Nguyên tố Gadolini: Định nghĩa, phản ứng và ứng dụng

Nguyên tố Gadolini, một thành viên ít được biết đến nhưng không kém phần quan trọng trong bảng tuần hoàn hóa học, mang trong mình nhiều điều thú vị và bí ẩn cần được khám phá. Trong bài viết này, yeuhoahoc.edu.vn sẽ cùng bạn đọc tìm hiểu về định nghĩa, lịch sử hình thành, và vị trí đặc biệt của nguyên tố Gadolini trong bảng tuần hoàn.

Giới thiệu về nguyên tố Gadolini 

Định nghĩa 

Nguyên tố Gadolini, với tên tiếng Anh là “Gadolinium” (Gd), là một nguyên tố hóa học với số hiệu nguyên tử là 64. Thuộc nhóm lantanit trong bảng tuần hoàn, Gadolinium nổi bật với các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt, bao gồm khả năng hấp thụ nơtron và đặc tính từ tính xuất sắc.

Lịch sử hình thành nguyên tố Gadolini

1880: Jean Charles Galissard de Marignac phát hiện ra gadolinit, một khoáng chất chứa nguyên tố mới.

1886: Paul Émile Lecoq de Boisbaudran phân tích gadolinit và xác định nguyên tố mới, gadolini.

1935: Wilhelm Klemm và Hans Bommer lần đầu tiên điều chế gadolini kim loại.

Một số mốc thời gian quan trọng trong lịch sử phát hiện:

• 1880: Jean Charles Galissard de Marignac phát hiện ra gadolinit.
• 1886: Paul Émile Lecoq de Boisbaudran xác định nguyên tố gadolini.
• 1935: Wilhelm Klemm và Hans Bommer điều chế gadolini kim loại.
• 1966: Gadolini được sử dụng lần đầu tiên trong y học để tạo ra các chất tương phản MRI.
• 1970: Gadolini được sử dụng trong các hợp kim để cải thiện độ bền và khả năng chống ăn mòn.

Nguyên tố Gadolini trong bảng tuần hoàn hóa học

• Thuộc nhóm: 3
• Chu kỳ: 6
• Khối lượng nguyên tử: 157,25 u

Trong bảng tuần hoàn, Gadolinium thuộc nhóm lantanit, một phần của nhóm nguyên tố đất hiếm. Tính chất từ tính nổi bật của Gadolinium, cùng với khả năng hấp thụ nơtron cao, làm cho nó trở thành nguyên tố quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghệ cao và y tế, bao gồm cả việc sản xuất dây chuyền phản ứng hạt nhân và chất cản quang trong MRI.

 

Nhóm	Chu kỳ	Nguyên tử khối (u)	Khối lượng riêng g/cm3	Nhiệt độ nóng chảy (K9)	Nhiệt độ bay hơi K	Nhiệt dung riêng J/g.K	Độ âm điện	Tỷ lệ trong vỏ Trái Đất mg/kg
	6	157,25(3)	7,895	1585	3546	0,236	1,2	6,2

Tính chất của nguyên tố Gadolini

Tính chất vật lý

• Gadolini là kim loại đất hiếm, mềm, dẻo, có màu trắng bạc.
• Nó có cấu trúc tinh thể lục phương tâm hẹp ở nhiệt độ phòng.
• Gadolini có nhiệt độ nóng chảy cao (1312 °C) và nhiệt độ sôi cao (3233 °C).
• Mật độ của Gadolini là 7,9 g/cm³.
• Gadolini có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.
• Gadolini là kim loại thuận từ mạnh, nghĩa là nó bị hút vào từ trường.

Tính chất hóa học

• Gadolini có hóa trị +3 trong hầu hết các hợp chất.
• Nó phản ứng với nước để tạo thành hydroxit gadolini (Gd(OH)3).
• Gadolini phản ứng với axit để tạo thành muối gadolini.
• Gadolini tác dụng với oxy để tạo thành gadolini oxit (Gd2O3).
• Gadolini có tính khử mạnh.

Ứng dụng của nguyên tố Gadolini

Hợp kim

• Gadolini được sử dụng để chế tạo hợp kim với các kim loại khác, ví dụ như hợp kim Nd-Fe-B dùng làm nam châm vĩnh cửu.
• Hợp kim Gadolini-Coban có khả năng lưu trữ năng lượng từ cao, được sử dụng cho các động cơ điện và máy phát điện gió.

Thủy tinh

• Gadolini oxit (Gd2O3) được sử dụng để tạo màu tím cho thủy tinh.
• Gadolini cũng được sử dụng để cải thiện độ bền và khả năng chịu nhiệt của thủy tinh.

Y tế

• Gadolini được sử dụng làm thuốc tương phản trong chụp cộng hưởng từ (MRI).
• Gadolini cũng được sử dụng để điều trị một số bệnh, ví dụ như bệnh Gaucher.

Laser

• Gadolini được sử dụng để chế tạo laser Gd:YAG, được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm cắt, hàn và phẫu thuật.

Điện tử

• Gadolini được sử dụng để chế tạo các linh kiện điện tử, ví dụ như tụ điện và bộ nhớ máy tính.

Năng lượng hạt nhân

• Gadolini được sử dụng để điều khiển lò phản ứng hạt nhân.

Điều chế và sản xuất nguyên tố Gadolini

Điều chế

Điều chế trong phòng thí nghiệm:

• Gadolini có thể được điều chế bằng cách khử gadolini oxit (Gd2O3) với kim loại canxi hoặc kali:

Gd2O3 + 3Ca → 2Gd + 3CaO

Gd2O3 + 6K → 2Gd + 3K2O

Điều chế trong công nghiệp:

• Gadolini được sản xuất bằng phương pháp khử ion trao đổi. Quá trình này bao gồm:

1. Quặng monazit được nghiền và axit hóa để chiết xuất gadolini.
2. Dung dịch gadolini được làm sạch bằng phương pháp trao đổi ion.
3. Gadolini oxit (Gd2O3) được kết tủa từ dung dịch gadolini.
4. Gadolini oxit được khử với kim loại canxi hoặc kali để tạo ra gadolini kim loại.

Sản xuất

Gadolini được sản xuất từ quặng monazit. Quặng monazit là một loại khoáng vật chứa các kim loại đất hiếm, bao gồm gadolini. Quặng monazit được khai thác từ các mỏ ở Trung Quốc, Ấn Độ, Úc và Hoa Kỳ.

Phương trình điều chế:

• Khử gadolini oxit bằng canxi:

Gd2O3 + 3Ca → 2Gd + 3CaO

• Khử gadolini oxit bằng kali:

Gd2O3 + 6K → 2Gd + 3K2O

Phản ứng của nguyên tố Gadolini

Phản ứng với axit

Gadolini phản ứng với axit để tạo thành muối gadolini và khí hydro (H2).

Ví dụ:

• Gadolini tác dụng với axit clohydric (HCl):

2Gd + 6HCl → 2GdCl3 + 3H2

• Gadolini tác dụng với axit sulfuric (H2SO4):

Gd + 2H2SO4 → GdSO4 + 2H2

Phản ứng với dung dịch muối

Gadolini có thể phản ứng với dung dịch muối của một số kim loại khác để tạo thành kết tủa.

Ví dụ:

• Gadolini tác dụng với dung dịch natri sunfat (Na2SO4):

GdCl3 + Na2SO4 → GdSO4↓ + 2NaCl

• Gadolini tác dụng với dung dịch kali cromat (K2CrO4):

GdCl3 + K2CrO4 → GdCrO4↓ + 2KCl

Phản ứng với oxy

Gadolini tác dụng với oxy để tạo thành gadolini oxit (Gd2O3).

Phương trình phản ứng:

4Gd + 3O2 → 2Gd2O3

Phản ứng với nước

Gadolini phản ứng với nước để tạo thành gadolini hydroxit (Gd(OH)3) và khí hydro (H2).

Phương trình phản ứng:

2Gd + 3H2O → 2Gd(OH)3 + H2

Vấn đề an toàn khi sử dụng nguyên tố Gadolini

Độc tính

Gadolini là kim loại độc hại. Tiếp xúc với Gadolini có thể gây kích ứng da, mắt và hệ hô hấp. Nuốt hoặc hít phải Gadolini có thể gây ra các triệu chứng như buồn nôn, nôn mửa, tiêu chảy và đau bụng.

Nguy cơ cháy nổ

Gadolini là kim loại dễ cháy. Bột Gadolini có thể bắt lửa và phát nổ nếu tiếp xúc với tia lửa hoặc ngọn lửa.

Nguy cơ môi trường

Gadolini có thể gây ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý đúng cách. Gadolini có thể tích tụ trong đất và nước, gây hại cho các sinh vật sống.

Để đảm bảo an toàn khi sử dụng Gadolini, cần thực hiện các biện pháp phòng ngừa sau:

• Sử dụng thiết bị bảo hộ cá nhân: Mang găng tay, kính bảo hộ và khẩu trang khi tiếp xúc với Gadolini.
• Làm việc trong khu vực thông gió tốt: Tránh hít phải bụi Gadolini.
• Bảo quản Gadolini đúng cách: Bảo quản Gadolini trong hộp kín, tránh xa nguồn nhiệt và tia lửa.
• Xử lý Gadolini theo đúng quy định: Không thải Gadolini ra môi trường.

Ngoài ra, cần lưu ý:

• Phụ nữ mang thai và cho con bú nên tránh tiếp xúc với Gadolini.
• Trẻ em nên được bảo vệ khỏi Gadolini.
• Nếu bạn gặp bất kỳ triệu chứng nào sau khi tiếp xúc với Gadolini, hãy đến gặp bác sĩ ngay lập tức.

Trên đây là toàn bộ những kiến thức cơ bản về nguyên tố Gadolini mà chúng tôi đã tổng hợp. Hãy cùng đọc và khám phá thêm về chủ đề này!

Chúng tôi hy vọng rằng bài viết đã cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan và sâu sắc về nguyên tố Gadolini. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc muốn tìm hiểu thêm, đừng ngần ngại để lại comment dưới đây nhé!