64 Gd غادولينيوم 157.25
لانثانيد f-block Period 6

غادولينيوم

Gd · Element 64

The rare earth with the greatest neutron capture cross-section of any stable nuclide.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 157.25 u
ELECTRON CONFIGURATION [Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s²
63Eu All 118 65Tb

البنية

ذرة غادولينيوم

ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.

سحابة المدارات

القيم المقيسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع غادولينيوم بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.

فيزيائية

الكثافة 7.9 g/cm³ 50%
نقطة الانصهار 1585 K 66%
نقطة الغليان 3546 K 75%
الحرارة النوعية 0.236 J/g·K
التوصيل الحراري 10.5 W/m·K 28%

ذرية

نصف القطر الذري 178 pm 64%
نصف القطر التساهمي 196 pm
نصف قطر فان دير فالس 237 pm

إلكترونية

السالبية الكهربائية 1.2 19%
طاقة التأين 593.4 kJ/mol 30%
الألفة الإلكترونية —

الوفرة

الوفرة في القشرة 6.2 mg/kg 66%

الهوية

الرمزGd
العدد الذري64
الكتلة الذرية157.25 u
الفئةلانثانيد
المستوى الفرعيf
البنية البلوريةسداسي متراص
حالات الأكسدة+3
الاكتشاف1880
اكتشفهJean Charles Galissard de Marignac

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق مقياس

How big is a غادولينيوم atom?

Radius 178 pm — that is 0.178 nm, so about 2809 million of them side by side would span a millimetre.

النطاق الحراري

Solid, liquid, gas — and when

غادولينيوم is liquid over a 1961 K window, from 1585 K to 3546 K.

موضعه

موضعه في الجدول

غادولينيوم sits in the lanthanide series, printed below the main grid.

OTHER اللانثانيدات

57La 58Ce 59Pr 60Nd 61Pm 62Sm 63Eu 65Tb 66Dy 67Ho 68Er 69Tm 70Yb 71Lu
All اللانثانيدات

القصة

ما هو غادولينيوم، وكيف اكتشفناه

The rare earth with the greatest neutron capture cross-section of any stable nuclide.

The discovery of غادولينيوم

🏛️ إنجاز علمي سويسري

Jean Charles Galissard de Marignac (1880)

اكتشف Jean Charles Galissard de Marignac، وهو كيميائي سويسري، الغادولينيوم أثناء تحليل معدن الغادولينيت من يوتربي في السويد. وكشف عمله التحليلي الدقيق عن دليل طيفي على وجود عنصر أرضي نادر جديد.

التحليل المنهجي للمعادن

أخضع ماريينياك عينات الغادولينيت لإجراءات التجزئة المنهجية، مستخدماً تقنيات الترسيب والتبلور لفصل مكونات العناصر الأرضية النادرة المختلفة. وأدى نهجه المنهجي إلى زيادة تركيز العنصر المجهول تدريجياً.

التأكيد الطيفي

باستخدام معدات طيفية متقدمة، حدد ماريينياك خطوط امتصاص مميزة لا يمكن نسبها إلى العناصر المعروفة. وقدمت هذه البصمات الطيفية دليلاً قاطعاً على وجود عنصر جديد في سلسلة العناصر الأرضية النادرة.

التحقق المستقل

أكد Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran اكتشاف ماريينياك بشكل مستقل في عام 1886، فعزل الغادولينيوم من مصادر معدنية مختلفة وتحقق من خصائصه الفريدة باستخدام تقنيات تحليلية مكملة.

أصل التسمية

سُمّي الغادولينيوم نسبة إلى معدن الغادولينيت، الذي كُرّم بدوره بتسمية مشتقة من اسم الكيميائي الفنلندي يوهان غادولين، رائد أبحاث العناصر الأرضية النادرة. وعكست هذه التسمية الطبيعة المترابطة لاكتشافات العناصر الأرضية النادرة.

إنتاج المعدن النقي

لم يُعزل معدن الغادولينيوم النقي بنجاح حتى عام 1935 بطرق التقطير. وتبرز الفجوة البالغة 55 عاماً بين الاكتشاف والعزل التحديات التقنية لتنقية معادن العناصر الأرضية النادرة.

التطوير التجاري

ظل الغادولينيوم موضع اهتمام أكاديمي أساساً حتى الستينيات، عندما أدى تطور التكنولوجيا النووية والتقدم في التصوير الطبي إلى إيجاد طلب تجاري على الخصائص الفريدة للعنصر.

الإرث العلمي

  • الكيمياء التحليلية وتطوير منهجياتها
  • تقنيات فصل العناصر الأرضية النادرة
  • تحسين التحليل الطيفي
  • بروتوكولات البحث المنهجي في المعادن
🎓 الأثر التعليمي: أصبحت أساليب اكتشاف ماريينياك جزءاً من المنهج القياسي في الكيمياء التحليلية، ودربت أجيالاً من العلماء على التعرف المنهجي إلى العناصر.

الاستخدامات

فيما يُستخدم غادولينيوم

🏥 رائد التكنولوجيا الطبية

يجمع الغادولينيوم بين الخصائص المغناطيسية الفريدة والخصائص النووية الأساسية، مما يجعله central للتصوير الطبي الحديث والتكنولوجيا النووية وعلوم المواد المتقدمة. وتدفع قدرته الاستثنائية على امتصاص النيوترونات وسلوكه البارامغناطيسي تطبيقات مهمة في صناعات متعددة.

التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)

تُحدث عوامل التباين القائمة على الغادولينيوم ثورة في التصوير الطبي من خلال تعزيز تباين الأنسجة في فحوصات MRI. وتحسن هذه العوامل دقة تشخيص أورام الدماغ وأمراض القلب والأوعية الدموية والحالات الالتهابية، مما يتيح الكشف المبكر ونتائج علاجية أفضل.

أنظمة التحكم في المفاعلات النووية

يمتلك الغادولينيوم أعلى مقطع عرضي لالتقاط النيوترونات الحرارية بين جميع العناصر، مما يجعله ضرورياً لأنظمة سلامة المفاعلات النووية. وتوفر قضبان التحكم المصنوعة من الغادولينيوم تحكماً دقيقاً في التفاعلية وقدرات الإيقاف الطارئ في محطات الطاقة النووية التجارية.

تطوير السبائك المتقدمة

تحسن السبائك المعززة بالغادولينيوم الخصائص المغناطيسية في المغناطيسات الدائمة والمكونات الإلكترونية والآلات المتخصصة. وتحافظ هذه السبائك على قوتها المغناطيسية عند درجات الحرارة المرتفعة وتقاوم إزالة المغنطة تحت الضغط.

تكنولوجيا كشف النيوترونات

تتضمن كاشفات النيوترونات عالية الحساسية الغادولينيوم-157 لكشف النيوترونات الحرارية في المنشآت النووية وأنظمة أمن الحدود ومعدات البحث العلمي. وينتج عن التقاط النظير للنيوترونات أشعة غاما يسهل كشفها.

تطبيقات الزجاج المتخصص

ينتج الزجاج المشوب بأكسيد الغادولينيوم مكونات بصرية لأنظمة الليزر والاتصالات الليفية والأدوات الدقيقة. ويوفر هذا الزجاج خصائص انكسار فريدة واستقراراً حرارياً للتطبيقات الصعبة.

علاج السرطان الموجّه

يستخدم العلاج التجريبي بالتقاط النيوترونات بواسطة الغادولينيوم خصائص العنصر في امتصاص النيوترونات لعلاج بعض أنواع السرطان. وعندما تتفاعل النيوترونات مع الغادولينيوم-157، يمكن للإشعاع الناتج تدمير الخلايا السرطانية مع إحداث ضرر محدود للأنسجة السليمة.

🔬 ابتكار طبي: أتاحت عوامل التباين الغادولينيومية إجراء أكثر من 50 million فحص MRI سنوياً، مما حسّن بدرجة كبيرة قدرات التشخيص للحالات العصبية والقلبية الوعائية.

🔧 التميز الهندسي

تحسين التصوير الطبي

تستخدم أنظمة MRI في المستشفيات بانتظام عوامل التباين الغادولينيومية لتحسين جودة الصور ودقة التشخيص. وتساعد هذه العوامل الأطباء على تحديد الأورام وتشوهات الأوعية الدموية والعمليات الالتهابية التي كانت ستظل غير قابلة للكشف لولا ذلك.

السلامة في الطاقة النووية

تضم المفاعلات النووية التجارية قضبان تحكم غادولينيومية وتجميعات سموم قابلة للاحتراق للحفاظ على ظروف تشغيل آمنة. وتوفر خصائص العنصر في امتصاص النيوترونات تحكماً موثوقاً في المفاعل طوال دورة الوقود.

تصنيع المكونات الإلكترونية

تستخدم الأقراص الصلبة للحواسيب وأجهزة التخزين المغناطيسي مواد مغناطيسية معززة بالغادولينيوم لأنظمة تخزين البيانات واسترجاعها. وتمكّن الخصائص المغناطيسية للعنصر من تحقيق كثافات تخزين أعلى وموثوقية أفضل للبيانات.

التصوير الإشعاعي الصناعي

تستخدم معدات الاختبار غير المتلف مصادر نيوترونات غادولينيومية لفحص اللحامات والمسبوكات والمكونات الحرجة في صناعات الطيران والسيارات والبناء.

معدات مختبرات البحث

تستخدم الأدوات العلمية الغادولينيوم في تجارب تشتت النيوترونات وأبحاث المواد ودراسات الفيزياء الأساسية. وتمكّن الخصائص النووية الفريدة للعنصر من إجراء قياسات دقيقة وإمكانات بحثية متقدمة.

السبائك المتخصصة

تتضمن السبائك عالية الأداء المخصصة لتطبيقات الطيران الغادولينيوم لتحسين الخصائص المغناطيسية ومقاومة التآكل والأداء عند درجات الحرارة العالية في محركات الطائرات ومكونات المركبات الفضائية.

🚀 تقنيات المستقبل

  • أنظمة الحجب المغناطيسي للحوسبة الكمومية
  • عوامل التباين المتقدمة للتصوير الطبي
  • مصفوفات الجيل التالي لكشف النيوترونات
  • أنظمة التبريد بالتبريد المغناطيسي

مصدره

وجوده الطبيعي

6.2 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 66% of elements

🗻 موارد العناصر الأرضية النادرة العالمية

توزيع المعادن

يوجد الغادولينيوم في المعادن الحاملة للعناصر الأرضية النادرة، ومنها المونازيت والبازنازيت والغادولينيت (الذي سُمّي باسم العنصر). وتظهر أعلى التركيزات في معقدات الكربوناتيت والصخور النارية القلوية في أنحاء العالم.

أهم الرواسب العالمية

تشمل موارد الغادولينيوم المهمة:

  • الصين: بيان أوبو (منغوليا الداخلية) - المنتج العالمي المهيمن
  • الولايات المتحدة: منجم العناصر الأرضية النادرة في ماونتن باس (كاليفورنيا)
  • أستراليا: مشروع ماونت ويلد في أستراليا الغربية
  • البرازيل: معقد كاتالا في ولاية غوياس
  • الهند: رواسب رمال الشاطئ المونازيتية في كيرالا

عمليات التكوين الجيولوجي

يتركز الغادولينيوم من خلال التمايز الصهاري في الأنظمة النارية القلوية، حيث تؤدي عمليات التبلور في المراحل المتأخرة إلى إثراء العناصر الأرضية النادرة. وينتج عن التجوية والتركيز الثانوي رواسب إضافية في بعض المناطق.

الوفرة والاستخراج

تبلغ وفرة الغادولينيوم في القشرة الأرضية تقريباً 6.2 جزءاً في المليون، وهو أوفر من القصدير وأقل شيوعاً من النحاس. ويتطلب الاستخراج التجاري عمليات فصل معقدة بسبب تشابه الخصائص الكيميائية بين اللانثانيدات.

تحديات المعالجة

يتضمن تنقية الغادولينيوم إجراءات متعددة المراحل للتبادل الأيوني والاستخلاص بالمذيبات. ويجعل موقع العنصر في منتصف سلسلة اللانثانيد فصله صعباً بصفة خاصة وكثيف الاستهلاك للطاقة.

الأهمية الاستراتيجية

تجعل التطبيقات المهمة في التقنيات النووية والطبية أمن إمدادات الغادولينيوم ذا أهمية استراتيجية للدول المتقدمة. ويُعد إعادة التدوير من النفايات الإلكترونية وتطوير مصادر بديلة من الأولويات المستمرة.

الاعتبارات البيئية

غالباً ما يتضمن تعدين العناصر الأرضية النادرة التعامل مع المواد المشعة بسبب وجود الثوريوم واليورانيوم معاً. وتطبق مرافق الاستخراج الحديثة تدابير شاملة لحماية البيئة وأنظمة لإدارة النفايات.

💎 مادة استراتيجية: تجعل الأهمية المزدوجة للغادولينيوم في التطبيقات الطبية والنووية منه مادة حاسمة للأمن القومي والبنية التحتية للصحة العامة.

التعامل

السلامة

⚗️ السلامة في الاستخدام الطبي

سمية حادة منخفضة

تُظهر مركبات الغادولينيوم عموماً سمية حادة منخفضة، لكن التعرض المزمن يتطلب مراقبة دقيقة. وتخضع عوامل التباين الغادولينيومية المخصصة للاستخدام الطبي لاختبارات سلامة صارمة، وتُعد آمنة للاستخدام التشخيصي.

مخاوف كيمياء الاستخلاب

يمكن أن تكون أيونات الغادولينيوم الحرة سامة للأنظمة الحيوية، لكن الأشكال المستخلَبة المستخدمة في التطبيقات الطبية ترتبط بالمعدن بأمان. ومع ذلك، قد يعاني المرضى المصابون بأمراض الكلى من احتباس الغادولينيوم، وينبغي لهم تجنب بعض عوامل التباين.

معدات الوقاية الشخصية

  • نظارات السلامة ومعاطف المختبر
  • قفازات مقاومة للمواد الكيميائية (يوصى بقفازات النتريل)
  • تهوية خزانة الأبخرة عند التعامل مع المساحيق
  • أقنعة الغبار عند العمل بالمركبات الجافة

إجراءات المناولة الآمنة

تعامل مع مركبات الغادولينيوم في أماكن جيدة التهوية لمنع التعرض عن طريق الاستنشاق. تجنب توليد الغبار أو الهباء الجوي، واستخدم الاحتواء المناسب لمناولة المساحيق. وحافظ على ممارسات النظافة المختبرية الجيدة.

السلامة في التطبيقات الطبية

تتطلب عوامل التباين المستخدمة في MRI فحصاً دقيقاً لوظائف الكلى وردود الفعل التحسسية لدى المرضى. ويجب على مقدمي الرعاية الصحية اتباع البروتوكولات المعتمدة للجرعات والإعطاء والمراقبة بعد الإجراء.

متطلبات التخزين

خزّن مركبات الغادولينيوم في حاويات محكمة الإغلاق في أماكن باردة وجافة بعيداً عن المواد غير المتوافقة. وحافظ على وضع الملصقات المناسبة وضبط المخزون، ولا سيما للمواد المخصصة للاستخدام الطبي.

إجراءات الطوارئ

ملامسة الجلد: اغسل جيداً بالماء والصابون. التعرض للعين: اغسل بالماء لمدة 15 دقيقة واطلب العناية الطبية. الابتلاع: لا تحفز القيء؛ اطلب الرعاية الطبية فوراً.

التخلص من النفايات

تخلص من نفايات الغادولينيوم وفقاً للوائح المحلية للمواد الخطرة. ويجب على المرافق الطبية اتباع بروتوكولات محددة للتخلص من نفايات عوامل التباين لمنع التلوث البيئي.

💉 السلامة الطبية: تتمتع عوامل التباين الغادولينيومية بسجلات سلامة ممتازة عند استخدامها على النحو المناسب، إذ تحدث التفاعلات الضارة الخطيرة لدى أقل من 0.1% من المرضى.

إجابات سريعة

غادولينيوم: أسئلة شائعة

What is غادولينيوم?

غادولينيوم (symbol Gd) is element 64 on the periodic table, a لانثانيد in period 6. The rare earth with the greatest neutron capture cross-section of any stable nuclide. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of غادولينيوم?

غادولينيوم's ground-state electron configuration is [Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s², giving 6 occupied shells holding 2, 8, 18, 25, 9, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of غادولينيوم?

غادولينيوم melts at 1585 K (1311.9 °C) and boils at 3546 K (3272.9 °C).

What is the atomic mass of غادولينيوم?

The standard atomic weight of غادولينيوم is 157.25 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is غادولينيوم?

غادولينيوم has a density of 7.9 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of غادولينيوم is about 7.9× heavier.

What is the electronegativity of غادولينيوم?

غادولينيوم has a Pauling electronegativity of 1.2. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.

Who discovered غادولينيوم, and when?

غادولينيوم was discovered in 1880 by Jean Charles Galissard de Marignac. It is named after johan Gadolin, Finnish chemist.

How common is غادولينيوم on Earth?

غادولينيوم makes up about 6.2 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.

→ السابق Eu Europium Element 63 · Lanthanide التالي ← Tb Terbium Element 65 · Lanthanide