作者：宋丹
釓，元素周期表第64號元素。
元素周期表里的鑭系元素是一個大家庭，彼此間的化學(xué)性質(zhì)極為相似，很難分離。1789年，芬蘭化學(xué)家約翰·加多林得到了一種金屬氧化物，通過分析發(fā)現(xiàn)了第一種稀土氧化物——氧化釔，開啟了稀土元素的發(fā)現(xiàn)史。1880年，瑞典科學(xué)家德馬里亞克發(fā)現(xiàn)了兩種新元素，其中一種后來證實是釤元素，另一種經(jīng)法國化學(xué)家德布瓦博德蘭提純后，正式確定為一種新元素，這就是釓元素。
釓元素源自硅鈹釓礦石，價格低廉，質(zhì)地柔軟，延展性良好，在室溫下有磁性，是一種比較活潑的稀土元素，在干燥的空氣中比較穩(wěn)定，潮濕中會失去光澤，形成松散易脫落的片狀白色氧化物，在空氣中燃燒能生成白色氧化物。釓與水緩慢反應(yīng)，能溶于酸形成無色的鹽，其化學(xué)性質(zhì)與其他鑭系元素非常相似，但光學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)略有不同。室溫下釓是順磁性，冷卻后呈現(xiàn)鐵磁性，其特性可以用來改善永磁體。
利用釓元素的順磁性，制作出的釓劑成為了一種很好的核磁共振造影劑。核磁共振成像技術(shù)自研發(fā)起，已經(jīng)有6項諾貝爾獎與之有關(guān)。核磁共振主要由原子核自旋運動引起，不同的原子核自旋運動情況不同，依據(jù)在不同結(jié)構(gòu)環(huán)境中不同的衰減所發(fā)射出的電磁波，即可得知構(gòu)成這一物體的原子核的位置和種類，繪制成物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖像。在磁場的作用下，核磁共振成像技術(shù)信號來自某些原子核的自旋，比如水中氫原子核。但是這些能自旋的原子核，在磁共振的射頻場中會被加熱，有點像微波爐，通常這種發(fā)熱會削弱核磁共振成像技術(shù)信號。而釓離子不僅擁有非常強大的自旋磁矩，有助于原子核的自旋，提高病變組織被識別概率，而且還能神奇地保持冷卻。不過，釓元素有一定毒性，醫(yī)學(xué)上用螯合配體把釓離子包裹起來，以防止其進入人體組織。
釓元素在室溫下有很強的磁熱效應(yīng)，其溫度會隨磁場強度的變化而變化，這讓人們想到了一項有趣的應(yīng)用——磁制冷。在制冷過程中，由于磁偶極子的取向，磁性材料在一定的外部磁場下會變熱。當(dāng)磁場移除并絕熱時，材料溫度降低。這種磁冷卻可以減少氟利昂等冰箱制冷劑的使用，降溫迅速，目前世界上正努力開發(fā)釓元素及其合金在這方面的應(yīng)用，生產(chǎn)出一種小型高效的磁制冷器。在使用釓元素的情況下能實現(xiàn)超低溫，所以釓也被稱為“世界上最冷的金屬”。
釓元素的同位素Gd-155和Gd-157，在所有天然同位素中對熱中子吸收截面最大，能用少量的釓元素控制核反應(yīng)堆的正常運作，于是誕生了釓制輕水堆和釓控制棒，在降低成本的同時提高了核反應(yīng)堆的安全性。
釓元素同樣具有很出色的光學(xué)作用，能制作光隔離器，類似于電路中的二極管，也被稱為發(fā)光二極管。這種發(fā)光二極管不僅能允許光單向通過，而且能阻隔光纖中的回波反射，確保光信號傳輸?shù)募儍粜圆⑻岣吖獠ǖ膫鬏斝?。釓鎵榴石就是制作光隔離器的最佳基片材料之一。（作者系湖北省武漢市第二十中學(xué)化學(xué)教師、武漢市科學(xué)家科普團成員）
聯(lián)系客服
