Son Haberler

Skandiyum Nedir, Özellikleri Nelerdir? (Alaşımların Vazgeçilmezi Skandiyum)

-
Eylül 2, 2022
Skandiyum Nedir, Özellikleri Nelerdir? (Alaşımların Vazgeçilmezi Skandiyum)

Skandiyum, İskandinavya’dan alan bir elementtir. 1990’lı senelerden itibaren kullanımı giderek çoğalmaktadır. Alaşımlara mukavemet kazandıran metaldir.

Skandiyum Nedir, Özellikleri Nelerdir? Alaşımların Vazgeçilmezi Skandiyum

Skandiyum, güç elde edilen, pahalı; ancak oldukça kullanışlı bir elementtir. Geçiş metalleri ve ender toprak metalleri arasında anılabilen bir element olan skandiyum, sanayide kullanılan birçok alaşıma efor katar. Çok ufak ölçülerde katılsa bile alaşımın dayanıklılığını artırır. Golf ve beyzbol sopalarından bisiklet gövdelerine kadar birçok hafif alaşımda kritik rol oynar. Savaş uçakları başta olmak üzere havacılık sektörünün lüzumu olan hafif ve dayanıklı alaşımların katkısıdır. Son senelerde yüksek yararlı lambalarda ehemmiyetli bir ışık kaynağı olarak kullanılmaya başlanmıştır. İsmini dinlemediğimiz; ancak birçok üründe izi olan skandiyumla alakalı derlediğimiz birçok balakayı yazımızda bulabilirsiniz.

Tarihçesi

Skandiyum, 1879 senesinde İsveçli bilim adamı Lars Fredrik Nilson tarafından keşfedilmiştir. Nilson, İskandinavya’dan gelen öksenit ve gadolinit minerallerinde spektral inceleme usulü ile skandiyumu tespit etmiştir.

Periyodik tablonun mucidi Dimitri Mendeleyev, 1869 senesinde 40 kalsiyum ila 48 titanyum arasında atom kütleli bir elementin varlığını öngördü ve bu elemente bor ile benzer özellikler kapsadığını hipotez ederek “bor gibi” anlamındaki “ekaboron” ismini verdi. Nilson, bu elementi sekiz değişik metal kapsayan 10 kg öksenit mineralinden ayrıştırmayı başardı ve yüksek saflıkta 2 gram skandiyum oksit elde etti. Bulduğu elementin minerallerinin bulunduğu İskandinavya’nın Latince anlamı “Scandia” kelimesinden esinlenerek “scandium” ismini verdi. Mendeleyev’in hipotezinden habersiz olarak skandiyumu keşfeden Nilson’un bulduğu yeni element daha sonra Mendeleyev’e bildirildi.

Skandiyumun metal formu ilk olarak 1937 senesinde elde edildi. Metalik skandiyum, ilk olarak potasyum, lityum ve skandiyum klorür karışımının elektrolizi usulü ile izole edildi. Yüzde 99 saflıkta metal skandiyum ise, ilk olarak 1960 senesinde elde edilebildi. Az elde edildiği ve kullanım alanı hudutlu olduğu için 1970’li senelere kadar uygulamaları geliştirilemedi. 1971 senesinde ilk olarak alüminyum alaşımlarında kullanılmaya başlandı. 1980 ve 1990’lı senelerde alanları geliştirilerek korunma uygulamalarında kullanılmaya başlandı. İlk stratejik korunma uygulaması gadolinyum, skandiyum ve galyum granat lazer kristalleridir.


Fiziksel ve Kimyevi Özellikleri

Skandiyumun kimyevi sembolü “Sc”dir. Atom numarası 21, atom ağırlığı 44,95’tir. Erime noktası 1541 derece, kaynama noktası 2836 derecedir. Periydik tablonun 3-B grubunda, geçiş metalleri arasında yer alır. Geçiş metallerinin ilkidir. Bazen itriyum ve lantanitler başka bir deyişle ender toprak elementleri ile birlikte sınıflandırılır. Bunun sebebi, bileşiklerinin özelliklerinin, alüminyum ve itriyum metallerinin özelliklerinin arasındaki bedellerde olmasıdır. Periyodik tabloda kalsiyum ve titanyum arasında yer alır. Metalik gri renkte yumuşak bir metaldir.

Skandiyum, havada oksitlendiğinde hafif sarımsı ve pembemsi bir dökme alana kazanç. Çoğu seyreltik asitte çözünür. Nitrik asit ve hidroflorik asit karışımında yüzeyinde pasif bir tabaka oluşturur ve tepkine girmez. Havada parlak ve sarı bir alevle alevlenerek skandiyum oksit oluşturur. Suyla tepkine girer. Bir dizi orgonometalik bileşik ve kararlı kompleks bileşikler oluşturabilir. İyonik bileşikleri genellikle +3 oksidasyon gidişatı sergileme meylindedir. Tuzları renksizdir. Oksidi hafif baz özelliği taşır ve beyazdır. Lantanitlerin birçoğu gibi skandiyumun triflorometansüfonatı veya triflatı, uygun bir organik molekülden bir çift elektronu kabul eden ve son derece tesirli ve seçici kimyevi tepkinlere katılmak için organik molekülü aktive eden bir Lewis asidi olarak kullanılabilmektedir.

Tabiatta ender değildir. Yerkabuğunda yüzde 0,0006 oranında ayrılmış olarak bulunur. En bol bulunan elementler arasında 23. sıradadır. Güneşte en bol bulunan 50. elementtir. Skandiyum, ender toprak metalleri minerallerinde ve uranyum bileşiklerinde natürel olarak bulunur. En ehemmiyetli skandiyum kaynağı mineraller tortveitit, öksenit ve gadolinit isimli ender toprak metalleri mineralleridir. İskandinavya’da yaygın olarak bulunan tortveitit minerali, takribî yüzde 45 oranında skandiyum oksit kapsar. Bununla birlikte ayrılmış olarak birçok mineralde eser ölçülerde rastlanabilir. 800’den fazla mineralde bulunduğu belirtiliyor. Okyanus suyu da eser ölçü skandiyum kapsar. Uranyumun öğütülmüş atıklarından yan ürün olarak elde edilebilir.

Tabiatta yalnızca Sc-45 izotopu olarak bulunur. Bu izotop, tek kararlı izotopudur ve nükleer bir omurgaya sahiptir. İzotoplarının atom kütle numaraları 36 ila 60 arasında değişir. İzotoplarının 13’ü radyoaktiftir. Bunlar arasında Sc-46 en stabil olanıdır ve yarılanma ömrü 83,8 gündür. Sc-47 izotopunun yarılanma ömrü de 3,35 gündür. Pozitron verici özelliği bulunan Sc-44 izotopu, 4 saat, Sc-47 izotopu da 43,7 saat yarılanma ömrüne sahiptir. Öbür radyoaktif izotoplarının çoğunun yarılanma ömürleri 4 saatten azdır. Bazılarının da 2 dakikadan daha kısa yarılanma ömrü vardır. Sc-39’un yarılanma ömrü 300 nanosaniyedir.

Skandiyumun ayrıca meta gidişatı sergileyen 5 izotopu daha bulunur. Bu izotoplar arasında en kararlı olan Sc-45m izotopunun yarılanma ömrü 6 saattir. Tek kararlı izotopu Sc-45 izotopundan daha düşük kütle numaralı izotoplarının birincil bozunma modu elektron tutma biçimindedir. Daha yüksek kütle numaralı izotoplarının birincil bozunma modu ise beta emisyonudur. Sc-45’in atom ağırlığının altındaki izotoplarının birincil bozunma ürünü kalsiyum izotoplarıdır. Atom ağırlıkları yüksek izotoplarının birincil bozunma ürünü ise titanyum izotoplarıdır. Başka Bir Deyişle Sc-45’in altındaki izotoplar kalsiyuma, üstündekiler titanyuma bozunur.

Hangi Alanlarda Kullanılır?

Skandiyumun uzun vadeli yapımı olmadığı için kullanımı da hudutludur. Her ne kadar her sene skandiyum talebi arkasıysa da henüz geniş uygulama alanı yok. Refrakter özellikler gösterir. Skandiyumun en ehemmiyetli kullanımı alüminyum gibi metallerin alaşımlarıdır. Alüminyum alaşımlarına yüzde 0,5 oranında skandiyum katıldığında alaşımı kuvvetlendirmektedir. Zirkonyum ile alaşımı da yakıt bataryalarında yüksek yararlı elektrolit olarak kullanılmaktadır. Bu alandaki kullanımı giderek çoğalmaktadır. Savaş uçaklarının parçalarında kullanılan alaşımlar, skandiyum kapsar. Hafifliği sebebiyle titanyum alaşımlar daha ucuzdur ve daha yaygın kullanılmaktadır. Skandiyum ile alüminyum, magnezyum, lityum ve titanyum karışımı alaşım; titanyum kadar dayanıklı ve güçlü, alüminyum kadar hafif ve seramik kadar sert bir alaşımdır.

Yüksek renk oluşturma indeksi olan beyaz ışık kaynağı metal halide lambalarda da yaygın olarak skandiyum kullanılmaya başlanmıştır. Skandiyum iyodür, cıva buharlı lambalara çok az ölçüde ilave edildiğinde güneş ışığına benzer ışık kaynağı oluşturur. Bu özelliğine “yapay natürel ışık kaynağı” nitelemesi yapılır. Yüksek yoğunluklu stadyum lambaları gibi ışık kaynaklarında kullanılmaktadır. Radyoaktif Sc-46 izotopu, petrol rafinerilerinde izleme casusu olarak kullanılır. Skandiyum oksit, seramik imalinde katalizör vazifeyi görür. Bileşiklerinin organik kimyada kullanımı yaygındır.

Skandiyum, bileşikleri ve alaşımlarının kullanıldığı bazı alan ve ürünler şunlardır; hafif uçak alaşımları, spor malzemeleri, golf ve beyzbol sopaları, bisiklet gövdesi ve parçaları, hokey lakros çubukları, revolver tabancalar, dişçilik, metal halide lambaları, deşarj lambaları, tohum kimyevileri, alkali bataryalar, gözetici boyalar, böcek ilaçları, yakıt ve egzoz sistemleri, motor parçaları, oltalar, gözlükler…

Skandiyum, hokey sopaları gibi birçok spor malzemesi alaşımlarında kullanılır.

Bunları Biliyor Musunuz?

Seyreltik skandiyum sülfat çözeltisi mısır, bezelye ve buğday gibi bitki tohumlarının daha iyi çimlenmesini sağlayan bir bileşiktir.
Berilyumun akuamarin formunun mavi renginin skandiyumdan kaynaklandığı hipotez ediliyor.
Deşarj lambalarında senede 20 kg, halide lambalarında senede 80 kg skandiyum kullanılır.
Skandiyumun gram maliyeti 250 ila 300 dolar arasındadır. Ticari kullanım için pahalı metallerden biridir.
Dünya üzerinde senede 10 ton ortamında skandiyum oksit üretilir.
Dünyadaki skandiyum talebi, her sene bir evvelki seneden yüzde 50 oranında daha fazla çoğalmaktadır.
En ehemmiyetli skandiyum rezervleri Ukrayna, Norveç, Malezya, ABD, Madagaskar, Çin ve Rusya’da bulunur.
Amerika Birleşik Devletleri’nde üretilen skandiyum ölçüyü “ticari gizem” olarak kabul edilir ve açıklanmaz.
Skandiyumun toksik olmadığı değerlendiriliyor. Ancak bileşikleri ile alakalı henüz ayrıntılı bir araştırma yapılmış değil; ancak bileşiklerinin orta şiddette toksik olduğu hipotez ediliyor. Kanserojen kuşkusu bulunuyor.
Skandiyum, besin zincirinde iz ölçülerde bulunur. İnsanların besinlerden günde 0,1 miligramdan daha az skandiyum aldığı hipotez ediliyor.