가돌리늄(←영어: gadolinium 개덜리니엄^[*], 문화어: 가돌리니움←독일어: Gadolinium 가돌리니움^[*])은 화학 원소로 기호는 Gd(←라틴어: gadolinium 가돌리니움^[*]), 원자 번호는 64이다. 이 원소는 희토류 원소 중 하나이다. 핀란드의 화학자 요한 가돌린의 이름을 딴 원소이다. 은백색의 연성과 전성이 있는 금속으로 희토류 원소에 속한다. 1880년 스위스의 마리냐크(Jean Charles Galissard de Marignac)가 분광기를 이용해 처음 발견하여 이름을 붙였다. 1886년 프랑스의 화학자 르코크 드 부아보드랑이 최초로 순수한 형태로 분리하였다.

특성

물리적 특성

가돌리늄은 은백색의 연성과 전성이 있는 희토류 금속이다. 실온에서는 빽빽하게 배열된 α구조를 이루지만 1235℃(고체) 이상으로 가열하면 체심 입방 구조를 가지는 β구조로 전환된다. ¹⁵⁷Gd는 안정한 핵종 중에서 중성자를 가장 많이 포획할 수 있다. 20℃ 이하에서는 강자성이며 그 이상의 온도에서는 강한 상자성을 나타낸다. 자기장에 들어가면 온도가 올라가고 다시 나오면 온도가 내려가는 자기 열량 효과를 보이는 원소이기도 하다.

동위 원소

자연에는 가돌리늄의 안정한 동위 원소 여섯 가지(¹⁵⁴Gd,¹⁵⁵Gd,¹⁵⁶Gd,¹⁵⁷Gd,¹⁵⁸Gd,¹⁶⁰Gd)가 존재하고 1가지의 방사성 동위 원소(¹⁵²Gd)가 존재한다. 이 중 가장 많은 것은 ¹⁵⁸Gd으로 존재 비율은 24.84%이다. 29종류의 방사성 동위 원소가 알려져 있는데 이 중 가장 안정한 것은 ¹⁵²Gd으로 1.08×10¹⁴년의 반감기를 거쳐 알파 붕괴한다. ¹⁵⁰Gd은 1.79×10⁶년의 반감기를 가진다. 이외의 방사성 동위 원소들은 반감기가 74.7년 이하이다.

역사

가돌리늄이라는 이름은 핀란드의 화학자이자 지리학자인 요한 가돌린의 이름에서 따온 것이다. 1880년, 스위스의 화학자 마리냐크는 가돌리나이트라는 광물과 세라이트(세륨을 포함한 규산염 광물)에서 이 원소로 인해 생긴 선 스펙트럼을 관찰하였다. 이후, 세라이트에 더 많은 양의 가돌리늄이 있는 것으로 밝혀졌고 마리냐크는 여기서 가돌리늄 산화물(가돌리나)을 분리해내고 새로운 원소임을 확인하였다. 1886년 프랑스의 부아보드랑이 가돌리늄 산화물로부터 순수한 가돌리늄을 분리해냈다.

존재

가돌리늄은 다양한 종류의 광물에 포함되어 있다. 반응성이 큰 편이어서 순수한 상태로는 발견되지 않는다. 지각 속에는 6.2ppm 정도 함유되어 있다. 주 생산국은 중국, 미국, 브라질, 스리랑카, 인도, 호주 등이다. 매년 약 400톤 가량의 순수한 가돌리늄이 생산된다.

용도

가돌리늄은 널리 사용되지는 않지만 몇몇 특정한 분야에서 사용된다.

가돌리늄은 안정한 핵종 중에서 가장 중성자를 많이 흡수할 수 있다. 따라서 가돌리늄-157은 중성자를 이용해 종양을 제거하는 수술에 많이 사용된다. 중성자 방사선 사진술과 핵반응로의 차폐물로도 유용하게 사용된다. 캔두형 원자로에서 급하게 핵반응을 감속시켜야 할 경우에도 사용된다. 또, 철, 크로뮴 등의 금속에 1% 정도 혼합한 합금은 가열해도 공기 중에서 잘 산화되지 않고 금속공학적 특성이 뛰어나다. 자기장과 관련된 특성 때문에 MRI에도 사용되며 가돌리늄 화합물은 녹색 형광을 발하기 때문에 컬러 TV의 녹색 부분에 사용되기도 한다.

외부 링크

• “가돌리늄”. 《네이버캐스트》. 
• (영어) 가돌리늄 - WebElements.com
• (영어) 가돌리늄 - It's Elemental