ગેડોલિનિયમ (gadolinium) : આવર્તક કોષ્ટકના 3જા (અગાઉના IIIA) સમૂહનું રાસાયણિક તત્વ. સંજ્ઞા Gd. તે લેન્થેનાઇડ (lenthanide) અથવા લેન્થેનોઇડ (lanthanoid) કે લેન્થેનોન (lanthenon) તત્વો તરીકે ઓળખાતી વિરલ મૃદા (rare earth) ધાતુઓ પૈકીનું એક તત્વ છે. 1880માં જીન સી. જી. દ મેરિગ્નાકે અશુદ્ધ સ્થિતિમાં આ ધાતુને મેળવીને તેને Y નામ આપેલું. લેન્થેનાઇડ તત્વો અંગે અગાઉ સંશોધન કરનાર સ્વીડિશ વૈજ્ઞાનિક જોહાન ગૅડોલિન(1760–1852)ના માનમાં તત્વને 1886માં ગેડોલિનિયમ નામ આપવામાં આવ્યું છે.
પ્રાપ્તિ (occurrance) : મૉનેઝાઇટ અને બાસ્ટનેસાઇટ (bastenasite) એ ગેડોલિનિયમના મુખ્ય અયસ્કો છે. આ ઉપરાંત ગૅડોલિનાઇટ અને ઝેનોટાઇમ(xenotime)માં તેમજ યુરેનિયમ અયસ્કોના અવશેષોમાં પણ તે મળી આવે છે. અયસ્કો ભારત, બ્રાઝિલ, શ્રીલંકા, ઑસ્ટ્રેલિયા, દક્ષિણ આફ્રિકા, યુ.એસ.ના દક્ષિણ ભાગો, ચીન તથા મલેશિયામાં મળી આવે છે. સજ્જીકરણ (સમપરિષ્કરણ, beneficiation) બાદ બંને અયસ્કો 50 %થી 70 % જેટલા વિરલ મૃદા ઑક્સાઇડ ધરાવે છે જે પૈકી મૉનેઝાઇટમાં 2થી 3 % જ્યારે બાસ્ટનેસાઇટમાં 0.2થી 0.5 % ગેડોલિનિયમ ઑક્સાઇડ (Gd2O3) હોય છે.
નિષ્કર્ષણ : ગેડોલિનિયમ ધાતુ મેળવવા માટેની બે મુખ્ય પદ્ધતિઓ છે :
(i) ઓછા જથ્થામાં પણ શુદ્ધ ધાતુ પ્રાપ્ત કરવા માટે નિર્જળ ગેડોલિનિયમ હેલાઇડ(સામાન્ય રીતે ક્લોરાઇડ કે ફ્લોરાઇડ)નું આધિકયમાં લીધેલા કૅલ્શિયમ વડે અપચયન કરવામાં આવે છે. મિશ્રણને ટેન્ટલમની ક્રુસિબલમાં લગભગ 1450° સે. તાપમાને આર્ગન વાયુના વાતાવરણમાં ગરમ કરવામાં આવે છે. પ્રક્રિયા બાદ પ્રક્રિયા-મિશ્રણને ઠંડું પાડી બરડ ધાતુમળ(slag)ને અલગ પાડી દેવામાં આવે છે. ધાતુમાં રહેલી કૅલ્શિયમની અશુદ્ધિ શૂન્યાવકાશમાં 1400°થી 1450° સે. તાપમાને ગરમ કરવાથી દૂર થાય છે.
(ii) મોટા પાયા પર ઉત્પાદન માટે પીગળેલા ગેડોલિનિયમ ક્લોરાઇડ (GdCl3) અને સોડિયમ ક્લોરાઇડ કે પોટૅશિયમ ક્લોરાઇડના મિશ્રણનું લોખંડના પાત્રમાં વિદ્યુતવિભાજન કરવામાં આવે છે. લોખંડનું પાત્ર ઍનોડ (ધન વીજધ્રુવ) તરીકે જ્યારે ગ્રૅફાઇટના સળિયા કૅથોડ તરીકે વર્તે છે. શરૂઆતમાં પાત્રને બહારથી ગરમી આપી મિશ્રણને પિગાળવામાં આવે છે. તાપમાન ધાતુના ગ. બિં. કરતાં ઊંચું રાખવામાં આવે છે. જેથી ધાતુ પીગળેલી અવસ્થામાં પાત્રના તળિયે રહે અને તેને રહેલાઈથી બહાર કાઢી શકાય.
અન્ય એક રીતમાં સંગલિત (fused) GdCl3 અને પીગળેલા કેડમિયમ કૅથોડનો ઉપયોગ થાય છે. આથી મળતી મિશ્રધાતુમાંથી કેડમિયમને નિસ્યંદન વડે દૂર કરવામાં આવે છે.
ઔદ્યોગિક અલગીકરણ માટે હવે આયન-વિનિમય તથા દ્રાવક-નિષ્કર્ષણ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ પણ કરવામાં આવે છે.
ગુણધર્મો : ગેડોલિનિયમ દેખાવે પોલાદ જેવી ચળકતી ધાતુ છે. કુદરતમાં તેના સાત સમસ્થાનિકો મળી આવે છે : 152Gd, 154Gd, 155Gd, 156Gd, 157Gd, 158Gd અને 160Gd. આ પૈકી 155Gd અને 157Gd બધાં તત્વો પૈકી સૌથી વધુ સારા ઉષ્મીય ન્યૂટ્રૉન અવશોષકો છે. જેમનો ન્યૂટ્રૉન અવશોષક આડછેદ અનુક્રમે 58,000 અને 2,40,000 બાર્ન છે. તત્વના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો સારણીમાં દર્શાવ્યા છે.
સારણી : ગેડોલિનિયમના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો
| ગુણધર્મ | મૂલ્ય |
| પરમાણુક્રમાંક
પરમાણુભાર ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના સાપેક્ષ ઘનતા (ગ્રા./ઘ.સેમી.) (20° સે.) ગ. બિં. (° સે.) ઉ. બિં. (° સે.) E°m3+/m(વોલ્ટ) વિદ્યુતીય અવરોધકતા (25° સે.) (m ઓહમ-સેમી.) બાષ્પનની ઉષ્મા (DHvap) (કિ.જૂલ/મોલ) ઉષ્મીય ન્યૂટ્રૉન આડછેદ (બાર્ન) |
64
157.25 [Xe]4f75d16s2 7.901 1313 3273 –2.28 134 301 46,000 |
અન્ય લેન્થેનાઇડ તત્વોની માફક ગેડોલિનિયમ પણ +3 ઉપચયન અવસ્થા (oxidation state) ધરાવે છે. Gd3+ આયનમાં સાત અયુગ્મિત (unpaired) ઇલેક્ટ્રૉન હોવાથી તે સૌથી વધુ અનુચુંબકત્વ (paramagnetism) દર્શાવે છે : આ સંરચનાને કારણે ગેડોલિનિયમ નીચા તાપમાને પ્રબળ લોહચુંબકત્વ (ferromagnetism) પ્રદર્શિત કરે છે. આ ફેરફાર માટેનું ક્યુરી બિંદુ લગભગ 16 K છે. હેલોજનોની બાષ્પમાં ગેડોલિનિયમ 200° સે.એ જ્યારે છિદ્રિષ્ટ (sponge) સ્વરૂપમાં હવામાં તે 150°થી 180° સે. તાપમાને સળગી ઊઠે છે. પાણી સાથે તેની પ્રક્રિયા ધીમી છે પણ મંદ ઍસિડોમાં તે ઝડપથી દ્રાવ્ય થાય છે. તે સલ્ફાઇડ, નાઇટ્રાઇડ, કાર્બાઇડ, હાઇડ્રાઇડ અને સિલિસાઇડ જેવાં સંયોજનો પણ બનાવે છે.
સંયોજનો : ગેડોલિનિયમનાં સંયોજનોમાં ઑક્સાઇડ, હાઇડ્રોક્સાઇડ, ઑક્ઝલેટ, નાઇટ્રેટ, ક્લોરાઇડ, ફ્લોરાઇડ, કાર્બોનેટ અને સલ્ફાઇડ મુખ્ય છે. તેનાં સંકીર્ણ સંયોજનો પણ જાણીતાં છે.
ગેડોલિનિયમના હાઇડ્રોક્સાઇડ, કાર્બોનેટ, ઑક્ઝલેટ, નાઇટ્રેટ અને સલ્ફેટ જેવા ક્ષારોના નિસ્તાપન(calcination)થી સફેદ ગેડોલિનિયમ ઑક્સાઇડ (Gd2O3) મળે છે. તે આમ તો સ્થાયી સંયોજન છે. જો કે તે હવામાંથી ભેજ અને કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ શોષવાની થોડી વૃત્તિ ધરાવે છે. પાણીમાં અદ્રાવ્ય છે. ગેડોલિનિયમના અન્ય ક્ષારો બનાવવા તે વપરાય છે.
ગેડોલિનિયમ ઑક્સાઇડ, હાઇડ્રોક્સાઇડ કે કાર્બોનેટને હાઇડ્રોક્લૉરિક ઍસિડમાં ઓગાળી, દ્રાવણનું બાષ્પીભવન કરવાથી મળતા સીરપને ઠંડો પાડવાથી ક્લોરાઇડ (GdCl3•6H2O) મળે છે, પાણીમાં તે ઘણો દ્રાવ્ય છે.
ગેડોલિનિયમના ઑક્સાઇડ, હાઇડ્રોક્સાઇડ કે કાર્બોનેટને સલ્ફ્યુરિક ઍસિડમાં ઓગાળી, દ્રાવણના બાષ્પીભવન અને સ્ફટિકીકરણ દ્વારા ગેડોલિનિયમ સલ્ફેટ [Gd2(SO4)3•8H2O] મળે છે. પાણીમાં તેની દ્રાવ્યતા તાપમાન સાથે ઘટતી જાય છે. ગેડોલિનિયમના ક્ષારના દ્રાવણમાં આલ્કલી કે એમોનિયમ સલ્ફેટ ઉમેરવાથી દ્વિક્ષાર (double salt) મળે છે.
ગેડોલિનિયમના ક્ષારો ખાસ અગત્યના એ રીતે છે કે ખૂબ નીચું તાપમાન મેળવવા તેમનો ઉપયોગ થાય છે. 1908માં કેમરલિંઘ ઓન્નેસે આવા ક્ષારોનો ઉપયોગ કરી હીલિયમ વાયુનું પ્રવાહીકરણ કર્યું હતું.
ઉપયોગો : ગેડોલિનિયમના કુદરતી સમસ્થાનિકોનાં મિશ્રણનો ઉષ્મીય ન્યૂટ્રૉન આડછેદ 46,000 બાર્ન જેટલો હોઈ તેનો આ ગુણધર્મ તેને નાભિકીય ભઠ્ઠીઓના કવચન (shielding) માટે ઉપયોગી બનાવે છે. આ ઉપરાંત ગેડોલિનિયમ (કોબાલ્ટ, કોપર, આયર્ન અને સીરિયમ સાથે) ફેરોમેગ્નેટિક મિશ્રધાતુઓમાં મર્યાદિત ઉપયોગ ધરાવે છે. સૂક્ષ્મતરંગ (microwave) ફિલ્ટર્સ માટેના માણેક(garnets)માં તથા સંદીપક (phosphor) સક્રિયક (activator), ઉદ્દીપક તથા ટાઇટેનિયમના ઉત્પાદનમાં ઑક્સિજન માર્જક (scavenger) તરીકે પણ તે વપરાય છે. ગેડોલિનિયમના ક્ષારો ખાસ અગત્યના એ રીતે છે કે ચુંબકીય (magnetic) શીતન દ્વારા 1 K કરતાં નીચાં તાપમાનો મેળવવા સૌપ્રથમ તેમનો ઉપયોગ થયો હતો. ગેડોલિનિયમ સેલેનાઇડ(selenide)નો ઉપયોગ ઉષ્માવિદ્યુત (thermoelectric) પ્રયુક્તિઓમાં પણ શરૂ થયો છે.
જ. પો. ત્રિવેદી