض في التصوير الطبي مثل التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني أو للكشف عن النيوترونات.[26]

تستخدم مركبات الجادولينيوم أيضًا في صنع الفوسفور الأخضر لأنابيب التلفزيون الملون.[بحاجة لمصدر]

يتم إنتاج الجادولينيوم -153 في مفاعل نووي من عنصر اليوروبيوم أو أهداف الجادولينيوم المخصب. يبلغ عمر النصف 240±10 يومًا ويصدر إشعاع غاما بقمم قوية عند 41 كيلو فولت و 102 keV. يتم استخدامه في العديد من تطبيقات ضمان الجودة، مثل مصادر الخطوط وأشباح المعايرة، لضمان عمل أنظمة تصوير الطب النووي بشكل صحيح وإنتاج صور مفيدة لتوزيع النظائر المشعة داخل المريض.[27] كما أنه يستخدم كمصدر لأشعة جاما في قياسات امتصاص الأشعة السينية أو في مقاييس كثافة العظام لفحص هشاشة العظام، وكذلك في نظام التصوير بالأشعة السينية المحمول ليكسسكوب.[28]

يستخدم الجادولينيوم لصنع عقيق الجادولينيوم الإيتريوم (Gd: Y 3 Al 5 O 12)؛ له تطبيقات ميكروويف ويستخدم في تصنيع مكونات بصرية مختلفة وكمواد ركيزة للأفلام الممغنطة الضوئية.[بحاجة لمصدر]

تم استخدام عقيق الجادولينيوم الغاليوم (GGG، Gd 3 Ga 5 O 12) لتقليد الماس وذاكرة فقاعة الكمبيوتر.[29]

الجادولينيوم يمكن أيضا أن تكون بمثابة بالكهرباء في خلايا وقود الأكسيد الصلبة (SOFCs). إن استخدام الجادولينيوم كمشوب لمواد مثل أكسيد السيريوم (على شكل سيريا مخدر بالجادولينيوم) يخلق إلكتروليتًا مع الموصلية الأيونية العالية ودرجات حرارة التشغيل المنخفضة، والتي تعتبر مثالية لإنتاج فعال من حيث التكلفة لخلايا الوقود.

تُجرى الأبحاث على التبريد المغناطيسي بالقرب من درجة حرارة الغرفة، مما قد يوفر كفاءة كبيرة ومزايا بيئية على طرق التبريد التقليدية. المواد القائمة على الجادولينيوم، مثل Gd 5 (Si x Ge 1− x) 4، هي حاليًا أكثر المواد الواعدة، نظرًا لارتفاع درجة حرارة كوري وتأثيرها المغناطيسي العملاق. يُظهر Gd النقي تأثيرًا مغناطيسيًا كبيرًا بالقرب من درجة حرارة كوري البالغة 20 °م (68 °ف)، وقد أثار هذا اهتمامًا كبيرًا بإنتاج سبائك Gd بتأثير أكبر ودرجة حرارة Curie قابلة للضبط. في Gd 5 (Si x Ge 1− x) 4، يمكن تغيير تركيبات Si و Ge لضبط درجة حرارة Curie. لا تزال هذه التقنية في مرحلة مبكرة جدًا من التطوير، ولا يزال يتعين إجراء تحسينات مادية كبيرة قبل أن تصبح قابلة للتطبيق تجاريًا.

وضع الفيزيائيان مارك فاجينز وجون بيكوم، من سوبر كاميوكاندي الياباني، نظرية مفادها أن الجادولينيوم قد يسهل اكتشاف النيوترينو عند إضافته إلى مياه عالية النقاء في الخزان.[30]

تم البحث عن أكسيد النحاس والباريوم الجادولينيوم (GdBCO) لخصائصه فائقة التوصيل [31][32][33] مع التطبيقات في المحركات فائقة التوصيل أو المولدات - على سبيل المثال في التوربينات الهوائية.[34] يمكن تصنيعه بنفس الطريقة مثل الموصل الفائق لدرجات الحرارة العالية الأكثر بحثًا على نطاق واسع، وهو أكسيد الإيتريوم الباريوم والنحاس (YBCO) ويستخدم تركيبة كيميائية مماثلة (GdBa 2 Cu 3 O 7− δ).[35] والجدير بالذكر أنه تم استخدامه من قبل مجموعة مجموعة الموصلية الفائقة السائبة من جامعة كامبريدج في عام 2014 لتسجيل رقم قياسي عالمي جديد لأعلى مجال مغناطيسي محاصر في موصل فائق ذو درجة حرارة عالية، مع مجال 17.6T محاصر داخل اثنين من كتل (GdBCO).[36][37]

أمان

باعتباره أيونًا حرًا، يتم الإبلاغ عن أن الجادولينيوم شديد السمية في كثير من الأحيان، ولكن عوامل التباين في التصوير بالرنين المغناطيسي هي مركبات مخلبة وتعتبر آمنة بدرجة كافية لاستخدامها في معظم الأشخاص. ترجع سمية أيونات الجادولينيوم الحرة في الحيوانات إلى التداخل مع عدد من العمليات المعتمدة على قناة أيون الكالسيوم. تبلغ الجرعة المميتة 50٪ حوالي 0.34 مليمول / كجم (IV، فأر) [38] أو 100-200 ملغم / كغم. تظهر دراسات السمية في القوارض أن إزالة معدن ثقيل من الجادولينيوم (الذي يحسن أيضًا من قابليته للذوبان) يقلل من سميته فيما يتعلق بالأيون الحر بمعامل 50 (أي أن الجرعة المميتة لمخلّب Gd تزداد بمقدار 50 مرة).[39][40] لذلك يُعتقد أن السمية السريرية لعوامل التباين المعتمدة على الجادولينيوم (GBCAs [41]) في البشر سوف تعتمد على قوة العامل المخلب؛ لكن هذا البحث لم يكتمل بعد.[متى؟] حوالي اثني عشر من العوامل المختلفة المخلبية لـ Gd كعوامل تباين في التصوير بالرنين المغناطيسي في جميع أنحاء العالم.[42][43][44]

المخاطر
وضع العلامات GHS :
https://ar.wikipedia.org/wiki/null</img>
خطر
H261
P231 + P232، P422 [45]
معيار الرابطة الوطنية للوقاية من الحرائق رقم 704 (حريق الماس)

في المرضى الذين يعانون من الفشل الكلوي، هناك خطر الإصابة بمرض نادر ولكنه خطير يسمى التليف الجهازي كلوي المنشأ (NSF) [46] والذي ينتج عن استخدام عوامل التباين القائمة على الجادولينيوم. يشبه المرض الوذمة المخاطية الصلبة وإلى حد ما تصلب الجلد. قد يحدث بعد شهور من حقن عامل التباين. يتم تأكيد ارتباطه بالجادولينيوم وليس الجزيء الحامل من خلال حدوثه مع مواد تباين مختلفة حيث يتم حمل الجادولينيوم بواسطة جزيئات حاملة مختلفة تمامًا. نتيجة لذلك، لا ينصح باستخدام هذه العوامل لأي فرد مصاب بالفشل الكلوي في المرحلة النهائية حيث سيتطلب غسيل الكلى الطارئ. قد تحدث أعراض مماثلة ولكنها ليست متطابقة لمرض التليف الكيسي في الأشخاص الذين لديهم وظائف كلوية طبيعية أو شبه طبيعية في غضون ساعات إلى شهرين بعد إعطاء (GBCAs)؛ تم اقتراح اسم «مرض ترسب الجادولينيوم» (GDD) لهذه الحالة، والتي تحدث في غياب مرض سابق الوجود أو مرض متطور لاحقًا لعملية معروفة بديلة. أفادت دراسة أجريت عام 2016 عن العديد من الحالات القصصية لـ (GDD).[47] ومع ذلك، في تلك الدراسة، تم تجنيد المشاركين من مجموعات الدعم عبر الإنترنت للأشخاص الذين تم تحديدهم ذاتيًا على أنهم يعانون من سمية الجادولينيوم، ولم يتم جمع أي سجل طبي أو بيانات ذات صلة. لا يزال يتعين إجراء دراسات علمية نهائية تثبت وجود الحالة.

تشتمل الإرشادات الحالية الصادرة عن الجمعية الكندية لأخصائيي الأشعة [48] على أن مرضى غسيل الكلى يجب أن يتلقوا فقط عوامل الجادولينيوم عند الضرورة وأن يخضعوا لغسيل الكلى بعد الاختبار. إذا كان يجب إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي المعزز بالتباين على مريض غسيل الكلى، فمن المستحسن تجنب بعض عوامل التباين عالية الخطورة ولكن لا يتم أخذ جرعة أقل في الاعتبار.[48] توصي الكلية الأمريكية للأشعة بإجراء فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي المعززة بالتباين في أقرب وقت ممكن قبل غسيل الكلى كإجراء وقائي، على الرغم من أن هذا لم يثبت أنه يقلل من احتمالية تطوير (NSF).[49] توصي إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) بأخذ احتمالية احتباس الجادولينيوم في الاعتبار عند اختيار نوع (GBCA) المستخدم في المرضى الذين يحتاجون إلى جرعات متعددة مدى الحياة، والنساء الحوامل والأطفال والمرضى الذين يعانون من حالات التهابية.[50]

التفاعلات التأقية نادرة الحدوث في حوالي 0.03-0.1٪.[51]

الآثار البيئية طويلة المدى لتلوث الجادولينيوم بسبب الاستخدام البشري هو موضوع البحث المستمر.[52][53]

الدور البيولوجي

الجادولينيوم ليس له دور بيولوجي أصلي معروف، ولكن مركباته تستخدم كأدوات بحث في الطب الحيوي. مركبات Gd 3+ هي مكونات عوامل التباين في التصوير بالرنين المغناطيسي.[54] يتم استخدامه في العديد من تجارب الفيزيولوجيا الكهربية للقنوات الأيونية لمنع قنوات تسرب الصوديوم وتمديد القنوات الأيونية المنشطة.[55] تم استخدام الجادولينيوم مؤخرًا لقياس المسافة بين نقطتين في بروتين ما عبر الرنين المغنطيسي الإلكتروني، وهو شيء يمكن أن يكون الجادولينيوم قابلاً له بشكل خاص بفضل حساسية EPR في النطاق w (95 جيجاهرتز).[56]

المراجع
  1. Charles Kittel (1996)، Introduction to Solid State Physics، New York: Wiley، ص. 449.
  2. "معلومات عن غادولينيوم على موقع universalis.fr"، universalis.fr، مؤرشف من الأصل في 24 يوليو 2019.
  3. "معلومات عن غادولينيوم على موقع pubchem.ncbi.nlm.nih.gov"، pubchem.ncbi.nlm.nih.gov، مؤرشف من الأصل في 15 أغسطس 2016.
  4. "معلومات عن غادولينيوم على موقع comptox.epa.gov"، comptox.epa.gov، مؤرشف من الأصل في 10 ديسمبر 2019.
  5. Greenwood, Norman N.؛ Earnshaw, Alan (1997)، Chemistry of the Elements (ط. الثانية)، Butterworth-Heinemann، ISBN 0-08-037941-9.
  6. "Gadolinium"، Neutron News، 3 (3): 29، 1992، مؤرشف من الأصل في 29 أبريل 2021، اطلع عليه بتاريخ 06 يونيو 2009.
  7. Lide, D. R., المحرر (2005)، CRC Handbook of Chemistry and Physics (ط. 86th)، Boca Raton (FL): CRC Press، ISBN 0-8493-0486-5
  8. "Rare-earth metals: Is gadolinium really ferromagnetic?"، Nature، 401 (6748): 35–36، 1999، Bibcode:1999Natur.401...35C، doi:10.1038/43363، ISSN 0028-0836.
  9. Gschneidner, Karl Jr؛ Gibson, Kerry (07 ديسمبر 2001)، "Magnetic refrigerator successfully tested"، Ames Laboratory، مؤرشف من الأصل في 23 مارس 2010، اطلع عليه بتاريخ 17 ديسمبر 2006.
  10. Suenaga, Kazu؛ Taniguchi, Risa؛ Shimada, Takashi؛ Okazaki, Toshiya؛ Shinohara, Hisanori؛ Iijima, Sumio (2003)، "Evidence for the Intramolecular Motion of Gd Atoms in a Gd2@C92 Nanopeapod"، Nano Letters، 3 (10): 1395، Bibcode:2003NanoL...3.1395S، doi:10.1021/nl034621c.
  11. "Selective deposition of a gadolinium(III) cluster in a hole opening of single-wall carbon nanohorn"، Proceedings of the National Academy of Sciences, USA، 101 (23): 8527–30، يونيو 2004، Bibcode:2004PNAS..101.8527H، doi:10.1073/pnas.0400596101، PMID 15163794.
  12. Holleman, Arnold Frederik؛ Wiberg, Egon (2001)، Wiberg, Nils (المحرر)، Inorganic Chemistry، ترجمة Eagleson, Mary؛ Brewer, William، San Diego/Berlin: Academic Press/De Gruyter، ISBN 0-12-352651-5
  13. Mark Winter (1993–2018)، "Chemical reactions of Gadolinium"، The University of Sheffield and WebElements، مؤرشف من الأصل في 4 نوفمبر 2021، اطلع عليه بتاريخ 06 يونيو 2009.
  14. Cotton (2007)، Advanced inorganic chemistry (ط. 6th)، Wiley-India، ص. 1128، ISBN 978-81-265-1338-3، مؤرشف من الأصل في 23 يونيو 2021.
  15. Danevich, F.A.؛ وآخرون (2001)، "Quest for double beta decay of 160Gd and Ce isotopes"، Nucl. Phys. A، 694 (1): 375–91، arXiv:nucl-ex/0011020، Bibcode:2001NuPhA.694..375D، doi:10.1016/S0375-9474(01)00983-6.
  16. Marshall, James L.؛ Marshall, Virginia R. (2008)، "Rediscovery of the Elements: Yttrium and Johan Gadolin" (PDF)، The Hexagon (Spring): 8–11، مؤرشف من الأصل (PDF) في 24 أكتوبر 2021.
  17. Marshall, James L. Marshall؛ Marshall, Virginia R. Marshall (2015)، "Rediscovery of the elements: The Rare Earths–The Confusing Years" (PDF)، The Hexagon: 72–77، مؤرشف من الأصل (PDF) في 11 أكتوبر 2021، اطلع عليه بتاريخ 30 ديسمبر 2019.
  18. Weeks, Mary Elvira (1956)، The discovery of the elements (ط. 6th)، Easton, PA: Journal of Chemical Education، مؤرشف من الأصل في 18 مايو 2021.
  19. Weeks, Mary Elvira (1932)، "The discovery of the elements: XVI. The rare earth elements"، Journal of Chemical Education، 9 (10): 1751–1773، Bibcode:1932JChEd...9.1751W، doi:10.1021/ed009p1751.
  20. Deliens, M. and Piret, P. (1982).
  21. "Lepersonnite-(Gd): Lepersonnite-(Gd) mineral information and data"، Mindat.org، مؤرشف من الأصل في 28 نوفمبر 2021، اطلع عليه بتاريخ 04 مارس 2016.
  22. National Center for Biotechnology Information، "Element Summary for AtomicNumber 64, Gadolinium"، PubChem، مؤرشف من الأصل في 22 نوفمبر 2021، اطلع عليه بتاريخ 25 أكتوبر 2021.
  23. Liney, Gary (2006)، MRI in clinical practice، Springer، ص. 13, 30، ISBN 978-1-84628-161-7، مؤرشف من الأصل في 18 ديسمبر 2021.
  24. "Next generation, high relaxivity gadolinium MRI agents"، Bioconjugate Chemistry، 16 (1): 3–8، 2005، doi:10.1021/bc049817y، PMID 15656568.
  25. Wendler, Ronda (1 December 2009) Magnets Guide Stem Cells to Damaged Hearts.
  26. "Use of gadolinium oxyorthosilicate scintillators in x-ray radiometers"، Optical Engineering، 44: 016403، 2005، Bibcode:2005OptEn..44a6403R، doi:10.1117/1.1829713.
  27. "Gadolinium-153"، Pacific Northwest National Laboratory، مؤرشف من الأصل في 27 مايو 2009، اطلع عليه بتاريخ 06 يونيو 2009.
  28. "Lixi, Inc."، مؤرشف من الأصل في 9 مارس 2021، اطلع عليه بتاريخ 06 يونيو 2009.
  29. Hammond, C. R. The Elements, in Lide, D. R., المحرر (2005)، CRC Handbook of Chemistry and Physics (ط. 86th)، Boca Raton (FL): CRC Press، ISBN 0-8493-0486-5
  30. "Inside the 'secret underground lair' where scientists are searching the galaxies"، ABC News (Australia)، مؤرشف من الأصل في 5 ديسمبر 2019، اطلع عليه بتاريخ 16 يونيو 2019.
  31. Shi, Y؛ Babu, N Hari؛ Iida, K؛ Cardwell, D A (01 فبراير 2008)، "Superconducting properties of Gd-Ba-Cu-O single grains processed from a new, Ba-rich precursor compound"، Journal of Physics: Conference Series، 97 (1): 012250، Bibcode:2008JPhCS..97a2250S، doi:10.1088/1742-6596/97/1/012250، ISSN 1742-6596.
  32. Cardwell, D A؛ Shi, Y-H؛ Hari Babu, N؛ Pathak, S K؛ Dennis, A R؛ Iida, K (01 مارس 2010)، "Top seeded melt growth of Gd–Ba–Cu–O single grain superconductors"، Superconductor Science and Technology، 23 (3): 034008، Bibcode:2010SuScT..23c4008C، doi:10.1088/0953-2048/23/3/034008، ISSN 0953-2048.
  33. Zhang, Y F؛ Wang, J J؛ Zhang, X J؛ Pan, C Y؛ Zhou, W L؛ Xu, Y؛ Liu, Y S؛ Izumi, M (2017)، "Flux pinning properties of GdBCO bulk through the infiltration and growth process"، IOP Conference Series: Materials Science and Engineering، 213 (1): 012049، Bibcode:2017MS&E..213a2049Z، doi:10.1088/1757-899X/213/1/012049، ISSN 1757-8981.
  34. Wang, Brian (22 نوفمبر 2018)، "European EcoSwing Builds First Full Scale Superconductor Wind Turbine"، مؤرشف من الأصل في 27 أبريل 2021.
  35. Zhang, Yufeng؛ Zhou, Difan؛ Ida, Tetsuya؛ Miki, Motohiro؛ Izumi, Mitsuru (01 أبريل 2016)، "Melt-growth bulk superconductors and application to an axial-gap-type rotating machine"، Superconductor Science and Technology، 29 (4): 044005، Bibcode:2016SuScT..29d4005Z، doi:10.1088/0953-2048/29/4/044005، ISSN 0953-2048.
  36. Durrell, J H؛ Dennis, A R؛ Jaroszynski, J؛ Ainslie, M D؛ Palmer, K G B؛ Shi, Y-H؛ Campbell, A M؛ Hull, J؛ Strasik, M (01 أغسطس 2014)، "A trapped field of 17.6 T in melt-processed, bulk Gd-Ba-Cu-O reinforced with shrink-fit steel"، Superconductor Science and Technology، 27 (8): 082001، arXiv:1406.0686، Bibcode:2014SuScT..27h2001D، doi:10.1088/0953-2048/27/8/082001، ISSN 0953-2048.
  37. "Strongest magnetic field trapped in a superconductor"، مؤرشف من الأصل في 19 أبريل 2021، اطلع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2019.
  38. Bousquet et coll., 1988
  39. Ersoy, Hale؛ Rybicki, Frank J. (نوفمبر 2007)، "Biochemical Safety Profiles of Gadolinium-Based Extracellular Contrast Agents and Nephrogenic Systemic Fibrosis"، Journal of Magnetic Resonance Imaging، 26 (5): 1190–1197، doi:10.1002/jmri.21135، ISSN 1053-1807، PMID 17969161.
  40. "What nephrologists need to know about gadolinium"، Nature Clinical Practice. Nephrology، 3 (12): 654–68، ديسمبر 2007، doi:10.1038/ncpneph0660، PMID 18033225.
  41. "Gadolinium Deposition Disease (GDD) in Patients with Normal Renal Function"، Gadolinium Toxicity، 01 نوفمبر 2015، مؤرشف من الأصل في 11 مايو 2021، اطلع عليه بتاريخ 03 فبراير 2016.
  42. "Questions and Answers on Magnetic resonance imaging" (PDF)، International Society for Magnetic Resonance in Medicine، مؤرشف من الأصل (PDF) في 1 نوفمبر 2021، اطلع عليه بتاريخ 06 يونيو 2009.
  43. "Information on Gadolinium-Containing Contrast Agents"، US Food and Drug Administration، مؤرشف من الأصل في 06 سبتمبر 2008.
  44. Gray, Theodore (2009).
  45. "Gadolinium 691771".
  46. "Is there a causal relation between the administration of gadolinium based contrast media and the development of nephrogenic systemic fibrosis (NSF)?"، Clinical Radiology، 61 (11): 905–06، نوفمبر 2006، doi:10.1016/j.crad.2006.09.003، PMID 17018301.
  47. "Gadolinium deposition disease: Initial description of a disease that has been around for a while"، Magnetic Resonance Imaging، 34 (10): 1383–90، ديسمبر 2016، doi:10.1016/j.mri.2016.07.016، PMID 27530966.
  48. "Gadolinium-Based Contrast Agents in Kidney Disease: A Comprehensive Review and Clinical Practice Guideline Issued by the Canadian Association of Radiologists"، Canadian Journal of Kidney Health and Disease، 5: 2054358118778573، 2018، doi:10.1177/2054358118778573، PMID 29977584.
  49. ACR Committee on Drugs؛ Contrast Media (2010)، ACR Manual on Contrast Media Version 7، ISBN 978-1-55903-050-2.
  50. Center for Drug Evaluation and Research، "FDA warns that gadolinium-based contrast agents (GBCAs) are retained in the body; requires new class warnings"، www.fda.gov (باللغة الإنجليزية)، Drug Safety and Availability – FDA Drug Safety Communication، مؤرشف من الأصل في 23 أبريل 2019، اطلع عليه بتاريخ 20 سبتمبر 2018.
  51. "Adverse reactions to gadolinium contrast media: a review of 36 cases"، AJR. American Journal of Roentgenology، 167 (4): 847–49، أكتوبر 1996، doi:10.2214/ajr.167.4.8819369، PMID 8819369.
  52. Gwenzi, Willis؛ Mangori, Lynda؛ Danha, Concilia؛ Chaukura, Nhamo؛ Dunjana, Nothando؛ Sanganyado, Edmond (15 سبتمبر 2018)، "Sources, behaviour, and environmental and human health risks of high-technology rare-earth elements as emerging contaminants"، The Science of the Total Environment، 636: 299–313، Bibcode:2018ScTEn.636..299G، doi:10.1016/j.scitotenv.2018.04.235، ISSN 1879-1026، PMID 29709849.
  53. "Gadolinium as a new emerging contaminant of aquatic environments"، Environmental Toxicology and Chemistry، 37 (6): 1523–34، يونيو 2018، doi:10.1002/etc.4116، PMID 29473658.
  54. Tircsó, Gyulia؛ Molńar, Enricő؛ Csupász, Tibor؛ Garda, Zoltan؛ Botár, Richárd؛ Kálmán, Ferenc K.؛ Kovács, Zoltan؛ Brücher, Ernő؛ Tóth, Imre (2021)، "Chapter 2. Gadolinium(III)-Based Contrast Agents for Magnetic Resonance Imaging. A Re-Appraisal"، Metal Ions in Bio-Imaging Techniques، Springer، ص. 39–70، doi:10.1515/9783110685701-008.
  55. "Stretch-activated channels in stretch-induced muscle damage: role in muscular dystrophy"، Clinical and Experimental Pharmacology & Physiology، 31 (8): 551–56، أغسطس 2004، doi:10.1111/j.1440-1681.2004.04027.x، PMID 15298550.
  56. "High Sensitivity In-Cell EPR Distance Measurements on Proteins using and Optimized Gd(III) Spin Label"، The Journal of Physical Chemistry Letters، 9 (20): 6119–23، أكتوبر 2018، doi:10.1021/acs.jpclett.8b02663، PMID 30277780.

روابط خارجية
  • بوابة الكيمياء
  • بوابة العناصر الكيميائية
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.