소개
가돌리늄은 1880년 Jean Charles G. de Marignac이 처음 발견하였으며, 발견된 광물인 유베소바이트에서 유래된 이름입니다. 이 광물명은 핀란드의 화학자 Johan Gadolin의 이름을 따 명명된 것으로, 그의 희토류 연구에 대한 공헌을 기리기 위한 것이었습니다.
Gadolinium는 대부분의 희토류 원소와 마찬가지로 모나자이트 및 바스나사이트 등에서 산출되며, 지각 내 존재 비율은 전체 희토류 원소 중 여섯 번째로 많습니다. 1886년경 Paul Émile L. de Boisbaudran이 순수한 가돌리늄 금속을 처음으로 분리해내었습니다.
가돌리늄 Gd
원자번호: 64
원자량: 157.25 u
원자 구조: 가돌리늄의 최외각 전자 배치는 4f7 5d1 6s2입니다.
물리·화학적 성질: 은백색 광택을 띠며, 비교적 부드럽고 약간의 연성을 가진 금속입니다.
건조한 공기 중에서는 산소와 천천히 반응하여 비교적 안정하지만, 습기가 있는 환경에서는 보관이 어렵습니다. 수분이 있는 공기에서는 빠르게 광택을 잃고, 표면에 잘 벗겨지는 검은색 산화막(산화 가돌리늄층)을 형성합니다. 묽은 산에는 잘 용해됩니다.
가돌리늄은 강한 상자성체이며, 섭씨 16도 이하에서는 큐리점에 도달하여 철계 원소가 아님에도 거의 실온에서 강자성을 나타내는 유일한 원소입니다.
가돌리늄의 주요 응용 분야:
- 의학 영상: 가돌리늄은 자기공명영상(MRI)에서 사용되는 핵심 원소 중 하나로, 세계 최초의 상자성 조영제입니다. 1981년, 화학자들이 Gd-DTPA라는 가돌리늄 킬레이트 착화합물을 합성하였으며, 이는 MRI의 이완제 또는 조영제로 환자 체내에 주사되어 영상의 대비를 향상시키는 데 사용됩니다.
- 원자로 제어봉: 가돌리늄은 원자로에서 제어봉 재료로 사용되어 핵반응 속도를 조절하는 데 활용됩니다. 가돌리늄 제어봉의 위치를 조절함으로써 핵반응의 강도를 제어하고 원자로의 안정적인 운전을 보장합니다.
- X선 튜브 및 중성자 방사선 기술: 가돌리늄은 금속 내부 결함을 검사하는 중성자 방사선 촬영 기술에 적용되어, 조선업 및 항공산업에서 선체나 기체 내부의 균열 및 구조적 결함을 탐지하는 데 사용됩니다.
- 자성 재료: 가돌리늄은 가돌리늄-철(Gd-Fe)합금을 제조하는 데 사용되며, 이 합금은 높은 자기 강도를 가진 자성 재료입니다. 자기 디스크 드라이브, 자기 분리 장치, 자기 냉각기 등에 응용되며, 특수강의 합금 첨가제로도 사용됩니다.
- 핵연료: 157Gd는 매우 높은 중성자 흡수 단면적을 가지므로, 핵에너지 응용에서 핵연료 제조에 사용됩니다.
- 기타 응용: 가돌리늄은 가돌리늄 갈륨 가넷(GGG), Gd 첨가 이트륨 알루미늄 가넷(Gd:YAG), 철강 및 크롬 합금의 첨가제, 자기 냉각 냉장고, PET의 섬광체 검출기, Gd 첨가 이산화세륨(GDC)을 이용한 고체산화물 연료전지용 세라믹 전해질, 음극선관(CRT)의 녹색 형광체, 가돌리늄-바륨-구리-산소(GdBCO) 고온 초전도체 등에 사용됩니다.
