گادولينيوم

الگادولينيوم, ₀₀Gd

الگادولينيوم
المظهر	أبض فضي
الوزن الذري العياري Ar°(Gd)
الگادولينيوم في الجدول الدوري
– ↑ Gd ↓ Cm اوروپيوم ← الگادولينيوم → تريبيوم
الرقم الذري (Z)	64
المجموعة	n/a
الدورة	period 6
المستوى الفرعي	f-block
التوزيع الإلكتروني	[Xe] 4f7 5d1 6s2
الإلكترونات بالغلاف	2، 8، 18، 25، 9، 2
الخصائص الطبيعية
الطور at د.ح.ض.ق	solid
نقطة الانصهار	1585 K ​(1312 °س، ​2394 °F)
نقطة الغليان	3273 K ​(3000 °س، ​5432 °ف)
الكثافة (بالقرب من د.ح.غ.)	7.90 ج/سم³
حين يكون سائلاً (عند ن.إ.)	7.4 ج/سم³
حرارة الانصهار	10.05 kJ/mol
حرارة التبخر	301.3 kJ/mol
السعة الحرارية المولية	37.03 J/(mol·K)
ضغط البخار (محسوبة) P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 1836 2028 2267 2573 2976 3535
الخصائص الذرية
الكهرسلبية	مقياس پاولنگ: 1.20
طاقات التأين	الأول: 593.4 kJ/mol الثاني: 1170 kJ/mol الثالث: 1990 kJ/mol
نصف القطر الذري	empirical: 180 pm
نصف قطر التكافؤ	196±6 pm
الخطوط الطيفية
خصائص أخرى
البنية البلورية	​hexagonal close-packed (hcp)
سرعة الصوت قضيب رفيع	2680 م/ث (عند 20 °س)
قضيب رفيع	10.6 W/(m·K)
التمدد الحراري	α poly: 9.4 µm/(m⋅K) (عند  100 °س)
المقاومة الكهربائية	α, poly: 1.310 µΩ⋅m
الترتيب المغناطيسي	تحول مغناطيسي حديدي-مساير مغناطيسياً عند 293.4 ك
القابلية المغناطيسية	+755.000.0·10−6 cm3/mol (300.6 K)
معامل يونگ	α يشكل: 54.8 GPa
معامل القص	α يشكل: 21.8 GPa
معاير الحجم	α يشكل: 37.9 GPa
نسبة پواسون	α يشكل: 0.259
صلادة ڤيكرز	510–950 MPa
رقم كاس	7440-54-2
التاريخ
التسمية	على اسم أملاح الگادولينيت (التي سُميت بدورها على اسم يوهان گادولين)
الاكتشاف	جين دي مارجيناك (1880)
أول عزل	لوكوك دو بواسبودران (1886)
نظائر الالگادولينيوم

الگادولينيوم إنگليزية: Gadolinium، هو عنصر كيميائي رمزه Gd ورقمه الذري 64. الگادولينيوم هو فلز أبيض-فضي عند إزالة الأكسدة. يتفاعل الگادولينيوم مع أكسجين الهواء الجوي أو الرطوبة ببطيء ليكون غلافاً أسود اللون. الگادولينيوم تحت نقطة كوري التي تبلغ 20 درجة مئوية، وهو فلز مغناطيسي حديدي، بمجال مغناطيسي أعلى من النيكل. في درجات الحرارة الأعلى يكون العنصر الأكثر مسايرة مغناطيسياً. يوجد في الطبيعة في شكله المؤكسد فقط. عند فصله، عادةً ما يحتوي على شوائب أرضية نادرة أخرى بسبب خصائصها الكيميائية المماثلة.

اكتشفه العالم السويسري جان دي مارجيناك عام 1880، الذي تحقق من أكسيده باستخدام التحليل الطيفي. سُمي على اسم معدن الگادولينيت، أحد المعادن التي يتواجد الگادولينيوم فيها، والتي سُميت بدورها على اسم الكيميائي يوهان گادولين. عُزل الگادولينيوم النقي لأول مرة بواسطة الكيميائي پول إميل لوكوك دى بواسبودران حوالي عام 1886.

يتمتع الگادولينيوم بخصائص معدنية فريدة، لدرجة أن أقل من 1% من الگادولينيوم يمكن أن يحسن بشكل كبير قابلية ومقاومة الأكسدة في درجات الحرارة المرتفعة للحديد والكروم والمعادن ذات الصلة. كمعدن أو كفلز، يمتص الگادولينيوم النيوترونات، وبالتالي يستخدم أحياناً للوقاية أثناء التصوير الإشعاعي النيوتروني وفي المفاعلات النووية.

مثل معظم العناصر الأرضية النادرة، يكون الگادولينيوم أيونات ثلاثية التكافؤ مع الخصائص الفلورية، وتستخدم معادن الگادولينيوم (3) كفسفورات في مختلف التطبيقات.

أنواع أيونات الگادولينيوم (3) التي تتكون في الأملاح القابلة للذوبان في الماء تكون سامة للثدييات. ومع ذلك، فإن مركبات الگادولينيوم المستخلب (III) أقل سمية بكثير لأنها تحمل الگادولينيوم (3) عبر الكلى وخارج الجسم قبل أن يتم إطلاق الأيونات الحرة في الأنسجة. نظراً لخصائصه المغناطيسية المسايرة، تُستخدم محاليل مجمعات الگادولينيوم العضوية المستخلبة للحقن في الوريد أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي الطبي.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 الخصائص

عينة من فلز الگادولينيوم.

 الخصائص الفيزيائية

الگادولينيوم هو عنصر أرضي نادر، قابل للتشكيل، ذو لون أبيض فضي. في درجة حرارة الغرفة، يكون بلورات α-سداسية الشكل، لكن عند تسخينها على درجة حرارة أعلى من 1235°س، تتحول البلورات إلى الشكل-β، ذات الهيكل المكعب.

يحتوي نظير الگادولينيوم-157 على أعلى مقطع عرضي لالتقاط النيوترونات الحرارية بين أي نويدة مستقرة: حوالي 259.000 بارن. لا يتخطاه سوى زينون-135 الذي يتمتع بأعلى مقطع عرضي للالتقاط، حوالي 2.0 مليون بارن، لكنه نظير مشع.

يعتقد أن الگادولينيوم يتمتع بخاصية المغناطيسية الحديدية عند درجات حرارة أقل من 20°س وأنه يصبح مساير مغناطيسياً بقوة في درجات أعلى من ذلك. يوجد دليل على أن الگادولينيوم مقاوم حلزوني للمغناطيسية الحديدية، أكثر من كونه قابلاً لها، تحت درجة حرارة 20°س. يظهر الگادولينيوم أثراً مغناطيسياً حرارياً حيث تزداد درجة حرارته عندما يدخل المجال المغناطيسي وتنخفض عندما يغادره. تنخفض درجة الحرارة إلى 5°س لسبائك الگادولينيوم Gd₈₅Er₁₅، يصبح هذا الأثر أقوى بشكل ملحوظ بالنسبة لسبيكة Gd₅(Si₂Ge₂)، لكن عند درجات حرارة أقل بكثير (<−188.2 °س). لوحظ الأثر المغناطيسي الحراري الواضح عند درجات الحرارة الأعلى، أكثر من حوالي 300 كلڤن، في مركبات Gd₅(Si_xGe_1−x)₄.

يمكن عزل ذرات الگادولينيوم المفردة بتغليفها في جزيئات الفولرين، حيث يمكن رؤيتها بواسطة المجهر الإلكتروني النافذ. يمكن لذرات الگادولينيوم المفردة وتجمعات الگادولينيوم الصغيرة أن تندمج في الأنابيب النانوية الكربونية.

 الخصائص الكيميائية

See also: تصنيف:مركبات الگادولينيوم.

يجتمع الگادولينيوم مع جميع العناصر الكيميائية ليشكل مشتقات Gd(III). كما يجتمع مع النيتروجين، الكربون، الكبريت، الفسفور، البورون، السلنيوم، السيليكون، والزرنيخ في درجات الحرارة المرتفعة، ليشكل مركبات ثنائية.

على عكس العناصر الأرضية النادرة الأخرى، يكون الگادولينيوم الفلزي مستقر نسبياً في الهواء الجاف. إلا أنه سرعان ما يفقد بريقه في الهواء الرطب، ويشكل تشوه بسرعة في الهواء الرطب ، وتشكيل فضفاضة الالتزام أكسيد الگادولينيوم الثلاثي (Gd₂O₃) loosely-adhering:

4 Gd + 3 O₂ → 2 Gd₂O₃،

الذي spalls off، معرضاً مساحة أكبر من السطح للأكسدة.

الگادولينيوم هو عامل اختزال قوي، الذي يختزل أكاسيد الفلزات المختلفة إلى عناصرها. يعتبر الگادولينيوم عنصر موجب إلكترونياً ويتفاعل ببطء مع الماء البارد وبسرعة كبيرة مع الماء الساخن لتكوين هيدروكسيد الگادولينيوم:

2 Gd + 6 H₂O → 2 Gd(OH)₃ + 3 H₂.

يتعرض فلز الگادولينيوم للهجوم بسرعة بواسطة حمض الكبريتيك المخفف لتكوين محاليل تحتوي على أيونات Gd (III) عديمة اللون، والتي توجد على شكل مركبات [Gd(H₂O)₉]³⁺:

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

يتفاعل فلز الگادولينيوم مع الهالوجينات (X₂) عند درجات حرارة تقارب 200°س:

2 Gd + 3 X₂ → 2 GdX₃.

 المركبات الكيميائية

في الغالبية العظمى من مركباته، يأخذ الگادولينيوم حالة الأكسدة +3. الهاليدات الثلاثة الأربعة المعروفة، جميعها بيضاء، باستثناء اليوديد، فهو أصفر. أكثر هذه الهاليدات شيوعاً هو كلوريد ثلاثي الگادولينيوم (GdCl₃). ينحل الأكسيد إلى أحماض لتعطي معادن، مثل نترات ثلاثي الگادولينيوم.

الگادولينيوم الثلاثي، مثل معظم الأيونات اللاناثانيدية، يشكل معقدات بأعداد تساندية مرتفعة. يتضح هذا التوجه باستخدام عامل التمخلب DOTA، ربيطة أوكتاسنية. تستخدم معادن [Gd(DOTA)]⁻ في التصوير بالرنين المغناطيسي. تم تطوير مجموعة متنوعة من معقدات المتخلب، بما في ذلك الگادولياميد.

مركبات الگادولينيوم المختزلة معروفة، وخاصة في حالتها الصلبة. تُحضر هاليدات الگادولينيوم (2) بتسخين هاليدات الگادولينيوم (3) في وجود الگادولينيوم الفلزي في حاويات التنتالوم. كما يشكل الگادولينيوم السيسكلوريد Gd₂Cl₃، الذي يمكن اختزاله إلى GdCl عن طريق التلدين عند درجة حرارة 800°س. يشكل كلوريد الگادولينيوم (1) هذا صفائح ذات هيكل شبيه بطبقات الگرافيت.

 النظائر

المقالة الرئيسية: نظائر الگادولينيوم

يتكون الگادولينيوم الموجود في الطبيعة من ستة نظائر مستقرة، ¹⁵⁴Gd، ¹⁵⁵Gd، ¹⁵⁶Gd، ¹⁵⁷Gd، ¹⁵⁸Gd م¹⁶⁰Gd، ونظير مشع واحد، ¹⁵²Gd، حيث يعتبر النظير ¹⁵⁸Gd الأكثر وفرة (24.8% توافر طبيعي). اضمحلال بيتا المتوقع للنظير ¹⁶⁰Gd لم يُرصد أبداً (تم قياس الحد الأدنى التجريبي على عمر نصف النظير أكثر من 1.3×10²¹ سنة).

تم رصد 29 نظير مشع الگادولينيوم، حيث كان النظير ¹⁵²Gd (المتواجد طبيعياً) أكثرها استقراراً، ويبلغ عمر النصف لهذا النظير حوالي 1.08×10¹⁴ سنة، والنظير ¹⁵⁰Gd، بعمر نصف يبلغ 1.79×10⁶ سنة. جميع النظائر المشعة الأخرى لديها عمر نصف أقل من 75 سنة. معظم هذه النظائر بعمر نصف أقل من 25 ثانية. لدى نظائر الگادولينيوم أرع مصاوغات غير مستقرة، حيث أكثرها استقراراً ^143mGd (t_1/2= 110 ثانية)، ^145mGd (t_1/2= 85 ثانية) و^141mGd (t_1/2= 24.5 ثانية).

النظائر ذات كتلة ذرية أقل من أكثر النظائر المستقرة توافراً، ¹⁵⁸Gd، الذي يضمحل بصفة رئيسية بواسطة اصطياد الإلكترون إلى نظائر الاوروپيوم. في حالة الكتل الذرية الأعلى، يكون نمط الاضمحلال الرئيسي هو اضمحلال بيتا، والنواتج الرئيسية هي نظائر التريبيوم.

 التاريخ

سُمي الگادولينيوم على اسم معدن الگادولينيت، التي سُميت بدورها على اسم الكيميائي والجيولوجي الفنلندي يوهان گادولين. يجعله هذا أول عنصر باسم مشتق من جذور عبرية (gadol، "العظيم"). عام 1880، رصد الكيميائي السويسري جان دي مارجيناك الخطوط الطيفية للگادولينيوم في عينة من الگادولينيت (التي كانت تحتوي فعلياً على كمية قليلة نسبياً من الگادولينيوم، لكنها كانت كافية لتظهر طيفاً) وفي عينة منفصلة لمعدن السريت. تبين أن المعادن الأخيرة تحتوي على كمية أكبر من العنصر بخط طيفي جديد. وفي النهاية قام دي مارجيناك بفصل أكسيد معدني من السريت، حيث أدرك أنه كان أكسيد لهذا العنصر الجديد. أسمى الأكسيد "گادولينيا". بسبب إدراكه أن "الگادولينيا" كان أكسيد لعنصر جديد، فإن الفضل في اكتشاف الگادولينيوم يُنسب لدي مارجيناك. عام 1886 قام الكيميائي الفرنسي پول إيميل لوكوك دو بواسبودران بفصل فلز الگادولينيوم من الگادولينيا.

 التواجد

الگادولينيت.

يدخل الگادولينيوم في تكوين الكثير من المعادن مثل المونازيت والباستناسيت، وهي عبارة عن أكاسيد. المعدن شديد التفاعل بحيث لا يمكن أن يتواجد في الطبيعة. ومن المفارقات، كما لوحظ أعلاه، أن معدن الگادولينيت يحتوي في الواقع على آثار لهذا العنصر فقط. تبلغ وفرة الگادولينيوم في القشرة الأرضية 6.2 مگ/كگ. مناطق التعدين الرئيسية هي الصين، الولايات المتحدة، البرازيل، سريلانكا، الهند، وأستراليا باحتياطات متوقعة تتجاوز مليون طن. يبلغ الإنتاج العالمي من الگادولينيوم حوالي 400 طن سنوياً. المعدن الوحيد الذي يحتوي على الگادولينيوم بصفة أساسية، lepersonnite-(Gd)، وهو نادر جداً.

 التحضير

يُحضر گادولينيوم من المونازيت أو البستاناسيت.

1. تستخلص المعادن المسحوقة بحمض الهيدروكلوريك أو حمض الكبريتيك، الذي يحول الأكاسيد الغير قابلة للذوبان إلى كلوريد أو كبريتيات قابلة للذوبان.
2. يتم تحييد الترشيح الحمضي جزئياً بالصودا الكاوية إلى درجة الحموضة 3-4. يترسب الثوريوم على شكل هيدروكسيد الثوريوم، ثم يتم إزالته.

• يعالج المحلول المتبقي باستخدام أوكسالات الأمونيوم لتحويل العناصر الأرضية النادرة إلى أوكسالاتها الغير قابلة للذوبان. تتحول الأوكسالات إلى أكاسيد عن طريق التسخين.

1. تتحلل الأكاسيد في حمض النتريك الذي يستثني أحد المكونات الرئيسية، السيريوم، الذي يكون أكسيده غير قابل للذوبان في HNO₃.
2. يعالج المحلول بنترات المغنسيوم لإنتاج خليط متبلور من أملاح مزدوجة من الگادولينيوم، السماريوم والاوروپيوم.
3. تفصل الأملاح باستشراب التبادل الأيوني.
4. بعدها تُنضف الأيونات الأرضية النادرة بعامل تعقيد مناسب.

يُحصل على فلز الگادولينيوم من أكسيد أو أملاح الگادولينيوم بتسخينها بالكالسيوم عند درجة حرارة 1450°س في وسط مشبع بالأرگون. كما يمكن تحضير الگادولينيوم Sponge باختزال مصهور GdCl₃ باستخدام معدن مناسب في درجات حرارة أقل من 1312°س (درجة انصهار الگادولينيوم) تحت ضغط منخفض.

 القيمة

وفي 1994، كان سعر الگادولينيوم حوالي 0.12 دولار أمريكي للگرام، ومنذ ذلك الحين والسعر قد ارتفع نحو 0.01 دولار للگرام.:

1994.....$55 للرطل (أو $0.121 للجرام)

1995.....$55 للرطل (or $0.121 للجرام)

1996.....$115 للكيلوجرام (أو $0.115 للجرام)

1997.....$115 للكيلوجرام (أو $0.115 للجرام)

1998.....$115 للكيلوجرام (أو $0.115 للجرام)

1999.....$115 للكيلوجرام (أو $0.115 للجرام)

2000.....$130 للكيلوجرام (أو $0.13 للجرام)

2001.....$130 للكيلوجرام (أو $0.13 للجرام)

2002.....$130 للكيلوجرام (أو $0.13 للجرام)

2003.....$130 للكيلوجرام (أو $0.13 للجرام)

2004.....$130 للكيلوجرام (أو $0.13 للجرام)

2005.....$130 للكيلوجرام (أو $0.13 للجرام)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 التطبيقات

لا يستخدم الگادولينيوم في تطبيقات واسعة النطاق، لكنه يتمتع بمجموعة من الاستخدامات المتخصصة.

لأن لنظيره ¹⁵⁷Gd مقطع عرضي عالي النيوترون، يستخدم لاستهداف الأورام في العلاج النيوتروني. يعتبر هذا العنصر فعالاً عند استخدامه مع التصوير الإشعاعي النيتروني وفي تغطية المفاعلات النووية. يستخدم كتدبير طواريء ثانوي في بعض المفاعلات النووية، وخاصة مفاعلات CANDU. كما يستخدم الگادولينيوم في أنظم الدفع البحري النووي السموم القابلة للاحتراق|كسُم قابل للاحتراق.

يتمتع الگادولينيوم بخصائص فلزية فريدة، حيث يمكن لكمية قليلة من الگادولينيوم (1%) تحسين كفاءة ومقاومة الحديد، الكروم، والسبائك المتعلقة، لدرجات الحرارة المرتفعة والأكسدة.

يكون الگادولينيوم مساير مغناطيسياً في درجة حرارة الغرفة، حيث تبلغ نقطة كوري المغناطيسية الحديدية 20°س. الأيونات المسايرة مغناطيسياً، مثل الگادولينيوم، تعزيز معدلات الاسترخاء النووي، مما يجعل الگادولينيوم مفيداً للتصوير بالرنين المغناطيسي. تستخدم محاليل معقدات الگادولينيوم العضوية ومركبات الگادولينيوم كوسط تباين في التصوير بالرنين المغناطيسي لتحسين الصور في التصوير الطبي بالرنين المغناطيسي وتصوير الأوعية بالرنين المغناطيسي. يعتبر الماگنڤيست Magnevist من أشهر الأمثلة على ذلك. الأنابيب النانوية المدعومة بالگادولينيوم، تسمى "gadonanotubes"، تكون أكثر فاعلية 40 مرة عن وسيط تباين گادولينيوم العادي. بمجرد حقنها، تتراكم وسائط التباين المعتمدة على الگادولينيوم داخل الأنسجة الغير طبيعية في المخ والجسم، مما يوفر تبايناً أكبر في الصورة بين الأنسجة الطبيعية وغير الطبيعية، مما يسهل تحديد موقع نمو الخلايا والأورام غير الطبيعية.

كما يستخدم الگادولينيوم كفسفور في عمليات تصوير أخرى. في أنظمة الأشعة السينية حيث يكون الگادولينيوم ضمن طبقة الفسفور، معلقاً في مصفوفة پوليمر في الكاشف. يتحول أوكسي‌سلفيد الگادولينيوم المشوب-بالتريبيوم (Gd₂O₂S:Tb) في طبقة الفسفور الأشعة السينية في المصدر إلى ضوء. ينبعث من هذه المادة ضوء أخضر عند 540 ن.م. نظراً لوجود Tb³⁺، الذي يعمل على تحسين جودة الصورة بشكل كبير. يصل تحويل الطاقة إلى Gd إلى 20%، مما يعني أنه يمكن تحويل 1/5 من طاقة الأشعة السينية التي تضرب طبقة الفوسفور إلى فوتونات مرئية. Gadolinium oxyorthosilicate (Gd₂SiO₅، GSO؛ الذي عادة ما يشوب بنسبة 0.1–1.0% من السيريوم)، هي بلورة مفردة تستخدم كوامض في التصوير الطبي مثل التصوير المقطعي بابتعاث البوزيترونات أو للكشف عن النيوترونات.

كما تستخدم مركبات الگادولينيوم لتصنيع الفسفورات الخضراء لتلوين أنابيب التلفزيون.

يُنتج الگادولينيوم-153 في المفاعلات النووية من الاوروپيوم العنصري أو أهداف الگادولينيوم المخصب. يصل عمره النصفي إلى 240±10 يوم وينبعث عنه إشعاع گاما بذروة قوية تصل إلى 41 keV و102 keV. يستخدم في الكثير من تطبيقات ضمان الجودة، مثل مصادر الخطوط وأطياف المعايرة، لضمان عمل أنظمة تصوير الطب النووي بشكل صحيح وإنتاج صور مفيدة لتوزيع النظائر المشعة داخل المريض. كما يستخدم مصدر لأشعة گما في قياسات امتصاص الأشعة السينية أو في قياس كثافة العظام لفحص هشاشة العظام، وكذلك في نظام تصوير الأشعة السينية المحمول Lixiscope.

يستخدم الگادولينيوم لتحضير گادولينيوم إتريوم گارنت (Gd:Y₃Al₅O₁₂)؛ الذي يستخدم في تطبيقات الميكروويڤ وفي تصنيع المكونات الضوئية المختلفة وكركيزة للأفلام الضوئية الممغنطة.

گادولينيوم گاليوم گارنت (GGG، Gd₃Ga₅O₁₂) كان يستخدم لتقليد الماس وفي ذاكرة الحاسوب الفقاعية.

كما يستخدم الگادولينيوم ككهرل في خلايا وقود الأكسيد الصلب. استخدام الگادولينيوم كعامل إشابة للمواد مثل أكسيد السيريوم (في شكل سريا مشوبة بالگادولينيوم) يخلق كهرل عالي التوصيل الأيوني وبدرجات حرارة تشغيل منخفضة، الذي يعتبر مثالياً لتخفيض تكاليف إنتاج خلايا الوقود.

تجري الأبحاث حول التبريد المغناطيسي بالقرب من درجة حرارة الغرفة، مما قد يوفر كفاءة كبيرة ومزايا بيئية مقارنة بطرق التبريد التقليدية. المواد المعتمدة على الگادولينيوم، مثل Gd₅(Si_xGe_1−x)₄، هي حالياً أكثر المواد الواعدة، نظراً لارتفاع درجة حرارة كوري وتأثيرها المغناطيسي الكبير. يظهر الگادولينيوم النقي نفسه خاصية تبريد مغناطيسي كبيرة بالقرب من درجة حرارة كوري الخاصة به، التي تبلغ 20°س، وقد أثار هذا اهتماماً كبيراً فيما يخص إنتاج سبائك الگادولينيوم ذات التأثير الأكبر ودرجة حرارة كوري المنضبطة. في Gd₅(Si_xGe_1−x)₄، يمكن تغيير تركيبات Si وGe لضبط درجة حرارة كوري. لا تزال هذه التكنولوجيا في مرحلة مبكرة جداً من التطوير، ولا تزال هناك حاجة لإجراء تحسينات مادية كبيرة قبل أن تصبح قابلة للتطبيق التجاري.

نظرياً، أثبت الفيزيائيان مارك ڤاگينز وجون بيكم، من سوپور كاميوكاند اليابانية، أن الگادولينيوم قد يسهل كشف نيوترينو عند إضافته إلى ماء عالي النقاء في الخزان.

خضع أكسيد النحاس-الباريوم-الگادولينيوم (GdBCO) للأبحاث للوقوف على خصائص الموصلية الفائقة مع التطبيقات في المحركات أو المولدات فائقة التوصيل - على سبيل المثال في توربينات الرياح. يمكن تصنيعه بنفس طريقة المواد فائقة التوصيل التي يتم بحثها على نطاق واسع في درجات الحرارة العالية، أكسيد الباريوم إيتريوم (YBCO) ويستخدم تركيبة كيميائية مماثلة (GdBa₂Cu₃O_7−δ ). ومن أشهر استخداماته، في 2014 من قبل Bulk Superconductivity Group في جامعة كمبردج لتسجيل رقم قياسي عالمي جديد لأعلى مجال مغناطيسي محاصر في كتلة الموصلية الفائقة مرتفعة الحرارة، بمجال يبلغ 17.6T محاصر داخل كتلتي GdBCO.

 الدور الحيوي

لا يوجد للگادولينيوم دور حيوي أصلي معروف، ولكن تستخدم مركباته كأدوات بحثية في الطب الحيوي. مركبات Gd³⁺ هي مكونات وسائط التباين في التصوير بالرنين المغناطيسي (الملونات المستخدمة في التصوير بالرنين المغناطيسي). تستخدم في مختلف تجارب الفسيولوجية الإلكترونية للقنوات الأيونية لحصر القنوات الفاقدة للصوديوم وتمدد قنوات الأيون المنشط. يستخدم الگادولينيوم مؤخراً لقياس المسافة بين نقطتين في الپروتين عن طريق الرنين المغناطيسي الإلكتروني، something that gadolinium is especially amenable to thanks to EPR sensitivity at w-band (95 GHz) frequencies.

 السلامة

المقالة الرئيسية: وسط تباين التصوير بالرنين المغناطيسي and التليف الجهازي الكلوي

گادولينيوم

المخاطر
ن.م.ع. مخطط تصويري
ن.م.ع. كلمة الاشارة	خطر
ن.م.ع. عبارات المخاطر	H261
ن.م.ع. العبارات الاحتياطية	P231+P232, P422
NFPA 704 (معيـَّن النار)	0 0 1 W

كأيون حر، يكون الگادولينيوم شديد السمية، لكن وسائط التباين في التصوير بالرنين المغناطيسي تكون مركبات متمخلبة وتعتبر آمنة بما يكفي لاستخدامها مع معظم الأشخاص. ترجع سمية أيونات الگادولينيوم الحرة على الحيوانات إلى تداخلها مع عدد من العمليات المعتمدة على قناة الكالسيوم. تبلغ الجرعة القاتلة بنسبة 50% حوالي 100-200 مگ/كگ. لم يتم الإبلاغ عن التسمم بعد التعرض لجرعة منخفضة من أيونات الگادولينيوم. ومع ذلك، تظهر دراسات السمية على القوارض أن استخلاب الگادولينيوم (الذي يحسن أيضاً قابليته للذوبان) يقلل من سميته فيما يتعلق بالأيون الحر بعامل 100 على الأقل (أي أن الجرعة المميتة لمتخلب الگادولينيوم تزداد بمقدار 100 مرة). ومن ثم يعتقد أن السمية السريرية للگادولينيوم تعتمد على عوامل التباين (GBCAs) وتعتمد سميته على البشر على قوة عامل التمخلب؛ إلا أن هذه الأبحاث لم تكتمل بعد. تم اعتماد عشرات من وسائط الگادولينيوم المتمخلبة كوسائط تباين في التصوير بالرنين المغناطيسي حول العالم.

تبين أن هذه الوسائط آمنة أكثر من وسائط التباين المعالجة باليود المستخدمة في التصوير بالأشعة السينية أو التصوير الطبقي المحوسب. صدمات الحساسية نادرة، وتحدث بنسبة تقارب 0.03-0.1%.

على الرغم من أن وسائط گادولينيوم مفيدة للمرضى الذين يعانون من الاختلال الكلوي، لدى المرضى المصابين بالفشل الكلوي الحاد الذي يستلزم الغسيل الكلوي، إلا أن هناك خطر الإصابة بمرض نادر لكنه خطير يسمى التليف الجهازي الكلوي nephrogenic systemic fibrosis (NSF) أو اعتلال الجلد التليفي الكلوي، المرتبط باستخدام وسائط تباين التصوير بالرنين المغناطيسي تحتوي على الگادولينيوم. تتشابه أعراض المرض مع الوذمة المخاطية الصلبة scleromyxedema أو بعض أنواع تصلب الجلد scleroderma. قد يحدث المرض بعد شهور من الحقن بوسيط التباين. تأكد ارتباط المرض بالگادولينيوم وليس بالجزيء الناقل من خلال حدوثع مع وسائط التباين المختلفة التي يتم فيها نقل الگادولينيوم بواسطة جزيئات حاملة مختلفة. لهذا، لا يوصى باستخدام هذه الوسائط لأي شخص في مرحلة متأخرة من الفشل الكلوي حيث سيتطلب ذلك إجراء غسيل كلوي طاريء للمريض. قد تحدث أعراض مشابهة ولكن غير متطابقة لـNSF للأشخاص الذين يعانون من وظائف الكلى الطبيعية أو شبه الطبيعية في غضون ساعات إلى شهرين بعد إعطاء وسائط التباين التي تحتوي على الگادولينيوم؛ اقترح لهذه الحالة اسم "مرض ترسب الگادولينيوم" (GDD)، والذي يحدث في حالة عدم وجود مرض مسبقاً أو مرض تطور لاحقاً لحالة معروفة بديلة. أفادت دراسة عقدت عام 2016 بالعديد من الحالات المصابة بمرض ترسب الگادولينيوم. إلا أن ضمن هذه الدراسة، تم جمع المشاركين من مجموعات الدعم عبر الإنترنت للموضوعات التي تم تحديدها ذاتياً على أنها سمية الگادولينيوم، ولم يتم جمع أي تاريخ طبي أو بيانات ذات صلة. لا تزال هناك دراسات علمية نهائية تثبت وجود الحالة. بالإضافة إلى ذلك، تم إثبات ترسب الگادولينيوم في الأنسجة العصبية فقط لدى المرضى الذين يعانون من أمراض التهابية أو معدية أو خبيثة، ولم تعقد أي دراسات تطوعية صحية لتقييم إمكانات ترسب الگادولينيوم داخل المخ أو الجلد أو العظام.

كما ورد في المبادئ التوجيهية الحالية الصادرة عن الرابطة الكندية لأطباء الأشعة لا ينبغي حقن مرضى الغسيل الكلوي بوسائط الگادولينيوم إلا عند الضرورة، وأنهم يجب أن يقوموا بجلسة غسيل كلوي بعد الفحص. إذا استلزم إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي المعزز بالتباين لمريض الغسيل الكلوي، فمن المستحسن تجنب بعض وسائط التباين عالية الخطورة ولكن لا يتم أخذ جرعة أقل في الاعتبار. أما الكلية الأمريكية لعلم الأشعة فتوصي بإجراء فحوصحات التصوير بالرنين المغناطيسي المعزز بوسائط التباين في أقرب وقت ممكن من جلسة الغسيل الكلوي كإجراء وقائي، على الرغم من أن هذا لم يثبت أنه يقلل من احتمال تطور NSF. توصي إدارة الغذاء والدواء بالنظر في إمكانية الاحتفاظ النظر في إمكانية retention الگادولينيوم عند اختيار نوع وسيط التباين في التصوير بالرنين المغناطيسي المستخدم للمرضى الذين يحتاجون إلى جرعات متعددة مدى الحياة والحوامل والأطفال والمرضى الذين يعانون من التهابات.

الآثار البيئية طويلة الأجل للتلوث بالگادولينيوم بسبب الاستخدام البشري هو موضوع بحثي جاري.

 مرئيات

ڤيديو توضيحي لكيفية عمل جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي وتغلغل الگادولينيوم داخل الأنسجة الغير طبيعية في المخ والجسم، مما يسهل تحديد موقع نمو الخلايا والأورام الغير الطبيعية.

 المصادر

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 وصلات خارجية

ابحث عن gadolinium في
قاموس المعرفة.

• Nephrogenic Systemic Fibrosis – Complication of Gadolinium MR Contrast (series of images at MedPix website)
• It's Elemental – Gadolinium
• Refrigerator uses gadolinium metal that heats up when exposed to magnetic field
• FDA advisory on gadolinium-based contrast
• Abdominal MR imaging: important considerations for evaluation of gadolinium enhancement Rafael O.P. de Campos, Vasco Herédia, Ersan Altun, Richard C. Semelka, Department of Radiology University of North Carolina Hospitals Chapel Hill
• Inside Japan’s Super Kamiokande 360 degree tour including details on adding Gadolinium to the pure water to aid in studying neutrinos