İtriyum, nadir toprak elementleri olarak bilinen elementlerdendir. Kullanım alanı da nadirliği nispetindedir. Çok bilinmeyen metallerden olan itriyumun en yaygın kullanımı, her evde bulunan televizyonların ekranlarıdır. Yani her gün itriyum kaplanmış ekranlara bakıyoruz. Oksit formu, önemli özellikler içerir. İtriyum kullanılarak üretilen lazerler, metalleri kesen lazer türündendir.
Tarihçesi
İtriyumun keşif tarihi 18. yüzyılın sonlarına dayanıyor. 1787 yılında Carl Axel Arrhenius, İsveç’in Ytterby kasabası yakınlarındaki bir feldspat-kuvars madeninde kömüre benzeyen bir mineral buldu. Yıllar sonra “ittria” adı verilen bu mineralden bir örnek alan Finlandiyalı kimyager Johan Gadolin, 1794 yılında Finlandiya’da minerali inceledi. Gadolin’in incelediği mineralde yüzde 31 oranında silika, yüzde 19 alümin, yüzde 12 demir oksit ve yüzde 31 oranında da bilinmeyen yeni bir madde vardı. Gadolin, analiz sonuçlarını “yeni bir oksit” olarak yayınladı. Gadolin’in sonuçları 1797 yılında İsveçli kimyager Anders Ekeberg tarafından “yeni bir oksit” olarak teyit edildi.
İtriyum ile ilgili bazı tarihler ise şöyle;
- 1828 yılında itriyumun metal formu ilk olarak Alman kimyager Friedrich Wöhler tarafından susuz itriyum kloridin potasyum ile ısıtılmasıyla gri bir toz olarak elde edildi.
- 1843 yılında Carl Gustav Mosander, itriyum oksidin üç oksitten oluştuğunu keşfetti.
- 1953 yılında en yüksek saflık derecesi olan itriyum, Frank Spedding tarafından iyon değişim tekniği ile elde edildi.
- 1987 yılında Amerikalı profesörler Maw-Kuen Wu ve Paul Chu, itriyum baryum bakır oksit bileşiğinin süper iletkenlik özelliğini keşfetti.
“İtriyum” kelimesi, İsveç Vauxholm yakınlarındaki Ytterby kasabasından esinlenerek türetilmiştir. Stockholm’e de yakın olan bu kasabada, nadir toprak elementleri olarak bilinen elementleri içeren madenler bulunur. Kasabanın adı, erbiyum, terbiyum ve iterbiyum gibi elementlerin isimlerinin de esin kaynağıdır.
Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri
İtriyumun kimyasal sembolü “Y”dir. Periyodik element cetvelinin 3-B grubunda yer alan kimyasal bir elementtir. Atom numarası 39, atom ağırlığı 88,90’dır. Erime noktası 1522 derece, kaynama noktası 3338 derecedir. 1509 derecede baz özelliği gösterir. 450 derecenin üzerinde hızla oksidasyon olur. Katı, gümüşî beyaz renginde geçiş metalidir. Metalik bir parlaklığa sahiptir. Sünek, orta derecede yumuşak ve tepken bir metaldir. Yüzeyindeki oksit filmi sebebiyle havada oldukça kararlıdır. Yüksek korozyon ve oksidasyon direncine sahiptir. Suda çözülebilen bileşikleri toksiktir. Bileşiklerinin çoğu renksizdir.
İtriyum oksit, en önemli bileşiğidir. İtriyum oksit, sülfat, klorür ve karbonat gibi bir takım tuzlar ve bileşikler oluşturur. İtriyum klorür tuzu renksizdir. Talaşları 400 derecenin üzerine havada kolayca tutuşabilir. Su ile ayrışarak hidrojen gazı salınır ve mineral asitlerle reaksiyona girer.
Doğada saf olarak bulunmaz. Gadolinit, öksenit, sarmarskit ve ksenotim minerallerinden elde edilir. Uranyum cevherlerinde de bulunabilir. Xenotime minerali, yüzde 50 oranında itriyum fosfat içerebilir. Doğada kurşundan daha fazla bulunur. İtriyum klorürden elektroliz yöntemiyle elde edilebilir. Sodyumla indirgenerek de elde etmek mümkün. Çekirdek bölünmesi (fisyon) ürünü elementler arasında da rastlanabilir. Sanayide iyon değişimi yoluyla ayrıştırılarak üretilir. Ticari anlamda metal formu monazit kumu ve bastnaezit minerallerinin kalsiyum ile indirgenmesi sonucu elde edilir. Bilinen 9 izotopu vardır. Doğadaki tek kararlı izotopu İtriyum-89’dur. Diğer yaygın izotopları 86 ve 80 atom kütle numaralı izotoplardır. İtriyum-90 izotopu, kanser tedavilerinde kullanılan radyoaktif izotopudur.
İtriyum ve Nadir Toprak Elementleri (NTE)
İtriyum, nadir (azrak) toprak elementleri (NTE) arasında yer alan bir metaldir. NTE’ler, yerkabuğunda çok fazla bulunmadığı tahmin edilen ve minerallerden çok az miktarda elde edilebilen elementler olduğu için böyle bir grupta ele alınmıştır. NTE elementleri arasında ilk keşfedilen element itriyumdur. İlk nadir toprak minerali olan ittria, 9 nadir toprak elementi içerir. Ağır lantanit metalleri olan oksitlerin karışımıdır. Nadir toprak elementleri, lantanitlerle birlikte itriyum ve skandiyum elementlerinin oluşturduğu bir grubu kapsar. Lantanitlerin atom numaraları 57-71 arasındadır. Kimyasal özellikleri benzerlik gösteren elementlerdir. Atom numarası 30 olan itriyum ile atom numarası 21 olan skandiyum, lantanitlerle benzer özellikler gösterir. Bu sebeple nadir toprak elementleri arasına dahil edilmişlerdir. NTE’ler, hafif ve ağır toprak elementleri olarak ikiye ayrılır. İtriyum, ağır toprak elementleri grubundadır ve neredeyse bütün NTE grubu minerallerin içeriğinde rastlanır.
Hangi Alanlarda Kullanılır?
İtriyumun en yaygın kullanılan bileşiği itriyum oksittir. Radyoaktif izotopları kanser tedavisinde kullanılır. Bazı alaşımların katkı maddesidir, metalürji uygulamalarında tercih edilir. Bazı bileşikleri çeşitli ürünlerde katalizör görevi görür. Renkli televizyonların üretilmesinde önemli etkileri olan fosforışıl maddeler arasında yer alır. Evropiyum elementi ile etkinleştirilen itriyum ortovanadat ve itriyum oksit, en önemli fosforışıl maddeler arasında yer alır. İtriyum oksit kullanılarak üretilen çeşitli maddeler, elektronik mikrodalga aygıtlar, radarlar ve iletişim sistemlerinde kullanılır. İtriyum-demir alaşımı, elektriği çok az kayıpla iletir. İtriyum-demir granitler, mikrodalga filtrelerinin üretiminde kullanılır. En yaygın kullanılan alaşımı itriyum-alüminyum alaşımıdır. İtriyum-alüminyum lazerleri, neodinle güçlendirilmiş 100 voltluk bir kaynakla çalışır ve metalleri kesebilir. Elektron tüplerinin boşaltılması için elektron alıcı özelliğinden faydalanılır. Alüminyum ve magnezyum alaşımlarının dayanıklılığını artırır. Vanadyumun oksidasyonunu önler. İtriyum, demir, alüminyum ve gadolinyum garnetleri, ilginç manyetik özelliklere sahiptir. İtriyum-demir garneti, çok verimli akustik enerji üreticisi ve dönüştürücüsüdür. Yüksek erime noktası sebebiyle cama direnç kazandırır. Seramik ve camlara düşük genleşme özelliği kazandırdığı için bu sektörde kullanımı yaygındır. İtriyumdan yapılan bazı sentetik taşlar, kaliteli takıların yapıtaşıdır.
İtriyum, bileşikleri ve alaşımlarının kullanıldığı bazı ürünler şunlardır; televizyon ekranları, lazerler, yüksek sıcaklık süper iletkenler, LCD ve LED ekran ve monitörler, bujiler, enerji tasarruflu lambalar, optik camlar, özel seramikler, ateşe dayanıklı tuğla, kamera ve fotoğraf makinesi mercekleri, mikrodalga filtreleri, lal taşları, floresan lambalar, kırmızı fosforlar, katot ışını tüpleri, sentetik taşlar, elektrik nakil hatları, tıbbi iğneler, yakıt hücreleri, elektrotlar, elektrolitler…
Bunları Biliyor Musunuz?
• Televizyonlardaki kırmızı fosforışıl maddeler arasında itriyum da yer alır. Fosforışıl maddelerin karanlıkta ışık verme özelliği vardır. İtriyum gibi bu tür maddeler, uyarıldıktan sonra ışımaya başlar ve elektromanyetik ışınlarla yapılan uyarıların kesilmesinin ardından uzun süre daha ışık vermeye devam eder.
• Renkli televizyonların ekranlarında resim elde edilmesi için genellikle itriyum oksit kullanılır. Ekranlardaki kırmızı rengi sağlayan evropiyum-öropyum fosforları itriyum sayesinde üretilir.
• İtriyum, televizyonlarda kullanıldığı için ev ortamında havaya karışan gazlar arasında yer alabilir. İtriyum içeren havanın teneffüs edilmesi halinde akciğer ve karaciğer sorunlarına yol açabilir ve kanserojendir.
• Çevreye atılan çeşitli ürünlerden ve atıklardan su ve toprağa itriyum karışabilir. Bu durum, çok nadir de olsa insan ve hayvanlar için risk faktörüdür.
• İtriyuma maruz kalan hayvanların üreme ve sinir sistemlerinde hasara yol açtığı tespit edilmiştir.
• İtriyum kullanılarak üretilen lazerler metalleri kesebilir.
• İtriyum-alüminyum taşı, yapay elmas olarak bilinir. Bu sentetik elmasın sertlik değeri 8,5’tur.
• Apollo ay yolcuğu sırasında elde edilen kaya parçalarında yüksek oranda itriyum tespit edilmiştir.
• İtriyum rezervi bulunan ülkeler; Çin, Rusya, ABD ve Malezya’dır. Üretimi de bu ülkelerde yapılmaktadır.
• Dünyada itriyum rezervinin 9 milyon ton olduğu tahmin ediliyor. Yıllık itriyum üretimi 600 ton civarındadır.
• Türkiye’de itriyum içeren mineraller bulunsa da ekonomik bulunmadığı için üretimi yapılmıyor.