Таблица Менделеева. Элементы уже близко

Длительные трудности с выделением металлического европия, как, впрочем, и его высокая цена, связаны ещё и с тем, что этот металл проявляет относительно высокую химическую активность (скорость окисления европия кислородом воздуха или взаимодействия с водой сравнимы со скоростью реакции кальция), и при контакте с воздухом европий покрывается слоем жёлтого карбоната Eu₂(CO₃)₃. Европий является хорошим поглотителем нейтронов, но редко применяется в атомной энергетике как из-за высокой стоимости, так и из-за того, что поглощающие нейтроны производные европия выдерживают в ядерном реакторе в полтора раза меньше, чем обычно использующийся для захвата нейтронов карбид бора.

64. Гадолиний

Гадолиний был назван в честь финского химика и геолога Юхана Гадолина, который одним из первых начал изучать образец минерала, найденный около шведского селения Иттербю. В 1792 году Гадолин выделил из минерала иттербита первый редкоземельный металл – иттрий, после чего оказалось, что обильный новыми минералами иттербит – два минерала, один из которых позднее в честь Гадолина был назван гадолитнитом.

Сходство свойств лантаноидов значительно затрудняло возможности их отделения друг от друга в индивидуальном виде, поэтому история гадолиния продолжилась только в 1880 году, когда швейцарский химик Жан де Мариньяк обнаружил в гадолините спектральные линии нового элемента. Шесть лет спустя Лекок де Буабодран выделил из гадолинита оксид нового элемента и назвал его гадолинием. Высокая активность гадолиния, как и других лантаноидов, затрудняла его получение в виде простого вещества, и первый образец металлического гадолиния был получен только в 1935 году.

Если посмотреть последнее издание Химической энциклопедии, том с информацией про гадолиний, который был издан в 1988 году, можно увидеть, что и свойствам металла, и его применению в ней уделено буквально несколько строчек. Действительно, информация о химических свойствах гадолиния небогата – так или иначе, она сводится к тому, что гадолиний образует трехзарядный ион Gd³⁺, который не может похвастаться какой-то интересной окраской солей в растворе – он бесцветный. Тем не менее именно этот ион и привлекает внимание теоретиков и практиков в последнее время. Уникальность иона Gd³⁺ в том, что на его 4f-электронном подуровне размещаются семь неспаренных электронов, придающих иону большой магнитный момент, – именно это свойство гадолиния в последнее время все чаще и чаще эксплуатируется.

Одно из главных направлений применения гадолиния – устройства, которые могут использоваться в холодильных установках, для которых не нужны хладагенты. В настоящее время большая часть промышленных и бытовых холодильных установок поддерживают низкие температуры за счет процессов испарения хладагентов – хлорфтоуглеводородов (фреонов), применение которых может быть опасно для озонового слоя. Магнитные элементы, в которых уже работает гадолиний, создают низкую температуру в результате процесса, известного как адиабатическое размагничивание. Работает это следующим образом: под действием постоянного магнитного поля магнитные моменты, создаваемые неспаренными электронами, ориентируются по направлению поля, принимая минимальное значение потенциальной энергии; выделяющаяся при это теплота может отводиться с помощью системы воздушного или жидкостного охлаждения. При отключении магнитного поля магнитные моменты переходят из упорядоченного в хаотичное состояние, и происходит охлаждение материала. С помощью адиабатического размагничивания можно получать температуры вплоть до 0,001 K (Physical Review 1933. —vol. 43, iss. 9. – P. 768), этот способ охлаждения требует на 20–30% энергии меньше, чем привычные нам системы компрессорного охлаждения, к тому же «магнитным холодильникам» для работы не нужны фреоны.

Магнитные свойства иона гадолиния также успешно применяются как контрасты для магнитно-резонансной томографии, метода медицинской диагностики, который позволяет получать изображения наших тканей и органов. Когда МРТ-исследования применяются для диагностики кровеносной системы или опухолей, гадолинийсодержащие контрастные агенты вводятся внутривенно для улучшения качества изображения.