கடோலினியம்

கடோலினியம் (Gadolinium) என்பது அணு எண் 64 ஆல் குறிக்கப்படும் ஒரு வேதியியல் தனிமமாகும். இதனுடைய மூலக்கூற்று வாய்ப்பாடு Gd என்ற எழுத்துக்களால் குறிக்கப்படுகிறது. ஆக்சிசனேற்றம் நீக்கப்பட்டால் கடோலினியம் வெள்ளியைப் போன்ற வெண்மை நிற உலோகமாகும். அருமண் தனிமமான இதை சிறிதளவுக்கு தகடாக அடிக்கலாம். கம்பியாக நீட்டலாம். வளிமண்டலத்திலுள்ள ஆக்சிசன் அல்லது ஈரப்பத்த்துடன் கடோலினியம் வினைபுரிந்து மெல்ல கருப்பு நிறமாக மாறுகிறது. கியூரி வெப்பநிலையான 20 பாகை செல்சியசு வெப்பநிலைக்கு கீழ் கடோலினியம் நிக்கலைக்காட்டிலும் அதிக காந்தப்புல ஈர்ப்புடன் பெர்ரோகாந்தப் பண்புடன் உள்ளது. இவ்வெப்பநிலைக்கு மேல் இது பாராகாந்தப்பண்பு தனிமமாகிறது. இயற்கையில் ஆக்சிசனேற்ற வடிவத்தில் மட்டுமே கடோலினியம் காணப்படுகிறது. பிரித்தெடுக்கும்போது, பொதுவாக இதனுடன் மற்ற அரிய-மண் தனிமங்களே அசுத்தங்களாகக் கலந்திருக்கும். ஏனெனில் அவையும் கடோலினியத்தை ஒத்த வேதியியல் பண்புகளை கொண்டுள்ளன.

64 யூரோப்பியம் ← கடோலினியம் → டெர்பியம் - ↑ Gd ↓ Cm தனிம அட்டவணை
பொது
பெயர், குறி எழுத்து, தனிம எண்	கடோலினியம், Gd, 64
வேதியியல் பொருள் வரிசை	லாந்த்தனைடுகள்
நெடுங்குழு, கிடை வரிசை, வலயம்	இல்லை, 6, f
தோற்றம்	வெள்ளிபோல் வெண்மை
அணு நிறை (அணுத்திணிவு)	157.25(3) g/mol
எதிர்மின்னி அமைப்பு	[Xe] 4f7 5d1 6s2
சுற்றுப் பாதையிலுள்ள எதிர்மின்னிகள் (எலக்ட்ரான்கள்)	2, 8, 18, 25, 9, 2
இயல்பியல் பண்புகள்
இயல் நிலை	திண்மம்
அடர்த்தி (அறை வெ.நி அருகில்)	7.90 கி/செ.மி³
உருகுநிலையில் நீர்மத்தின் அடர்த்தி	7.4 g/cm³
உருகு வெப்பநிலை	1585 K (1312 °C, 2394 °F)
கொதி நிலை	3546 K (3273 °C, 5923 °F)
நிலை மாறும் மறை வெப்பம்	10.05 கி.ஜூ/மோல் (kJ/mol)
வளிமமாகும் வெப்ப ஆற்றல்	301.3 கி.ஜூ/மோல்
வெப்பக் கொண்மை	(25 °C) 37.03 ஜூ/(மோல்·K) J/(mol·K)
ஆவி அழுத்தம் (கணிக்கப்பட்டது) அழுத் / Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k வெப். நி / K 1836 2028 2267 2573 2976 3535
அணுப் பண்புகள்
படிக அமைப்பு	அறுகோணகம்
ஆக்சைடு நிலைகள்	3 (மென் கார ஆக்ஸைடு)
எதிர்மின்னியீர்ப்பு	1.20 (பௌலிங் அளவீடு)
மின்மமாக்கும் ஆற்றல்	1st: 593.4 kJ/(mol
	2nd: 1170 kJ/mol
	3rd: 1990 kJ/mol
அணு ஆரம்	180 பிமீ
அணுவின் ஆரம் (கணித்)	233 pm
வேறு பல பண்புகள்
காந்த வகை	fஇரும்புக்காந்தம்
மின்தடைமை	(அறை வெ.நி.) (α, பல்படிகம்) 1.310 µΩ·m
வெப்பக் கடத்துமை	(300 K) 10.6 வாட்/(மீ·கெ) W/(m·K)
வெப்ப நீட்சிமை	(100 °C) (α, பல்படிகம்) 9.4 மைக்ரோ மீ/(மீ·K) µm/(m·K)
ஒலியின் விரைவு (மெல்லிய கம்பி வடிவில்)	(20 °C) 2680 மீ/நொடி
யங்கின் மட்டு	(α வடிவம்) 54.8 GPa
Shear modulus	(α வடிவம்) 21.8 GPa
அமுங்குமை	(α வடிவம்) 37.9 GPa
பாய்சான் விகிதம்	(α வடிவம்) 0.259
விக்கர் உறுதிஎண் Vickers hardness	570 MPa (மெகாபாஸ்)
CAS பதிவெண்	7440-54-2
குறிபிடத்தக்க ஓரிடத்தான்கள்
தனிக்கட்டுரை: கடோலினியம் ஓரிடத்தான்கள் ஓரி இ.கி.வ அரை வாழ்வு சி.மு சி.ஆ (MeV) சி.வி 152Gd 0.20% 1.08×1014 ஆண்டு α 2.205 148Sm 154Gd 2.18% Gd ஆனது 90 நொதுமிகளுடன் நிலைப்பெற்றுள்ளது 155Gd 14.80% Gd ஆனது 91 நொதுமிகளுடன் நிலைப்பெற்றுள்ளது 156Gd 20.47% Gd ஆனது 92 நொதுமிகளுடன் நிலைப்பெற்றுள்ளது 157Gd 15.65% Gd ஆனது 93 நொதுமிகளுடன் நிலைப்பெற்றுள்ளது 158Gd 24.84% Gd ஆனது 94 நொதுமிகளுடன் நிலைப்பெற்றுள்ளது 160Gd 21.86% >1.3×1021ஆண்டு β-β- 1.7 160Dy
மேற்கோள்கள்

1880 ஆம் ஆண்டில் இழீன் சார்லசு மேரிக்னாக் என்பவரால் கடோலினியம் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது, நிறமாலையியலைப் பயன்படுத்தி கடோலினியத்தின் ஆக்சைடை இவர் கண்டுபிடித்தார். கடோலினியம் காணப்படும் கனிமங்களில் ஒன்றான காடோலினைட்டு என்ற கனிமத்தை கண்டறிந்த வேதியியலாளர் யோகான் கடோலின் என்பவர் நினைவாக தனிமத்திற்கு கடோலினியம் எனப் பெயரிடப்பட்டது, தூய காடோலினியம் முதன்முதலில் வேதியியலாளர் பால் எமிலி லெகோக் டி போயிசுபௌத்ரனால் 1886 ஆம் ஆண்டு தனிமைப்படுத்தப்பட்டது.

கடோலினியம் அசாதாரணமான உலோகவியல் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. இரும்பு, குரோமியம் மற்றும் தொடர்புடைய உலோகங்கள் உயர் வெப்பநிலையில் வெளிப்படுத்தும் ஆக்சிசனேற்ற எதிர்ப்பு, வேலைத்திறன் போன்றவற்றை கடோலினியத்திற்கும் ஒரு சதவீதம் வரை கணிசமாக மேம்படுத்த முடியும். கடோலினியம் ஓர் உலோகமாக அல்லது உப்பாக நியூட்ரான்களை உறிஞ்சுகிறது, எனவே, சில நேரங்களில் நியூட்ரான் கதிர்வீச்சு வரைவியல் மற்றும் அணுக்கரு உலைகளில் ஒரு கேடயமாக பயன்படுத்தப்படுகிறது.

பெரும்பாலான அரிய மண் தனிமங்களை போலவே, கடோலினியமும் ஒளிரும் பண்புகளைக் கொண்ட மூவிணைதிற அயனிகளை உருவாக்குகிறது, மேலும் கடோலினியம்(III) உப்புகள் பல்வேறு பயன்பாடுகளில் ஒளிர்பொருட்களாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

நீரில் கரையக்கூடிய உப்புகளில் தோன்றும் கடோலினியம்(III) அயனிகள் பாலூட்டிகளுக்கு நச்சுத்தன்மை வாய்ந்தவையாக இருக்கும். இருப்பினும், இடுக்கி இணைப்பு கொண்ட கடோலினியம்(III) சேர்மங்கள் மிகவும் குறைவான நச்சுத்தன்மையுடையவையாகும். ஏனென்றால் அவை கடோலினியம்(III) அயனியை சிறுநீரகங்கள் வழியாக தனி அயனியை திசுக்களில் வெளியிடுவதற்கு முன்பாகவே உடலுக்கு வெளியேகொண்டு செல்கின்றன. இதனுடைய பாராகாந்தப் பண்புகளாலும், இடுக்கிப்பிணைப்பு கரிம கடோலினியம் அணைவுச் சேர்மங்களின் கரைசல்களும் நரம்பூடாக நிர்வகிக்கப்படும் கடோலினியம் சார்ந்த காந்த ஒத்திசைவு படம்பிடித்தலில் முகவர்களாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

பண்புகள்

கடோலினியம் உலோகத்தின் மாதிரி

இயற்பியல் பண்புகள்

கடோலினியம் பார்ப்பதற்கு வெள்ளி உலோகம் போல வெண்மையாக இருக்கும் காரக்கனிம மாழையாகும். இது கம்பியாக நீட்டக்கூடிய தன்மையும் தகடாக அடிக்கும் தன்மையும் கொண்டுள்ளது. அறை வெப்பநிலையில் கடோலினியத்தின் ஆல்பா வடிவம் அறுகோண நெருக்கப்பொதிவு கட்டமைப்பில் இருக்கிறது. ஆனால் 1235 பாகை செல்சியசு வெப்பநிலைக்கு மேல் வெப்பமூட்டினால் இப்படிகம் உருமாறி பீட்டா வடிவ கடோலினியமாக மாறுகிறது. இது உடல் மைய்ய கனசதுரக் கட்டமைப்பில் படிகமாகி காணப்படுகிறது^[1].

கடோலினியம் -157 என்ற ஐசோடோப்பு எந்தவொரு நிலையான நியூக்ளைடு எனப்படும் உட்கருக்களிலும் மிக உயர்ந்த வெப்ப-நியூட்ரான் பிடிப்பு குறுக்குவெட்டான சுமார் 259,000 பார்ன் மதிப்பை பெற்றுள்ளது. செனான் -135 ஐசோடோப்பு மட்டுமே அதிக நியூட்ரான் பிடிப்பு குறுக்குவெட்டு மதிப்பை பெற்றது ஆகும் இதன் மதிப்பு சுமார் 2.0 மில்லியன் பார்ன் ஆகும். ஆனால் இந்த ஐசோடோப்பு கதிரியக்கப் பண்பு கொண்டதாகும்^[2].

கடோலினியம் 20 பாகை செல்சியசு வெப்பநிலைக்கு குறைவான வெப்பநிலையில் பெர்ரோ காந்தமாக இருப்பதாக நம்பப்படுகிறது. மற்றும் இந்த வெப்பநிலையை விட அதிகமாகும்போது வலுவான பாரா காந்தப் பண்பை பெறுகிறது. 20 பாகை செல்சியசு வெப்பநிலைக்கு கீழ் கடோலினியம் பெர்ரோ காந்தம் என்பதை விட, திருகு எதிர் பெர்ரோகாந்தம் என்பதற்கான சான்றுகள் உள்ளன^[3]. கடோலினியம் வெப்ப இயக்கவியல் தொடர்பான ஒரு காந்தப்புல விளைவைக் காட்டுகிறது, இதன் மூலம் காந்தப்புலத்திற்குள் கடோலினியம் நுழையும் போது அதன் வெப்பநிலை அதிகரிக்கிறது மற்றும் காந்தப்புலத்தை விட்டு வெளியேறும்போது அவ்வெப்பநிலை குறைகிறது. கடோலினியம் உலோகக் கலவை Gd85Er15 எனில் வெப்பநிலை 5 பாகை செல்சியசு வெப்பநிலை அளவு வரை குறைக்கப்படுகிறது. உலோகக் கலவை Gd5(Si2Ge2 எனில் இந்த விளைவு கணிசமாக வலுவானதாகும். ஆனால் மிகக் குறைந்த -188.2 செல்சியசு வெப்பநிலையில் இவ்விளைவு நிகழ்கிறது^[4]. Gd5(SixGe1−x)4 வகை சேர்மங்களில் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க காந்தவெப்ப விளைவு அதிக வெப்பநிலையில், சுமார் 300 கெல்வின் வெப்பநிலை வரை காணப்படுகிறது. தனிப்பட்ட கடோலினியம் அணுக்களை புலரின் மூலக்கூறுகளாக இணைப்பதன் மூலம் தனிமைப்படுத்தலாம், அங்கு அவை எலக்ட்ரான் பரப்பி எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி மூலம் காட்சிப்படுத்தப்படலாம். தனி கடோலினியம் அணுக்கள் மற்றும் சிறிய கடோலினியம் தொகுதிகள் கார்பன் நானோகுழாய்களில் இணைக்கலாம்^[5].

வேதிப் பண்புகள்

கடோலினியம் பெரும்பாலான தனிமங்களுடன் இணைந்து கடோலினியம் (III) வழிப்பெறுதிகளை உருவாக்குகிறது. இது நைட்ரசன், கார்பன், கந்தகம், பாசுபரசு, போரான், செலினியம், சிலிக்கான் மற்றும் ஆர்சனிக் போன்ற தனிமங்களுடன் உயர்ந்த வெப்பநிலையில் இணைந்து இருபடி சேர்மங்களை உருவாக்குகிறது^[6].

மற்ற அரிய-மண் தனிமங்களைப் போலன்றி, உலோகக் கடோலினியம் வறண்ட காற்றில் ஒப்பீட்டளவில் நிலையானது. . இருப்பினும், இது ஈரமான காற்றில் விரைவாக மங்கி தளர்வாக ஒட்டிக்கொண்டிருக்கும் காடோலினியம்(III) ஆக்சைடை உருவாக்குகிறது: 4 Gd + 3 O₂ → 2 Gd₂O₃,

இது அரிப்பாக உதிர்ந்து மேலும் அதிகப் பரப்பை ஆக்சிசனேற்றத்திற்காக அளிக்கிறது.

கடோலினியம் ஒரு வலுவான ஒடுக்கும் முகவராக செயல்படுகிறது. பல உலோகங்களின் ஆக்சைடுகளை அவற்றின் உலோகங்களாகக் குறைக்கிறது. கடோலினியம் அதிக நேர்மின்னோட்டம் கொண்டதாகும். குளிர்ந்த நீருடன் மெதுவாக வினைபுரிகிறது மற்றும் சூடான நீரில் விரைவாக வினைபுரிந்து கடோலினியம் ஐதராக்சைடை உருவாக்குகிறது:

2 Gd + 6 H₂O → 2 Gd(OH)₃ + 3 H₂.

நீர்த்த கந்தக அமிலத்தால் கடோலினியம் தாக்கப்படுகிறது. இதன் விளைவாக நிறமற்ற கடோலினியம்(III) அயனிகளைக் கொண்ட கரைசல்கள் உருவாகின்றன. இக்கரைசலில் [Gd (H 2 O) 9 ] 3+ அணைவுகளாக இவை காணப்படுகின்றன:^[7]

2 Gd + 3 H₂SO₄ + 18 H₂O → 2 [Gd(H₂O)₉]³⁺ + 3 SO²⁻
₄ + 3 H₂.

கடோலினியம் உலோகம் ஆலசன்களுடன் (X₂) 200 பாகை செல்சியசு வெப்பநிலைக்கு மேல் வினைபுரிகிறது.

2 Gd + 3 X₂ → 2 GdX₃..

பயன்பாடுகள்

கடோலினியத்திற்கு பெரிய அளவிலான பயன்பாடுகள் இல்லை என்றாலும் இது பலவிதமான சிறப்பு பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது. 157Gd ஐசோடோப்பு அதிக நியூட்ரான் ஈர்ப்பு குறுக்குவெட்டு பரப்பைக் கொண்டிருப்பதால் இது நியூட்ரான் சிகிச்சையில் கட்டிகளை குறிவைக்க பயன்படுகிறது. மேலும் நியூட்ரான் கதிர்வீச்சு வரைபடவியல் மற்றும் அணு உலைகளின் கேடயங்களில் பயன்படுத்த பயனுள்ளதாக இருக்கிறது. சில அணு உலைகளில், குறிப்பாக காண்டு வகை அணு உலைகளில் இது இரண்டாம் நிலை அவசரகால பணிநிறுத்தம் நடவடிக்கையாக பயன்படுத்தப்படுகிறது.

வரலாறு

டிடிமியம் (didymium) கடோலினைட் (gadolinite) கனிமங்களில் கடோலினியத் தனிமம் இருப்பதால் தோன்றும் ஒளிநிறமாலை கோட்டை 1880ல் சுவிட்சர்லாந்து நாட்டு வேதியியலாளர் இழ்சான் சார்லசு கலிசார் டி மரின்யாக் (Jean Charles Galissard de Marignac) என்பவர் கண்டுபிடித்தார். 1886ல் பிரான்ஸ் நாட்டு வேதியியலாளர் பால் எமீல் லெக்கொக் டி புவாபௌட்ரான் (Paul Émile Lecoq de Boisbaudran) என்பவர் கடோலினிய ஆக்ஸைடாகிய கடோலினியாவை (கடோலினியம் (III) ஆக்ஸைடை) மோசாண்டரின் இயிற்றியா (Mosander's yttria) (இயிற்றியா = ₂O₃) என்பதில் இருந்து பிரித்தெடுத்தார். இத் தனிமத்தை அண்மையில்தான் பிரித்தெடுத்துள்ளனர்.

இத் தனிமமும் இத் தனிமம் உள்ள கனிமமாகிய கடோலினைட்டும் பின்லாந்து நாட்டு புவியியலாளர் யோஃகான் கடோலின் என்பவரின் பெயரைப் பின்பற்றி சூட்டப்பட்டுள்ளன.

கிடப்பு, மலிவு

கடோலினியம் தனித் தனிமமாக எங்கும் இயற்கையில் கிடைப்பதில்லை, ஆனால் அரிதில் கிடைக்கும் சில கனிமங்களாகிய மோனாசைட்டு (monazite), பாஸ்ட்னாசைட்டு் (bastnäsite) போன்றவற்றில் இருந்து மிகச் சிறிதளவு கிடைக்கின்றது. இன்று மின்மவணு பரிமாற்ற முறையிலும் கரைசல் பிரிப்பு முறையிலும் பிரித்தெடுக்கப்படுகின்றது.

விலை மதிப்பு

1994ல் ஐக்கிய அமெரிக்க நாடுகள் டாலர் மதிப்பில் ஒரு கிராம் $ 0.12 என்னும் வீதத்தில் கிடைக்கின்றது. அதன்பின் ஏறத்தாழ $ 0.01 கூடியுள்ளது^[8]: 2005 ஆண்டில் கடோலினியத்தின் விலை மதிப்பு ஒரு கிலோ கிராம் $130 (அல்லது ஒரு கிராம் $0.13) ஆகும்.