釓(化學元素)

釓（Gadolinium）是一種金屬元素，原子序數64，原子量157.25，呈銀白色，有延展性，熔點1313°C，沸點3266°C，密度7.9004克/厘米。元素名來源於研究鑭系元素有卓越貢獻的芬蘭科學家加多林。1880年瑞士的馬里尼亞克分離出釓，1886年法國化學家布瓦博德朗制出純淨的釓，並命名。釓在地殼中的含量為0.000636%，主要存在於獨居石和氟碳鈰礦中。釓在醫療、工業、核能等領域廣泛套用。

基本介紹

• 中文名：釓
• 英文名：Gadolinium
• 別稱：釓棒 釓錠
• 分子量：157.25
• CAS登錄號：7440-54-2
• EINECS登錄號：231-162-2
• 熔點：1311.0 ℃
• 沸點：3233.0 ℃
• 密度： 7901kg/m3 
• 外觀：銀白色稀土金屬
• 領域：稀土材料
• 元素符號：Gd

發現簡史

釓於1880年由馬里納克Charles Galissard de Marignac在日內瓦發現。他早就懷疑Carl Mosander報告的didymium（鐠釹混合物）並不是一種新的元素而是混合物。他的推測被在巴黎的Marc Delafontaine和Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran確認了，報告稱它的光譜線會從不同的來源而變化。確實，在1879年他們已經從一些didymium中分離了釤，其是從發現於烏拉爾山脈的鈮釔礦中提取的。在1880年，Marignac從didymium中提取了另一種新的稀土，Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran也在1886年實現了，後者稱它為gadolinium（釓）。

自莫桑德爾先後發現鑭、鉺和鋱以後，各國化學家特別注意從已發現的稀土元素去分離新的元素。在發現釤後的第2年，1880年瑞士科學家馬里納克發現了兩個新元素並分別命名為gamma alpha和gamma beta。後來證實gamma beta和釤是同一元素。1886年布瓦博德朗製得純淨的gamma alpha，並確定它是一種新元素。命名為gadolinium，元素符號Gd。這是為了紀念芬蘭礦物學家加多林（J．Gadonlin）。 釓、釤、鐠、釹都是從當時被認為是一種稀土元素的didymium中分離出來的。由於它們的發現，didymium不再被保留。而正是它們的發現打開了發現稀土元素的第三道大門，是發現稀土元素的第三階段。但這僅是完成了第三階段的一半工作。確切的講應該是打開了鈰的大門或完成了鈰的分離，另一半就將是打開釔的大門或是完成釔的分離。

礦藏分布

當下世界上已知的稀土礦物及含有稀土元素的礦物有250多種，稀土元素含量較高的礦物有60多種，有工業價值的不到10種。中國稀土資源極其豐富，其特點可概括為：儲量大、品種全、有價值的元素含量高、分布廣。中國稀土的工業儲量（按氧化物計）是國外稀土工業儲量的2.2倍。國外稀土資源集中在美國、印度、巴西、澳大利亞和蘇聯等國，工業儲量（按氧化物計）為701.11萬噸。

物理性質

釓為銀白色金屬，有延展性，熔點1313°C，沸點3266°C，密度7.9004克/厘米³。釓在室溫下有磁性。釓在乾燥空氣中比較穩定，在濕空氣中失去光澤；釓有最高的熱中子俘獲面，可用作反應堆控制材料和防護材料；用釓鹽經磁化製冷可獲得接近絕對零度的超低溫。1880年，瑞士的馬里格納克將“釤”分離成兩個元素，其中一個由索里特證實是釤元素，另一個元素得到波依斯包德萊的研究確認，1886年，馬里格納克為了紀念釔元素的發現者，研究稀土的先驅荷蘭化學家加多林（Gado Linium），將這個新元素命名為釓。釓在現代技術革新中將起重要作用。

金屬釓

CAS號：7440-54-2

元素名稱：釓

元素在太陽中的含量:(ppm)：0.002

元素在海水中的含量:(ppm)：太平洋表面 0.0000006

地殼中含量：（ppm）：7.7

元素原子量：157.25

氧化態：

Main Gd+2, Gd+3

Other晶體結構：晶胞為六方晶胞。

金屬釓

晶胞參數：

a = 363.6 pm

b = 363.6 pm

c = 578.26 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 120° 維氏硬度：570MPa

聲音在其中的傳播速率：（m/S） 2680電離能 (kJ /mol)

釓鐵合金

M - M+ 592.5

M+ - M2+ 1167

M2+ - M3+ 1990

M3+ - M4+ 4250

相對原子質量：157.25

常見化合價： +3

電負性： 1.2

外圍電子層排布：4f7 5d1 6s2

核外電子排布： 2,8,18,25,9,2

核電荷數：64

晶體類型：密排六方

同位素及放射線： Gd-148[75y] Gd-150[1800000y] Gd-152(放 α[1.1E11y]) Gd-154 Gd-155 Gd-156 Gd-157 *Gd-158 Gd-159[18.6h] Gd-160 Gd-162[8.4m]

元素周期表的位置：64

電子層分布情況: 2-8-18-25-9-2

電子層：K-L-M-N-O-P

電子親合和能： 0 KJ·mol-1

第一電離能： 594 KJ·mol-1

第二電離能： 1170 KJ·mol-1

第三電離能： 0 KJ·mol-1

單質密度： 7.895 g/cm3

單質熔點： 1311.0 ℃

單質沸點： 3233.0 ℃

原子半徑： 2.54 埃

離子半徑： 0.938(+3) 埃

共價半徑： 1.61 埃

體積彈性模量：Gpa：37.9

原子化焓：kJ /mol @25℃：352

熱容：J /（mol· K）：37.03

導電性：10^6/(cm ·Ω )：0.00736

導熱係數：W/（m·K）：10.6

熔化熱:(千焦/摩爾)：10.050

汽化熱:(千焦/摩爾) ：359.40

元素在宇宙中的含量:(ppm)：0.002

原子體積:(立方厘米/摩爾) ：19.9

化學性質

能與水緩慢反應；溶於酸形成相應的鹽。

元素用途：常用作原子反應堆中吸收中子的材料。也用於微波技術、彩色電視機的螢光粉。

在潮濕的空氣中變晦暗。溶於酸，不溶於水。氧化物為白色粉狀。鹽類無色。有良好的超導電性能、高磁矩及室溫居里點等特殊性能。釓有以下同位素：152Gd、154Gd~158Gd、160Gd。

套用

套用領域

釓的重要性質是7個軌道上每個軌道有一個電子，是稀土元素中最大數的不成對電子。依存這個不成對電子的磁力矩最大，可以期待這個特性能夠被有效利用。

醫療領域：

在醫療套用方面，釓-二乙烯二胺五醋酸(DTPA)的絡合物，正好可以像X射線造影劑鋇那樣，作為MRI（磁共振成像診斷）的畫面濃淡的調節劑來使用。也就是利用釓周圍的水受到釓原子核磁場力矩的影響，顯示出和沒有受到影響的水性質不同這一點，使用對照畫面，有利於病情的診斷。

工業領域：已經為人所熟知的被稱為磁冷凍的工業技術，就是將受到磁場作用變為磁鐵時發熱，撤掉磁場磁性消失時吸熱的性質用於冷卻的利用。可以製造小型高效的製冷器。

在磁泡記憶裝置中，使用釓-鉀-石榴石作為媒體物質。磁泡記憶就是在物質的垂直方向上加上磁場，使其變成了圓筒狀的磁場，把磁場加強，不久就產生這個磁場消失的現象。利用磁泡記憶裝置可以存儲信息，一般被用於信息收藏。

釓的其他用途是與鋱和鏑一樣用於光纖、光碟。光磁記錄是用光來代替磁讀取磁化處和未被磁化處，具有高密度，可改寫記錄的特徵。

核能領域：在原子能工業中，利用銪和釓的同位素的中子吸收截面大的特性，作輕水堆和快中子增殖堆的控制棒和中子吸收劑。

利用釓是所有元素中對熱中子強烈反應的特點，除用於原子反應堆的控制外，還可以將不可見中子用釓吸收並使之發光，作為在X線膠捲上感光的螢光化劑使用。

具體用途

它的主要用途有：

（1）其水溶性順磁絡合物在醫療上可提高人體的核磁共振（NMR）成像信號。

（2）其硫氧化物可用作特殊亮度的示波管和x射線螢光屏的基質柵網。

（3）在釓鎵石榴石中的釓對於磁泡記憶存儲器是理想的單基片。

（4）在無Camot循環限制時，可用作固態磁致冷介質。

（5）用作控制核電站的連鎖反應級別的抑制劑，以保證核反應的安全。

（6）用作釤鈷磁體的添加劑，以保證性能不隨溫度而變化。

另外，氧化釓與鑭一起使用，有助於玻璃化區域的變化和提高玻璃的熱穩定性。氧化釓還可用於製造電容器、x射線增感屏。 在世界上目前正在努力開發釓及其合金在磁致冷方面的套用，現已取得突破性進展，室溫下採用超導磁體、金屬釓或其合金為致冷介質的磁冰櫃已經問世。

製備方法

釓，源自矽鈹釓礦石。可由氟化釓GdF3·2H2O用鈣還原而製得。