(эВ)
10,0 кДж/моль
398 кДж/моль
гексагональная
(300 K) (10,5) Вт/(м·К)
История
Нахождение в природе
Кларк гадолиния в земной коре (по Тейлору) - 8 г/т , содержание в воде океанов - 2,4×10 −6 мг/л .
Месторождения
Получение
Гадолиний получают восстановлением фторида или хлорида гадолиния (GdF 3 , GdCl 3) кальцием. Соединения гадолиния получают разделением оксидов редкоземельных металлов на фракции.
Цены
Цены на металлический гадолиний чистотой 99,9 % в конце 2014 года составили 132,5 долл. США за 1 кг .
Изотопы
Физические свойства
Химические свойства
Применение
О гадолинии как о материале современной технологии рассказывать можно довольно долго, ибо этот элемент постоянно открывает все новые и новые области своего применения, и в немалой степени это обусловлено не только особыми ядерно-физическими свойствами, но и технологичностью. Основными областями применения гадолиния являются электроника и ядерная энергетика .
Магнитные носители информации
Ряд сплавов гадолиния и особенно сплав с кобальтом и железом позволяет создавать носители информации с колоссальной плотностью записи. Это обусловлено тем, что в этих сплавах образуются особые структуры - ЦМД - цилиндрические магнитные домены , причём размеры доменов менее 1 мкм , что позволяет создавать носители памяти для современной компьютерной техники с плотностью записи 1-9 миллиардов бит , что равно примерно 0,1-1 ГБ на 1 квадратный сантиметр площади носителя.
Контрастирование при МРТ
Лазерные материалы
Гадолиний применяется для выращивания методом Чохральского (вытягивание из расплава) монокристаллов гадолиний-галлиевого граната (ГГГ) и особенно гадолиний-галлий-скандиевого граната (ГГСГ), и др. Особые свойства ГСГГ позволяют на его основе изготавливать лазерные системы с предельно высоким КПД и сверхвысокими параметрами лазерного излучения. В принципе, ГСГГ на сегодняшний день является первым в достаточной степени изученным и имеющим отработанную технологию производства лазерным материалом - обладающим высоким КПД преобразования и пригодным для создания лазерных систем для инерциального термоядерного синтеза.
Ванадат гадолиния с ионами неодима и тулия применяется для производства твердотельных лазеров, применяемых для лучевой обработки металлов и камня, а также и в медицине.
Ядерная энергетика
В атомной технике гадолиний нашел применение для защиты от тепловых нейтронов, так как этот элемент обладает наивысшей способностью к захвату нейтронов из всех стабильных элементов. Его сечение равно 49 000 барн . Из всех изотопов гадолиния наивысшей способностью к захвату нейтронов обладает его изотоп гадолиний-157 (сечение захвата - 254 000 барн ).
В этой связи гадолиний очень интересен для управления ядерным реактором и для конструирования защиты от нейтронов. На основе окиси гадолиния изготавливаются эмали, керамика и краски, используемые в атомной технике. Для регулирования атомного реактора применяется также борат гадолиния. Растворимые соединения гадолиния могут быть использованы для стабилизации растворов, получаемых при переработке ТВЭЛов растворением в кислотах для последующего разделения. Стабилизирующее действие солей гадолиния проявляется в способности «глушить» ядерные реакции в таких растворах, и позволяет осуществлять ряд технологических операций, связанных с концентрированием таких растворов, а значит, с уменьшением критического объёма и образованием критических масс.
Оксид гадолиния используется для варки стекла, поглощающего тепловые нейтроны . Самый распространенный состав такого стекла: оксид бора - 33 %, оксид кадмия - 35 %, оксид гадолиния - 32 %.
Получение сверхнизких температур
В небольшом объёме гадолиний применяется для получения сверхнизких температур в научных исследованиях, так, например, сульфат гадолиния при размагничивании вблизи к Абсолютному нулю температур позволяет снизить температуру до 0,0001 К . Наряду с сульфатом гадолиния для получения сверхнизких температур используют также и хлорид гадолиния.
Сверхпроводники
В качестве одного из базовых компонентов входит в состав сверхпроводящей керамики с общей формулой RE-123, где RE обозначает редкоземельные металлы . Полная формула высокотемпературной сверхпроводящей керамики на основе гадолиния - GdBa 2 Cu 3 O 7-δ , сокращенно - GdBCO. Температура сверхпроводящего перехода - около 94 К. Является одним из наиболее передовых ВТСП-материалов.
Производство катодов электронных пушек
Хранение радиоактивных отходов
Сплав гадолиния и никеля применяется для изготовления контейнеров для захоронения радиоактивных отходов.
Гигантский магнитокалорический эффект [неизвестный термин ]
Сплав гадолиния, германия, кремния и небольшого количества железа (1 %) применяется для производства магнитных холодильников (на основе гигантского магнитокалорического эффекта).
Чистый гадолиний имеет максимальное значение магнитокалорического эффекта в точке Кюри (около 290 K ) порядка 4,9 К при адиабатическом намагничивании полем 20 кЭ . Также особый интерес в последние годы привлекает к себе сплав гадолиний - тербий (монокристаллический).
Термоэлектрические материалы
Теллурид гадолиния может работать в мощном потоке нейтронов как очень хороший термоэлектрический материал (термо-э.д.с. 220 -250 мкВ/К ). Селенид гадолиния имеет отличные термоэлектрические свойства и весьма перспективный и применяемый материал в производстве радиоизотопных источников энергии.
Легирование титановых сплавов
Некоторое количество гадолиния постоянно расходуется для производства специальных титановых сплавов (повышает предел прочности и текучести при легировании уже около 5 % гадолинием).
Биологическая роль
Гадолиний является ингибитором механочувствительных ионных каналов, обратимо блокирует их в микромолярных концентрациях. Также он может блокировать и некоторые другие ионные каналы.
См. также
Напишите отзыв о статье "Гадолиний"
Примечания
Ссылки
- на YouTube - учебный фильм «Точка Кюри гадолиния»
| Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Gd | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Щёлочноземельные металлы | ||||||||||||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Гадолиний
– Я бы не исполнил своей обязанности, граф, – сказал он робким голосом, – и не оправдал бы того доверия и чести, которые вы мне сделали, выбрав меня своим секундантом, ежели бы я в эту важную минуту, очень важную минуту, не сказал вам всю правду. Я полагаю, что дело это не имеет достаточно причин, и что не стоит того, чтобы за него проливать кровь… Вы были неправы, не совсем правы, вы погорячились…– Ах да, ужасно глупо… – сказал Пьер.
– Так позвольте мне передать ваше сожаление, и я уверен, что наши противники согласятся принять ваше извинение, – сказал Несвицкий (так же как и другие участники дела и как и все в подобных делах, не веря еще, чтобы дело дошло до действительной дуэли). – Вы знаете, граф, гораздо благороднее сознать свою ошибку, чем довести дело до непоправимого. Обиды ни с одной стороны не было. Позвольте мне переговорить…
– Нет, об чем же говорить! – сказал Пьер, – всё равно… Так готово? – прибавил он. – Вы мне скажите только, как куда ходить, и стрелять куда? – сказал он, неестественно кротко улыбаясь. – Он взял в руки пистолет, стал расспрашивать о способе спуска, так как он до сих пор не держал в руках пистолета, в чем он не хотел сознаваться. – Ах да, вот так, я знаю, я забыл только, – говорил он.
– Никаких извинений, ничего решительно, – говорил Долохов Денисову, который с своей стороны тоже сделал попытку примирения, и тоже подошел к назначенному месту.
Место для поединка было выбрано шагах в 80 ти от дороги, на которой остались сани, на небольшой полянке соснового леса, покрытой истаявшим от стоявших последние дни оттепелей снегом. Противники стояли шагах в 40 ка друг от друга, у краев поляны. Секунданты, размеряя шаги, проложили, отпечатавшиеся по мокрому, глубокому снегу, следы от того места, где они стояли, до сабель Несвицкого и Денисова, означавших барьер и воткнутых в 10 ти шагах друг от друга. Оттепель и туман продолжались; за 40 шагов ничего не было видно. Минуты три всё было уже готово, и всё таки медлили начинать, все молчали.
– Ну, начинать! – сказал Долохов.
– Что же, – сказал Пьер, всё так же улыбаясь. – Становилось страшно. Очевидно было, что дело, начавшееся так легко, уже ничем не могло быть предотвращено, что оно шло само собою, уже независимо от воли людей, и должно было совершиться. Денисов первый вышел вперед до барьера и провозгласил:
– Так как п"отивники отказались от п"ими"ения, то не угодно ли начинать: взять пистолеты и по слову т"и начинать сходиться.
– Г…"аз! Два! Т"и!… – сердито прокричал Денисов и отошел в сторону. Оба пошли по протоптанным дорожкам всё ближе и ближе, в тумане узнавая друг друга. Противники имели право, сходясь до барьера, стрелять, когда кто захочет. Долохов шел медленно, не поднимая пистолета, вглядываясь своими светлыми, блестящими, голубыми глазами в лицо своего противника. Рот его, как и всегда, имел на себе подобие улыбки.
– Так когда хочу – могу стрелять! – сказал Пьер, при слове три быстрыми шагами пошел вперед, сбиваясь с протоптанной дорожки и шагая по цельному снегу. Пьер держал пистолет, вытянув вперед правую руку, видимо боясь как бы из этого пистолета не убить самого себя. Левую руку он старательно отставлял назад, потому что ему хотелось поддержать ею правую руку, а он знал, что этого нельзя было. Пройдя шагов шесть и сбившись с дорожки в снег, Пьер оглянулся под ноги, опять быстро взглянул на Долохова, и потянув пальцем, как его учили, выстрелил. Никак не ожидая такого сильного звука, Пьер вздрогнул от своего выстрела, потом улыбнулся сам своему впечатлению и остановился. Дым, особенно густой от тумана, помешал ему видеть в первое мгновение; но другого выстрела, которого он ждал, не последовало. Только слышны были торопливые шаги Долохова, и из за дыма показалась его фигура. Одной рукой он держался за левый бок, другой сжимал опущенный пистолет. Лицо его было бледно. Ростов подбежал и что то сказал ему.
– Не…е…т, – проговорил сквозь зубы Долохов, – нет, не кончено, – и сделав еще несколько падающих, ковыляющих шагов до самой сабли, упал на снег подле нее. Левая рука его была в крови, он обтер ее о сюртук и оперся ею. Лицо его было бледно, нахмуренно и дрожало.
– Пожалу… – начал Долохов, но не мог сразу выговорить… – пожалуйте, договорил он с усилием. Пьер, едва удерживая рыдания, побежал к Долохову, и хотел уже перейти пространство, отделяющее барьеры, как Долохов крикнул: – к барьеру! – и Пьер, поняв в чем дело, остановился у своей сабли. Только 10 шагов разделяло их. Долохов опустился головой к снегу, жадно укусил снег, опять поднял голову, поправился, подобрал ноги и сел, отыскивая прочный центр тяжести. Он глотал холодный снег и сосал его; губы его дрожали, но всё улыбаясь; глаза блестели усилием и злобой последних собранных сил. Он поднял пистолет и стал целиться.
– Боком, закройтесь пистолетом, – проговорил Несвицкий.
– 3ак"ойтесь! – не выдержав, крикнул даже Денисов своему противнику.
Пьер с кроткой улыбкой сожаления и раскаяния, беспомощно расставив ноги и руки, прямо своей широкой грудью стоял перед Долоховым и грустно смотрел на него. Денисов, Ростов и Несвицкий зажмурились. В одно и то же время они услыхали выстрел и злой крик Долохова.
– Мимо! – крикнул Долохов и бессильно лег на снег лицом книзу. Пьер схватился за голову и, повернувшись назад, пошел в лес, шагая целиком по снегу и вслух приговаривая непонятные слова:
– Глупо… глупо! Смерть… ложь… – твердил он морщась. Несвицкий остановил его и повез домой.
Ростов с Денисовым повезли раненого Долохова.
Долохов, молча, с закрытыми глазами, лежал в санях и ни слова не отвечал на вопросы, которые ему делали; но, въехав в Москву, он вдруг очнулся и, с трудом приподняв голову, взял за руку сидевшего подле себя Ростова. Ростова поразило совершенно изменившееся и неожиданно восторженно нежное выражение лица Долохова.
– Ну, что? как ты чувствуешь себя? – спросил Ростов.
– Скверно! но не в том дело. Друг мой, – сказал Долохов прерывающимся голосом, – где мы? Мы в Москве, я знаю. Я ничего, но я убил ее, убил… Она не перенесет этого. Она не перенесет…
– Кто? – спросил Ростов.
– Мать моя. Моя мать, мой ангел, мой обожаемый ангел, мать, – и Долохов заплакал, сжимая руку Ростова. Когда он несколько успокоился, он объяснил Ростову, что живет с матерью, что ежели мать увидит его умирающим, она не перенесет этого. Он умолял Ростова ехать к ней и приготовить ее.
Ростов поехал вперед исполнять поручение, и к великому удивлению своему узнал, что Долохов, этот буян, бретёр Долохов жил в Москве с старушкой матерью и горбатой сестрой, и был самый нежный сын и брат.
Пьер в последнее время редко виделся с женою с глазу на глаз. И в Петербурге, и в Москве дом их постоянно бывал полон гостями. В следующую ночь после дуэли, он, как и часто делал, не пошел в спальню, а остался в своем огромном, отцовском кабинете, в том самом, в котором умер граф Безухий.
Он прилег на диван и хотел заснуть, для того чтобы забыть всё, что было с ним, но он не мог этого сделать. Такая буря чувств, мыслей, воспоминаний вдруг поднялась в его душе, что он не только не мог спать, но не мог сидеть на месте и должен был вскочить с дивана и быстрыми шагами ходить по комнате. То ему представлялась она в первое время после женитьбы, с открытыми плечами и усталым, страстным взглядом, и тотчас же рядом с нею представлялось красивое, наглое и твердо насмешливое лицо Долохова, каким оно было на обеде, и то же лицо Долохова, бледное, дрожащее и страдающее, каким оно было, когда он повернулся и упал на снег.
«Что ж было? – спрашивал он сам себя. – Я убил любовника, да, убил любовника своей жены. Да, это было. Отчего? Как я дошел до этого? – Оттого, что ты женился на ней, – отвечал внутренний голос.
«Но в чем же я виноват? – спрашивал он. – В том, что ты женился не любя ее, в том, что ты обманул и себя и ее, – и ему живо представилась та минута после ужина у князя Василья, когда он сказал эти невыходившие из него слова: „Je vous aime“. [Я вас люблю.] Всё от этого! Я и тогда чувствовал, думал он, я чувствовал тогда, что это было не то, что я не имел на это права. Так и вышло». Он вспомнил медовый месяц, и покраснел при этом воспоминании. Особенно живо, оскорбительно и постыдно было для него воспоминание о том, как однажды, вскоре после своей женитьбы, он в 12 м часу дня, в шелковом халате пришел из спальни в кабинет, и в кабинете застал главного управляющего, который почтительно поклонился, поглядел на лицо Пьера, на его халат и слегка улыбнулся, как бы выражая этой улыбкой почтительное сочувствие счастию своего принципала.
«А сколько раз я гордился ею, гордился ее величавой красотой, ее светским тактом, думал он; гордился тем своим домом, в котором она принимала весь Петербург, гордился ее неприступностью и красотой. Так вот чем я гордился?! Я тогда думал, что не понимаю ее. Как часто, вдумываясь в ее характер, я говорил себе, что я виноват, что не понимаю ее, не понимаю этого всегдашнего спокойствия, удовлетворенности и отсутствия всяких пристрастий и желаний, а вся разгадка была в том страшном слове, что она развратная женщина: сказал себе это страшное слово, и всё стало ясно!
«Анатоль ездил к ней занимать у нее денег и целовал ее в голые плечи. Она не давала ему денег, но позволяла целовать себя. Отец, шутя, возбуждал ее ревность; она с спокойной улыбкой говорила, что она не так глупа, чтобы быть ревнивой: пусть делает, что хочет, говорила она про меня. Я спросил у нее однажды, не чувствует ли она признаков беременности. Она засмеялась презрительно и сказала, что она не дура, чтобы желать иметь детей, и что от меня детей у нее не будет».
Потом он вспомнил грубость, ясность ее мыслей и вульгарность выражений, свойственных ей, несмотря на ее воспитание в высшем аристократическом кругу. «Я не какая нибудь дура… поди сам попробуй… allez vous promener», [убирайся,] говорила она. Часто, глядя на ее успех в глазах старых и молодых мужчин и женщин, Пьер не мог понять, отчего он не любил ее. Да я никогда не любил ее, говорил себе Пьер; я знал, что она развратная женщина, повторял он сам себе, но не смел признаться в этом.
И теперь Долохов, вот он сидит на снегу и насильно улыбается, и умирает, может быть, притворным каким то молодечеством отвечая на мое раскаянье!»
Пьер был один из тех людей, которые, несмотря на свою внешнюю, так называемую слабость характера, не ищут поверенного для своего горя. Он переработывал один в себе свое горе.
В 1880 году швейцарский ученый Жан де Мариньяком, спектроскопически доказал присутствие в смеси оксидов редкоземельных элементов нового элемента. Как простое вещество этот элемент был получен только в 1896 году Лекоком де Буабодраном, который предложил назвать его в честь одного из первоисследователей редкоземельных элементов, финского ученого Ю. Гадолина.
Нахождение в природе, получение:
Содержание гадолиния в земной коре 8 . 10 -4 % по массе, в морской воде 6*10 -7 мг/л. Вместе с другими РЗЭ содержится в минералах гадолинит, монаците (Ce, La …)PO 4 , бастнезите (Ce, La, Pr)CO 3 F, в апатитах и других. После разложения минералов соединения гадолиния выделяют методами ионного обмена, экстракции и дробной кристаллизации. Металлический гадолиний получают восстановлением фторида или хлорида гадолиния (GdF 3 , GdCl 3) кальцием.
Физические свойства:
Серебристо-белый мягкий металл, плотность 5,25 г/см 3 , t плав. = 1312°C, t кип =3280 о С. Природные изотопы гадолиния стабильны. У гадолиния по сравнению со всеми другими лантаноидами максимальное удельное электрическое сопротивление. Другой его особенностью является ферромагнетизм, подобно железу, кобальту и никелю. Но это свойство он теряет, будучи нагрет всего до 19°C (292K - точка Кюри для этого металла, для железа она около 1000К).
Из всех стабильных элементов гадолиний обладает наивысшей способность к захвату тепловых нейтронов (сечение захвата 49000 барн для природной смеси изотопов и 254000 барн для изотопа гадолиний-157).
Химические свойства:
Гадолиний медленно окисляется на воздухе, быстро - выше 100°C. При нагревании металлический гадолиний реагирует с галогенами, азотом, водородом. Взаимодействует с минеральными кислотами, кроме HF, не взаимодействует с растворами щелочей. В соединениях проявляет преимущественно степень окисления +3. Большинство из них бесцветны, или слабоокрашены.
Важнейшие соединения:
Оксид гадолиния(III)
, Gd 2 O 3 - (белые кристаллы), не растворим в воде, обладает основными свойствами, ему отвечает основание Gd(ОН) 3 . Получают окислением металла или разложением кислород содержащих солей (оксалата, нитрата и др.) при 800-1000 °С.
Фторид гадолиния(III)
, GdF 3 - бесцветные кристаллы, нерастворим, получают обменными реакциями или взаимодействием гадолиния с газообразным HF, образует комплексы со фторидом аммония (NH 4) 3
Хлорид гадолиния(III)
, GdСl 3 - бесцветные кристаллы, растворим, образует кристаллогидрат GdСl 3 *8H 2 O.
Нитрат гадолиния (III)
, Gd(NO 3) 3 , хорошо растворим, образует жёлтые кристаллогидраты состава Gd(NO 3) 3 nH 2 O, где n = 5 и 6, которые плавятся в собственной кристаллизационной воде при 91-92°С.
Cульфат гадолиния(III)
Gd 2 (SO 4) 3 , бесцветные кристаллы, растворяется в воде. Образует кристаллогидраты состава Gd 2 (SO 4) 3 8H 2 O и Gd 2 (SO 4) 3 10H 2 O. Эти кристаллогидраты обладают большим магнитокалорическим эффектом (резко охлажаются при размагничивании), что позволяет их использовать для получения сверхнизких температур.
Применение:
Гадолиний используется в качестве поглотителя нейтронов в атомных реакторах. Растворимые соединения гадолиния используются для стабилизации растворов, получаемых при переработке ТВЭЛов АЭС растворением в кислотах, концентрированием получаемых растворов для последующей переработки.
Оксид гадолиния используют как один из компонентов железо-иттриевых ферритов. Люминофоры с оксисульфидом гадолиния позволяют получать наиболее контрастные рентгеновские снимки. Селенид гадолиния Gd 2 Se 3 обладает полупроводниковыми свойствами.
Соединения гадолиния используются для получения гадолиний-галлий-скандиевого граната (ГГСГ), и др. Особые свойства ГСГГ позволяют на его основе изготавливать лазерные системы с высоким КПД и высокими параметрами лазерного излучения.
Элемент № 64, гадолиний, открыт в 1880 г. Первооткрыватель этого элемента - швейцарский химик Жан Шарль Галиссар де Мариньяк (1817- 1894) - долгое время работал во Франции. Общие научные интересы - редкие земли и спектральный анализ - сблизили его с Лекоком де Буабодраном. Именно Лекок де Буабодран, с согласия Мариньяка, назвал гадолиниевой открытую им новую землю. А через два года после смерти Мариньяка был впервые получен в относительно чистом виде элементарный гадолиний. Между прочим, это был первый случай в истории науки, когда химический элемент назвали в память об ученом - Юхане Гадолине, одном из первых исследователей редких земель. Лишь через 64 года появится второй элемент-памятник - кюрий, а затем эйнштейний, фермий, менделевий...
На первый взгляд, по физическим и химическим свойствам гадолиний ничем не отличается от других редкоземельных металлов
. Он - светлый, незначительно окисляющийся на воздухе металл - по отношению к кислотам и другим реагентам ведет себя так же, как лантан и церий . Но с гадолиния начинается иттриевая подгруппа редкоземельных элементов, а это значит, что на электронных оболочках его атомов должны быть электроны с антипараллельными спинами.
Всего один дополнительный электрон появился в атоме гадолиния по сравнению с атомом предыдущего элемента, европия. Он, этот добавочный электрон, попал на вторую снаружи оболочку, а первые пять электронных «слоев», в том числе и развивающаяся у большинства лантаноидов оболочка N, у атомов европия и гадолиния построены одинаково. Всего один электрон и один протон в ядре, но как преображают они некоторые свойства очередного лантаноида!
Прежде всего, гадолинию свойственно наивысшее среди всех элементов сечение захвата тепловых нейтронов: 46 тыс. барн - такова эта величина для природной смеси изотопов гадолиния. А у гадолиния-157 (его доля в природной смеси - 15,68%) сечение захвата превышает 150 тыс. барн. Это «рекордсмен» среди всех стабильных изотопов.
Столь большое сечение захвата дает возможность применять гадолиний
при управлении цепной ядерной реакции и для защиты от нейтронов. Правда, активно захватывающие нейтроны изотопы гадолиния (157 Gd и 155 Gd) в реакторах довольно быстро «выгорают» - превращаются в «соседние» ядра, у которых сечение захвата на много порядков меньше. Поэтому в конструкциях регулирующих стержней с гадолинием могут конкурировать другие Редкоземельные элементы, прежде всего самарий и европий.
Тем не менее еще в начале 60-х годов управляющие стержни для некоторых атомных реакторов в США начали делать из нержавеющей стали с присадками гадолиния. Видимо, это давало какие-то технические или экономические преимущества.
Элементу № 64 свойственно не только высокое сечение захвата, но и хорошая совместимость с другими компонентами черных металлов. Поэтому в них можно, не утрачивая однородности, вводить до 30% гадолиния.
Столь же однородны сплавы гадолиния с титаном (до 20% Gd). Церий же, к примеру, растворяется в титане в 40 раз хуже. А редкоземельные металлы хорошо легируют сплавы не только на магниевой, но и на титановой основе. Улучшать свойства титана (когда это нужно - они и так достаточно хороши) приходится именно гадолинием. Пятипроцентная добавка элемента № 64 заметно повышает прочность и предел текучести сплавов на титановой основе.
Выходит, что не только рекордными сечениями захвата знаменит гадолиний!
А еще у него максимальное по сравнению со всеми другими лантаноидами удельное электрическое сопротивление - примерно вдвое больше, чем у его аналогов. И удельная теплоемкость гадолиния на 20% (при 25° С) превышает удельную теплоемкость лантана и церия. Наконец, магнитные свойства ставят элемент № 64 в один ряд с железом, кобальтом и никелем . В обычных условиях, когда лантан и другие лантаноиды парамагнитны, гадолиний - ферромагнетик, причем даже более сильный, чем никель и кобальт. Но железо и кобальт сохраняют феррсмагнитность и при температуре порядка 1000° К, никель - 631° К. Гадолиний же теряет это свойство, будучи нагрет всего до 290°К (17° С).
Необычны магнитные свойства и у некоторых соединений гадолиния. Его сульфат и хлорид (гадолиний, кстати, всегда трехвалентен), размагничиваясь, заметно охлаждаются. Это свойство использовали для получения сверхнизкой температуры. Сначала соль Gd 2 (S0 4) 3 *8H 2 0 помещают в магнитное поле и охлаждают до предельно возможной температуры. А затем дают ей размагнититься. При этом запас энергии, которой обладала соль, еще уменьшается, и в конце опыта температура кристаллов отличается от абсолютного нуля всего на одну тысячную градуса.
Сплавы гадолиния
В области сверхнизких температур открыто еще одно применение элемента № 64. Сплав гадолиния с церием и рутением в этих условиях приобретает сверхпроводимость и в то же время обнаруживает слабый ферромагнетизм. Таким образом, для магнетохимии представляют непреходящий интерес и сам гадолиний, и его соединения, и сплавы. Другой сплав гадолиния - с титаном применяют в качестве активатора в стартерах люминесцентных ламп. Этот сплав впервые получен в нашей стране.
Несколько слов о других практически важных соединениях элемента № 64. Окись гадолиния Gd 2 0 3 используют как один из компонентов железо-иттриевых ферритов. Люминофоры с оксисульфидом гадолиния позволяют получать наиболее контрастные рентгеновские снимки. Молибдат гадолиния - компонент галлий-гадолиниевых гранатов. Эти материалы представляют большой интерес для оптоэлектроники. А селенид гадолиния Gd2Se3 обладает полупроводниковыми свойствами.
Вероятно, заканчивая, следует указать цены на гадолиний. Этот своеобразный элемент достаточно дорог. В 1970 г. килограмм гадолиния чистотой 99,76% стоил 1500 рублей. Гадолиний, конечно, дорог, однако дешевле европия, тербия,
Гадолиний попадает в мозг через спинномозговую жидкость
В июле 2018 года в журнале Radiology были опубликованы результаты исследования, указывающие на аккумуляцию гадолиния в цереброспинальной жидкости (ЦСЖ) даже у пациентов с неповрежденным гематоэнцефалическим барьером и нормальной функцией почек.
Исследователи из клиники Майо в Рочестере, штат Миннесота, обнаружили гадолиний в спинномозговой жидкости взрослых пациентов и детей после введения макроциклического контрастного препарата на основе гадолиния. Ведущий исследователь Авинаш Нера (Avinash Nehra) отмечает, что данные об аккумуляции гадолиния в условиях интактного гематоэнцефалического барьера могут значимо повлиять на дальнейшую тактику в отношении этих препаратов.
Проспективное исследование проводилось с участием 82 пациентов, 68 из которых получили макроциклический гадолиниевый контраст гадобутрол («Гадавист», Bayer HealthCare), а 14 относились к контрольной группе. Всем пациентам проводили люмбальную пункцию в период с июня 2016 года по декабрь 2016 года. У большинства пациентов (94%), получавших гадобутрол для МРТ в течение предшествующего месяца, функция почек была признана нормальной, гематоэнцефалический барьер – интактным (целостность барьера определяли по уровню белка в ЦСЖ). Гадолиний был обнаружен в образцах ЦСЖ всех 68 пациентов в группе гадобутрола (0,2-1494 нг/мл), независимо от возраста и уровня белка в ЦСЖ. Концентрация гадолиния была выше у взрослых пациентов, а также у пациентов с поврежденным гематоэнцефалическим барьером. Гадолиний обнаруживался в ЦСЖ даже тех пациентов, которым контраст вводился 24 дня назад.
Исследователи сделали вывод, что внутривенное введение гадобутрола связано с немедленным и постоянным накоплением гадолиния в ЦСЖ. Пока неизвестно, приводит ли аккумуляция гадолиния в ЦСЖ к осаждению в ткани нейронов и имеет ли это клинические последствия – для уточнения этих данных необходимо провести дополнительные исследования.
Выявлена связь между первичным поражением головного мозга и накоплением гадолиния
В мае 2018 года исследователи из детской больницы Лос-Анджелеса опубликовали статью в журнале Radiology, где предположили, что основным фактором, влияющим на проникновение гадолиниевого контраста в головной мозг, может быть не его концентрация, а структурные изменения, вызванные опухолями головного мозга, и проводившаяся таким пациентам радиотерапия.
Эти результаты могут серьезно повлиять на направление будущих исследований, занимающихся проблемой накопления гадолиниевых контрастов в тканях головного мозга – например, существует вероятность, что причиной этого явления является разрушение гематоэнцефалического барьера. Исследования осаждения гадолиния начались в декабре 2013 года, когда доктор Канда и соавторы опубликовали данные, показавшие, что у пациентов, получавших гадолиниевые контрастные вещества при МРТ -сканированиях, отмечалась повышенная интенсивность сигнала в области зубчатого ядра и бледного шара – подкорковых структур головного мозга. Когда последующие исследования показали, что макроциклические контрастные вещества накапливаются в тканях головного мозга в меньшей степени, чем линейные, клиницисты массово начали переходить на этот класс агентов. Однако исследование доктора Тамрацци позволяет рассмотреть проблему с новой стороны.
Ведущий исследователь нового проекта, специалист отделения педиатрической нейрорадиологии в детской больнице Лос-Анджелеса доктор Бенита Тамрацци (Benita Tamrazi) заметила, что в некоторых случаях интенсивность сигнала не зависит напрямую от дозы введенного контрастного агента. Кроме того, она и ее коллеги отметили, что в предыдущих исследованиях не проводился сравнительный субанализ популяции детей, получавших радиотерапию, и популяции детей, не проходивших такое лечение. Доктор Тамрации и ее коллеги изучили результаты МРТ-сканирований, которые проводились с помощью линейных гадолиниевых контрастов детям с онкологическими заболеваниями в период с 2000 года по первую половину 2015 года (с июля 2015 года больница перешла на макроциклические гадолиниевые контрасты). В исследовании приняли участие 144 ребенка в возрасте до 18 лет, которым проводилось не менее четырех МРТ-сканирований головного мозга с использованием контраста «Магневист» (Bayer HealthCare).
Было выявлено, что наличие первичного патологического процесса, особенно первичных опухолей головного мозга, играет значимую роль в накоплении гадолиния. Кроме того, у пациентов, которым проводилась радиотерапия, проникновение гадолиния было значимо выше в случае, если им проводилось до 10 МРТ-исследований с гадолиниевым контрастом; при проведении 20 и более МРТ-исследований результаты были противоположными.
Доктор Тамрацци заметила, что это исследование не отвечает на многие из насущных вопросов – ученому сообществу до сих пор неизвестен механизм накопления гадолиния в тканях головного мозга и его долгосрочное влияние на организм. Однако результаты исследования показывают, что накопление гадолиния зависит не только от дозы введенного препарата или его характера, но и от других факторов, которые требуют тщательного изучения.
В инструкцию по применению контрастов внесен раздел о задержке гадолиния в организме
В апреле 2018 года была опубликована обновленная инструкция по применению линейных и макроциклических контрастных агентов на основе гадолиния с разделом о задержке гадолиния в организме. Инструкция была обновлена на основании рекомендаций Комитета по препаратам для медицинской визуализации от сентября 2017 года.
В инструкцию включена информация по нескольким состояниям, которые могут возникать при введении гадолиниевых контрастов и включают нефрогенный системный фиброз, острое почечное поражение и задержку гадолиния. При этом линейные контрастные вещества «вызывают задержку в большей степени», чем макроциклические.
В инструкции также указано, что задержка гадолиния среди линейных агентов отличается: при применении препаратов «Омнискан» и «Оптимарк» задержка выше, чем при введении препаратов «Эовист», «Магневист» и «Мультиханс». Задержка минимальна при применении макроциклических агентов и сопоставима при введении препаратов «Дотарем», «Гадавист» и «Проханс».
Кроме того, в инструкции указано, что хотя клиническое воздействие задержки гадолиния пока неизвестно, следует соблюдать осторожность при применении контрастных веществ на его основе.
| «Хотя у пациентов с нормальной функцией почек не было выявлено клинических последствий задержки гадолиниевого контраста в организме, некоторые пациенты могут относиться к группе повышенного риска, - отмечено в инструкции. - К этим группам относятся пациенты, которым требуется многократное исследование с применением контраста, беременные, дети и пациентов с воспалительными заболеваниями». |
Информация получена для следующих контрастных веществ:
Япония ввела ограничения на гадолиниевые контрасты
16 марта 2018 года стало известно, что Япония ввела новые ограничения на использование линейных контрастных веществ на основе гадолиния. Об этом сообщил в своей редакционной статье, опубликованной онлайн в журнале «Magnetic Resonance in Medical Sciences», доктор Томонори Канда (Tomonori Kanda) из Университета Кобе.
2017
Изъятие из продажи двух гадолиниевых контрастных веществ в Великобритании
15 декабря 2017 года стало известно, что к 1 февраля 2018-го два широко используемых контрастных агента на основе гадолиния, применяющиеся в МРТ -исследованиях, будут изъяты из продажи в . При этом использование других контрастных агентов будет строго ограничено отдельными показаниями. Об этих нововведениях объявило Управление по контролю лекарственных средств и изделий медицинского назначения Великобритании (MHRA).
Управление собирается отозвать регистрационные удостоверения на линейные гадолиниевые агенты гадодиамид (Omniscan, GE Healthcare) и гадопентиновая кислота для внутривенного введения (Magnevist, Bayer HealthCare Pharmaceuticals). Клинические показания для двух других гадолиниевых агентов MultiHance (Bracco) и Primovist (Bayer) будут ограничены применением в МРТ-контрастировании с отсроченной фазой.
Этот шаг по сути отражает деятельность Европейского агентства по контролю за лекарственными средствами (EMA). В начале 2017 года агентство постановило, что Omniscan и Magnevist, а также третий агент, Optimark от компании Guerbet, должны быть изъяты из продажи в Европе. EMA дало производителям год для реализации этого решения на местах, однако MHRA придерживается более агрессивной политики (например, компания Guerbet уже отозвала Optimark из Великобритании).
MHRA ожидает, что к февралю 2018 года поставщики перейдут на альтернативные контрастные МРТ-агенты. MHRA объяснило, что с 2006 года применение линейных контрастов на основе гадолиния значительно уменьшилось в связи со случаями нефрогенного системного фиброза у некоторых пациентов. Вопрос о безопасности этих препаратов снова был поднят после недавних известий о незначительной задержке гадолиния в головном мозге пациентов после МРТ. Считается, что макроциклические контрастные МРТ-агенты обладают гораздо меньшим потенциалом задержки гадолиния и должны заменить линейные контрасты.
FDA выпустило директиву по требованию к гадолиниевым контрастам
Указ от 19 декабря также требует, чтобы производители оценили безопасность контрастных веществ в дополнительных клинических исследованиях. Теперь перед МРТ пациенты будут получать листовку с новой информацией по контрастным агентам. Наконец, управление советует специалистам учитывать полученные данные при решении вопроса о назначении контрастного исследования.
В мае 2017 года управление завершило 21-месячный обзор безопасности контрастов, содержащих гадолиний, заключив, что «на сегодняшний день не выявлено вредных последствий» задержки гадолиния в головном мозге, а значит, нет необходимости вводить новые ограничения.
Однако теперь FDA требует, чтобы производители контрастных веществ провели дополнительные исследования для выявления новых потенциальных побочных эффектов этих препаратов. Европейские регулирующие органы придерживаются более строго подхода - в начале 2017 года они рекомендовали производителям в течение 12 месяцев вывести из товарооборота три контрастных препарата, содержащих гадолиний. Однако FDA решило дождаться данных дополнительных исследований, прежде чем принимать более решительные меры.
Актер Чак Норрис подал в суд на производителей гадолиния за отравление жены
В начале ноября 2017 года известный голливудский актер Чак Норрис (Chuck Norris) и его супруга Джина (Gena) начали судебный процесс против 11 компаний, ответственных за производство и дистрибуцию контрастных веществ на основе гадолиния (GBCA), используемых в , заявив, что их продукция стала причиной тяжелых проблем со здоровьем Джины. Подробнее .
Отложение гадолиния в мозге после МРТ может быть недооценено
В конце июня 2017 года онлайн-издание Radiology опубликовало результаты исследования, согласно которым негативное влияние гадолиния на здоровье человека может быть сильнее, чем предполагали ученые. В новом докладе говорится, что контрастные агенты на основе этого вещества могут быть не только причиной отклонений в головном мозге, но и развития опухолей и инфекций.
Долгое время считалось, что гематоэнцефалический барьер, который не позволяет свободно проходить большинству молекул между кровью и мозгом и не пускает в мозг токсины и микробы, предотвращает проникновение гадолиниевых контрастных веществ (GBCA) во внеклеточную тканевую жидкость и к клеткам центральной нервной системы. В новом исследовании говорится, что гадолиний откладывается в организме людей после МРТ -сканирования с контрастным усилением.
| Важно то, что долго существовала мысль о повышении уязвимости гематоэнцефалического барьера при сопутствующей внутричерепной патологии, такой как опухоли, - говорит автор доклада Роберт Макдональд (Robert McDonald), работающий нейрорадиологом в клинике Майо в Рочестере (штат Миннесота, США). - Мы подтвердили, что эти гадолиниевые агенты откладываются даже при отсутствии внутричерепной патологии, которая могла бы увеличить проницаемость гематоэнцефалического барьера. |
AuntMinnie.com отмечает, что Макдональд и его коллеги первыми продемонстрировали убедительные доказательства отложения гадолиния в нейроанатомических областях головного мозга: зубчатом ядре, таламусе, варолиевом мосте и бледном шаре. В исследовании, проведенном в марте 2015 года, было проведено вскрытие 13 умерших людей, которым был введены гадолиниевые контрастные вещества в периода с 2000 по 2014 года. Затем было проведено еще одно исследование, охватившее 15 человек, которым проводилось контрастное МРТ-сканирование.
Существует несколько теорий, объясняющих почему гадолиний собирается в этих областях мозга. Одна гипотеза связана с свойствами гадолиния, как у кальция. Некоторые участки мозга, потребляющие повышенные дозы кальция, ошибочно выдают за него гадолиний. Кроме того, зоны отложения гадолиния более склонны к кровоизлиянию и имеют менее устойчивый гематоэнцефалический барьер, рассказал Макдональд.
В отчете специалистов клиники Майо сделаны два основных вывода. Первый: гадолиний может откладываться после введения каждой дозы GBCA у взрослых людей.
По его словам, отложения гадолиния сложно исследовать, поскольку объемы этого вещества в тканях чрезвычайно малы, поэтому требуют дорогостоящего медицинского оборудования.
О линейных гадолиниевых контрастных веществах известно, что они склонны накапливаться в нервной ткани. В отношении макроциклического гадолиния доказано обратное.
Ученый Дирк Кле из университетской больницы Дюссельдорфа (Германия) обнародовал результаты исследования, в ходе которого были проанализированы 8000 МРТ-исследований, среди которых были обнаружены 24 ребенка, у которых процедура с макроциклическим препаратом гадолиния проводилась не менее 9 раз. В среднем этих детей подвергли 14 таким исследованиям. Сравнение с контрольной группой не выявило тенденции к накоплению контрастного вещества в тканях мозга даже при частом проведении МРТ.
Отложение в мозге детей
В мае 2017 года исследователи из клиники Майо в Рочестере (штат Миннесота, США) опубликовал доклад, подтверждающий отложение гадолиния в тканях мозга детей с нормальной работой почек после проведения контрастных процедур магнитно-резонансной томографии .
В исследовании сходных случаев была проанализирована мозговая ткань детей, умерших в период с 2000 по 2015 годы. При жизни им сделали по меньшей мере четыре МРТ -исследования с гадодиамидом (Omniscan, GE Healthcare). Их образцы сравнивались с образцами контрольной группы из трех пациентов детского возраста, которые никогда не проводили МРТ с использованием гадолиния.
По результатам исследования его авторы обнаружили гадолиний во всех четырех нейроанатомических областях головного мозга: зубчатом ядре, таламусе, варолиевом мосте и бледном шаре. Наибольшая концентрация вещества выявлена в зубчатом ядре и варолиевом мосте.
Ранее многочисленные исследования доказали, что гадолиний откладывается в мозге взрослых людей даже после введения контрастных агентов на основе гадолиния (GBCA) несколькими годами ранее. Обнаружение аналогичной ситуации у детей вызывает большую озабоченность, поскольку их мозг развивается, и они более восприимчивы к нейротоксическим эффектам воздействия тяжелых металлов. Поэтому нужны новые исследования, а также «более разумное использование гадолиниевых контрастных агентов у пациентов детского возраста», отмечают ученые.
По данным клиники Майо, каждый год в США проводится около 3 млн педиатрических МРТ-сканирований, в 40% процедур применяется гадолиниевые контрастные агенты. Несмотря на такую распространенность вещества, в предыдущих исследованиях, посвященные последствиям однократного или повторного введения GBCA, особое внимание уделялось взрослым.
Портал AuntMinnie.com отмечает, что акцент в подобных исследованиях может измениться. Ранее в 2017 году немецкие ученые выяснили, что использование макроциклического GBCA для сканирования МРТ не увеличивает интенсивность сигнала в зубчатом ядре мозжечка у детей. Результаты также согласуются с предыдущим исследованием взрослых пациентов.
Отделения детской радиологии отказываются от линейных контрастных агентов на гадолинии
В марте 2017 года стало известно о том, что опасения по поводу отложения гадолиния в тканях мозга побудили многие отделения детской радиологии в США отказаться от использования линейных контрастных агентов на основе это химического элемента в пользу макроциклических веществ. Результаты опроса опубликованы в журнале Pediatric Radiology.
Если в 2011 году около 81% педиатрических отделений рентгенологических центров использовали линейные гадолиниевые контрастные вещества, то в 2017 году около 80% учреждений перешли на макроциклический гадолиний.
| Одним из удивительных моментов исследования стало то, как много педиатрических больниц спустя год переключаются на макроциклические агенты или собираются сделать это, - говорит доктор Майкл Розенфельд (Michael Rozenfeld), детский нейрорадиолог в больнице Banner Cardon Children (город Меса, штат Аризона, США). - Моя мысль такова: если можно использовать наиболее стабильный агент, почему бы не делать это? Лучше быть слишком осторожным, и, конечно, вреда от использования более стабильного агента не будет. |
73% опрошенных отделений детской радиологии в США, отказавшиеся от использования линейных гадолиниевых контрастных агентов, сделали это из опасения по поводу отложения гадолиния в тканях мозга. 47% респондентов также связали этот шаг с улучшением профиля безопасности, 33% - с повышением стабильности, 20% - с опасением развития нефрогенного системного фиброза. Лишь 7% опрошенных отказались от линейных контрастов с целью экономии.
Ни одно из опрошенных медицинских учреждений не использует линейные неионные агенты. В четырех рассмотренных центрах по-прежнему применяются контрастные средства на основе гадопентетата димеглюмина, а в пяти центрах - на основе гадобената димеглюмина.
Европа увидела опасность в контрастных веществах на основе гадолиния
В марте 2017 года европейский регулятор предложил убрать с рынка несколько контрастных агентов на основе гадолиния (GBCA) из-за опасений, что это вещество остается в организме человека после магнитно-резонансной томографии (МРТ) . Речь идет о наиболее распространенных в медицинской визуализации препаратах.
Рекомендацию выпустил Комитет по оценке рисков в сфере фармаконадзора (Pharmacovigilance Risk Assessment Committee, PRAC), относящийся к Европейскому агентству по лекарственным средствам (European Medicines Agency, EMA), которое в ЕС является главным органом, регулирующим рынок фармацевтических препаратов.
В марте 2017 года в PRAC прошло собрание, посвященное безопасности гадолиния. Этот вопрос был поднят Европейской комиссией в 2016 году.
В 2016 году в журнале Investigative Radiology были опубликованы результаты исследования французской фармацевтической компанией Guerbet. Ученые провели серию экспериментов на крысах, чтобы лучше понять влияние повторных инъекций GBCA на мозг.
На протяжении 5 недель грызуны получили 20 инъекций препарата гадодиамид (gadodiamide), который относится к линейным GBCA. Другой группе животных вводили второй тип GBCA - макроциклический агент гадотерат меглумина (gadoterate meglumine). Третьей группе вводили неактивный физиологический раствор (плацебо).
Повышение интенсивности сигнала сохранялось даже после того, как ученые прекращали введение контраста грызунам. При последующих обследованиях в головном мозге этих крыс была обнаружена высокая концентрация гадолиния, особенно в области мозжечка. Таким образом, эксперименты на животных выявили серьезные риски, связанные с использованием традиционных контрастных препаратов с гадолинием.
К марту 2017 года во всем мире ежегодно проводится около 30 млн процедур с гадолиниевым контрастом. PRAC предлагает изъять из обращения четыре линейных контрастных агента на основе гадолиния:
- гадобеновая кислота (выпускается компанией Bracco под маркой MultiHance);
- гадодиамид (GE Healthcare продает под именем Omniscan);
- гадопентетическая кислота (Bayer HealthCare Pharmaceuticals выпускает под названием Magnevist);
- гадоверсетамид (компания - Guerbet, торговая марка - Optimark).
По данным PRAC, линейные контрастные агенты имеют структуру, которая с большей вероятностью высвобождает гадолиний, накапливающийся в тканях организма. Макроциклические агенты являются более стабильными и менее склонными к высвобождению гадолиния.
В докладе регулятора отмечается, что, хотя о клинических заболеваниях и даже симптомах, связанных с отложением гадолиния, не сообщалось, Комитет решил занять «предупредительную позицию» в связи с недостаточностью данных и появлением ранее информации о развитии нефрогенного системного фиброза (НСФ) после контрастного МРТ с использованием гадолиния. Ранее Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) потребовало внесения дополнительной информации в инструкции к гадолиниевым контрастным веществам для снижения риска развития НСФ.
В PRAC обещают отменить рекомендации о запрете гадолиниевых контрастных агентов, если производители предоставят новые доказательства того, что польза от использования таких веществ перешивает риски, или того, что гадолиний не откладывается в тканях в опасном количестве.
2016
Начало обсуждения вреда от гадолиния
В начале 2016 года в Европе начали активно обсуждать негативное влияние гадолиния при использовании в магнитно-резонансной томографии (МРТ
Этот металл, применяемый в процедурах магнитно-резонансной томографии на протяжении многих лет, улучшает изображение внутренних органов на снимках и помогает постановке точного диагноза. Вопрос вреда гадолиния для человеческого организма поднимался не раз.
Так, в июне 2015 года ученые из Питтсбургского университета (University of Pittsburgh) пришли к выводу, что использование некоторых контрастных веществ, применяемых при МРТ в американских клиниках, приводит к накоплению гадолиния в тканях мозга и в костной ткани даже при нормальной выделительной функции почек.
