İterbiyum Nedir? (Özellikleri, Kullanımı)
İterbiyum, nadir toprak elementlerindendir. Taşınabilir röntgen uygulamalarında radyasyon kaynağıdır. Fiber, lazer ve atomik saatlerde kullanılır.
İterbiyum, nadir toprak elementlerindendir. Diğer lantanitlerle birlikte doğal olarak oluşur. Adını, mineralinin bulunduğu İsveç’in Ytterby kasabasından almıştır. Bazen taşınabilir bir radyasyon kaynağı; bazen de çelik alaşımında dayanıklılık ajanı olabilir. Eğilip bükülebilecek kadar yumuşak olan iterbiyumun atomunun gölgesi fotoğraflanmıştır. Bu fotoğraf, dünyanın en küçük fotoğrafı olma özelliğini taşır. İterbiyumun özelliklerinden üretimine, rezervlerinden kullanım alanlarına kadar birçok bilgiyi makalemizde bulabilirsiniz.
Tarihçesi
İterbiyum, 1878 yılında İsveçli kimyager Jean Charles Galissard de Marignac tarafından keşfedilmiştir. Marignac, gadolinit mineralindeki iterbiyumu diğer nadir toprak elementlerinden ayırmıştır. Marignac, bir gadolinit mineralini incelerken o dönem “erbiya” olarak adlandırılan yeni bir bileşen bulmuş ve adını İsveç’in Ytterby kasabasına atfen “ytterbia” olarak adlandırmıştı. Yeni bileşen olarak “erbiyum”u keşfetmişti. Marignac, diğer bileşene de “yiterterium” adını verdi.
1907 yılında Fransız kimyager Georges Urbain, Marignac’ın bulduğu bileşeni iki farklı element olarak ayırdı; “neoytterbium” ve “lutecia” adlarını verdi. Neoiterbiya daha sonra “ytterbium”, lutecia da “lutetium” olarak kullanılmaya başlandı. Saf iterbiyum, ilk kez Georges Urbain tarafından izole edildi ve tanımlandı. Aynı tarihlerde iki kimyager daha bağımsız olarak iterbiyumu buldu ve farklı isimler verdi. Farklı isimler kimyagerler arasında tartışmalara yol açtı. Atom Kütlesi Komisyonu, 1909 yılında Urbain’in önerisini benimseyerek resmi olarak kabul etti. Metal iterbiyum 1953 yılına kadar elde edilememiştir. 1953 yılında Iowa’daki bir laboratuvarda saf metal iterbiyum üretildi, kimyasal ve fiziksel özellikleri tanımlandı.
“İterbiyum” ismi, ilk nadir toprak elementi mineralinin bulunduğu İsveç’in Ytterby kasabasına atfen verilmiştir. Ytterby’da bulunan minerallerde iterbiyum haricinde itriyum, terbiyum ve erbiyum elementleri de keşfedilmiştir. İngilizcesi ve Fransızcası “ytterbium” şeklindedir.
Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
İterbiyumun kimyasal sembolü “Yb”dir. Atom numarası 70, atom ağırlığı 173,054’tür. Yoğunluğu 6,90 gcm3’tür. Erime noktası 824 derece, kaynama noktası 1196 derecedir. Lantanit, yani nadir toprak elementleri serisinde yer alan bir metaldir. Lantanitler arasında 14. ve sondan bir önceki elementtir. Komşu lantanitler tulyum ve lütesyuma nazaran oldukça düşük yoğunluktadır. Erime ve kaynama noktaları da bu iki komşu elemente göre daha düşüktür. Bunun nedeni kapalı elektron kabuğu konfigürasyondur. Gümüşî renktedir, parlaktır. Oldukça sünek ve yumuşaktır. Kolaylıkla eğilip bükülebilir, dövülebilir. Kristal yapısı kübik, yüzey merkezlidir ve sıfır derecede birbirine dönüşür.
İterbiyum, mineral asitlerinde, sulu çözeltilerde çözünür. Bütün halojenlerle reaksiyona girebilir. Su ile yavaş reaksiyona girer. Havada yavaş lekelenir. İnce ve dağılmış iterbiyum, havada ve oksijende kolayca okside olur. İterbiyum bileşikleri su molekülleri ile kompleksler oluşturabilir. Toz formu renksizdir, politetrafloroetilen veya hekzakloroetan ile karıştırıldığında parlak zümrüt yeşili bir alevle yanar. Çeşitli hidrürler oluşturmak için hidrojen ile tepkimeye girer. Hidroksit oluşturmak için sıcak ve soğuk su ile yavaş yavaş reaksiyona girer. İterbiyum, suda yavaş yavaş çözünür. Asitlerde hidrojen gazını serbest bırakır. Bileşikleri, diğer lantanit elementlerin bileşiklerine benzer. Çoğu bileşiği +3 oksidasyon durumu sergiler. Halojen fluor, brom, klor ve iyodin ile hem dihalojenürleri hem de trihalojenürleri oluşturur. İterbiyum, yüksek gerilime maruz kaldığında elektrik direnci artar.
İterbiyum, element halinde iterbiyum oksidin lantanla indirgenmesi sonucu elde edilir. İyon değişimi veya sodyum amalgam yöntemleri ile indirgeme yoluyla diğer nadir toprak elementlerinden ayrıştırılır. İterbiyumun, mineralindeki diğer elementlerden ayrıştırılması zordur; ancak 1950’li yıllarda geliştirilen iyon değişim ve çözücü ekstraksiyon yöntemleri ayrıştırılmasını kolaylaştırmıştır. İlk olarak iterbiyum mineralleri sülfürik asit gibi çeşitli asitlerle çözülür. Daha sonra iyon değişimi yöntemi ile diğer lantanitlerden ayrılır. Çözelti daha sonra farklı lantanitlerin bağlandığı bir reçineye uygulanır. Daha sonra kompleks yapıcı ajanlar kullanılarak çözülür. Farklı lantanitlerin sergilediği farklı bağlanma tiplerinden dolayı bileşiklerinin izole edilmesi mümkündür. İkinci yöntemde ise, mineraldeki elementlerin asitli çözeltisi 3+ değerlikli iterbiyumu indirgeyip eriten sodyum cıva alaşımı (amalgam) ile işlenir. Alaşım daha sonra hidroklorik asit ile karıştırılır. Metal çözeltiden okzalat olarak ekstre edilir. Isıtma ile oksit haline dönüştürülür. Yüksek vakumda oksit, lantan, alüminyum, seryum veya zirkonyum ile ısıtılarak metale indirgenir. Metal, süblime edilerek saflaştırılır ve yoğunlaştırılmış bir plaka üzerinde toplanır.
Doğada nadir bulunan elementlerdendir. Saf olarak bulunmaz. Yerkabuğunda kilogramda 3 miligram iterbiyum içeriği bulunduğu tahmin ediliyor. En bol bulunan elementler arasında 43. sıradadır. Ancak brom, uranyum ve arsenikten daha fazla doğal zenginliğe sahiptir. Diğer nadir toprak elementleri ile minerallerde oluşumları vardır. En bilinen ve en çok iterbiyum içeren mineral gadolinittir. Ayrıca, monazit, öksenit ve ksenotim (xenotim) minerallerinde de iterbiyum içeriği bulunur. Monazit kumu, yüzde 0,03 oranında iterbiyum içerir.
Doğada 7 kararlı izotopun karışımından oluşur. Bu izotoplar şunlardır; Yb-168, Yb-170, Yb-171, Yb-172, Yb-173, Yb-174, Yb-176. Ayrıca 27 adet de radyoizotopu vardır. En kararlı radyoaktif izotoplarından Yb-169’un 32 gün, Yb-175’in 4,18 gün, Yb-166’nın 56,7 saat yarılanma ömrü vardır. Diğer radyoaktif izotoplarından bazılarının yarılanma ömürleri iki saatten az, bazılarının da 20 dakikadan azdır. İterbiyumun ayrıca 12 meta durumu da bulunur. Bunlar arasında en kararlı olanı Yb-169m’dir. En fazla bulunan Yb-174 (% 32,03) izotopundan daha hafif iterbiyum izotoplarının birincil bozulma modu elektron yakalama; daha ağır olanların da birincil bozunma modu beta bozunmasıdır. Yb-174’den daha hafif izotopların birincil bozunma ürünü tulyum izotopları; ağır olanların birincil bozunma ürünleri de lütesyum izotoplarıdır. Yb-169, gama ışınları yayar. Elektron dizilişinde f orbitalinde elektron barındırır. En yaygın oksidasyon durumu +3’tür.
Hangi Alanlarda Kullanılır?
İterbiyum, nadir bulunan elementlerden olduğu için ticari kullanımı çok sınırlıdır. En yaygın ticari iterbiyum bileşiği iterbiyum oksittir ve alaşımlarda, özel camlarda ve seramik türlerinde kullanılır. Organik kimyada iyi bir katalizördür. İterbiyum, paslanmaz çeliğin dayanıklılığını artırır. Çeliğin tanecik inceliğini ve diğer mekanik özelliklerini iyileştirir. Metalürjik ve kimyasal deneylerde de kullanılabilmektedir. Entegre devrelerde kullanılan bazı bileşiklerde katkı maddesi olarak kullanılır.
İterbiyum oksit, renkli televizyon tüplerindeki yeşil fosforları harekete geçiren ve uyaran maddedir. Çinko oksit ile birlikte elektrokimyasal dönüştürücülerde kristal stabilizör görevi görür. Sodyum iterbiyum borat, koherent ışık (eş fazlı) yayan bir lazer maddesidir. Fiber lazer sistemlerinde fiber içine yükseltgenme maddesi olarak katılır. Petrol arama işlemlerinde de kullanılan bir elementtir. Yb-169, röntgen cihazları için taşınabilir bir radyasyon kaynağıdır. Ayrıca, küçük nesnelerin radyografisi için x ışını makinesi gibi davranır ve nükleer tıpta kullanılır. Deprem ve patlamalardan kaynaklanan zemin dezenformasyonlarını izlemek için kullanılan stres göstergelerinde, iterbiyumun yüksek gerilimde elektrik direncinin artması özelliği kullanılır.
İterbiyum, alaşımları ve bileşiklerinin kullanıldığı bazı ürün ve alanlar şunlardır; kızılötesi lazerler, elyaf lazerler, alev topu, paslanmaz çelik, nükleer tıp, gama ışını kaynağı, atomik saatler, optik saatler, banknotlar, mürekkepler, fiber optik kablolar…
Bunları Biliyor Musunuz?
- İterbiyum, tüm metaller arasında en küçük sıvı aralığına sahiptir.
- İterbiyum bileşikleri son derece zehirli olmasına rağmen az tehlikelidir. Metal tozu kendirliğinden yanabilir. İterbiyum alevleri kolay söndürülemez, özel yangın söndürücüler kullanmak gerekir.
- 2012 yılında Avustralya’daki Griffin Üniversitesi Kuantum Dinamiği Merkezi araştırmacıları iterbiyum atomunun gölgesini ultra yüksek çözünürlüklü bir mikroskopla fotoğraflamayı başardı. Ekibin bu fotoğrafı çekmek için sürdürdüğü çalışmalar 5 yıl sürdü. Bu fotoğraf, ilk atomik gölge fotoğrafı ve dünyanın en küçük fotoğrafı olarak kayıtlara geçti.
- Ekibin bu fotoğrafı çekmedeki amacı; tek bir atomun ne kadar karanlık olduğu ve bir gölge oluşturmak için ne kadar ışık emeceğini tahmin etmek ve kuantum hesaplama için veri elde etmekti.
- İterbiyumun başlıca rezervleri Çin, Amerika, Brezilya, Sri Lanka, Avustralya ve Hindistan’da bulunur.
- Dünyadaki iterbiyum rezervlerinin toplam 1 milyon ton olduğu tahmin edilmektedir.
- Dünyada yılda yaklaşık 50 ton iterbiyum üretilmektedir. Yani iki adet standart kamyonun kasası kadar…