Fosforesans Lantanit Evropiyum Nedir?

Evropiyum, ismi Avrupa kıtasına atfen türetilmiş bir lantanittir. Monitörlerde kırmızı ışık kaynağıdır. Fosforesans özellikli elementlerden biridir.

Evropiyum ya da öropyum, renkli televizyon ekranlarında gördüğümüz kırmızı rengin kaynağıdır. Evropiyum fosforları, parlak bir kırmızı renk verir. Sıra dışı nadir toprak elementleri arasında yer alan evropiyum, adından da anlaşılacağı gibi ismini Avrupa kıtasından almıştır. Euro banknotlarında sahteciliği önlemek için ultraviyole ışını altında görülebilen bir ışık verir. Nadirliği, pahalı olması ve olağandışı özellikleri sebebiyle uygulama alanları sınırlıdır. Lantanitler arasında en düşük erime noktası ve yoğunluğa sahip olan evropiyum, aynı zamanda grubundaki en reaktif elementtir. Avrupai bir tarzı bulunan evropiyumu biraz tanıyalım.

Tarihçesi

Evropiyum, 1901 yılında Fransız kimyager Eugene-Anatole Demarcay tarafından keşfedilmiştir. Evropiyum, nadir toprak elementleri lantanitlerin karmaşık keşif macerasının bir parçasıdır. Nadir toprak elementi içeren birçok mineralde bulunduğu halde elementlerin ayrıştırılmasındaki zorluklar sebebiyle 1800’lü yılların sonuna kadar izole edilememiştir.

İngiliz fizikçi ve kimyager Sir William Crookes, 1880’li yılların sonunda iterbiyum ve samaryum içeren bir mineralin spektroskopi analizinde yeni bir çizgi fark etti. Crookes, yeni bir unsur olarak evropiyumu tespit etti; ancak izole edemedi. 1890 yılında da Paul Emile Lecog de Boisbaudran tarafından samaryum ve gadolinyum konsantrasyonlarından bazik fraksiyonlar elde edilmesi sırasında evropiyumun spektral çizgileri tespit edildi.

Evropiyumu ilk olarak izole eden isim ise Demarcay’dır. Demarcay, samaryum örneklerinde bilinmeyen bir elementin spektroskopi hatlarını tespit etti. Samaryum magnezyum nitrat kristalleşmelerinde bir dizi özenli çalışma gerçekleştiren Demarcay, evropiyumu ayırmayı başardı. Demarcay, yeni elemente “eurofium” adını önerdi.

1960’lı yıllarda keşfedilen evropiyum katkılı itriyum ortovanadat kırmızı fosfor, renkli televizyonlar için adeta çığır açtı. Parlak kırmızı evropiyum fosfor, televizyon ekranlarında daha parlak renkler verdi. Daha sonraki yıllarda televizyon ekranlarının vazgeçilmez bir maddesi haline geldi ve bilgisayar ekranlarında da kullanılmaya başlandı. Bu keşfin kaynağı da İngiliz bilim adamı Sir William Crookes’in deşarj tüpleri üzerinde yaptığı çalışmalara dayanır. Crookes’in geliştirdiği katot ışını tüpü, televizyon ve bilgisayar ekranlarının atası kabul edilir.

“Evropiyum” kelimesi, Avrupa kıtasının Batı dillerindeki ifadesi “Europe” sözcüğünden esinlenilerek türetilmiştir. İngilizcesi, “europium” şeklindedir.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Evropiyumun kimyasal sembolü “Eu”dur. Atom numarası 63, atom ağırlığı 151,96, yoğunluğu 5,24 gcm3’tür. Erime noktası 822 derece, kaynama noktası 1529 derecedir. Nadir toprak elementleri, yani lantanitler arasında yer alan bir metaldir. Gümüşî beyaz görünümü vardır. Orta derecede sertliktedir. Sertlik bakımından kurşuna benzer. Sünek bir metaldir. Kristal yapısı vücut merkezli kübik kafestir. Soğutulduğunda ve sıkıştırıldığında süper iletken hale gelir.

Evropiyum, lantanitler arasında en düşük erime noktasına ve en düşük yoğunluğa sahip elementtir. Aynı zamanda grubundaki en reaktif metaldir. Bazı özellikleri yarı dolu elektron kabuğundan oldukça fazla etkilenir. Havada ve suda kolayca okside olur. Bu sebeple bir santimetre büyüklüğündeki numunenin yığın halinde oksidasyonu birkaç gün içinde gerçekleşir. Su ile reaksiyonu kalsiyum ile benzerlik gösterir. Su ile reaksiyonunda hidroksit ve hidrojen gazı üretir. Katı evropiyum numuneleri mineral yağ koruyucularla kaplansa bile su ile reaksiyonunda yüksek reaktifliği sebebiyle parlak bir görünüme sahiptir. Evropiyum oksit oluşturmak için 150 ila 180 derece arasında havada tutuşur. Nonahidrat olan hidratlı evropiyum (III)’ün soluk pembe solüsyonlarını oluşturmak için seyreltik sülfürik asitte kolayca çözünür.

Genellikle +3 oksidasyon durumu sergiler ve +3 değerlikli oksidasyon durumunda olan bileşikleri oluşturur. Bu bileşikler klorürler, sülfatlar, nitratlar, su veya polar organik çözücüler içinde çözünürler. Metalik halde iki değerliklidir ve tüm halojenlerle reaksiyona girebilir. Basınç altında üç değerlikli hale dönüşür. +2 oksidasyon durumu da yaygındır. Trivalent yani üç değerlikli olmasına rağmen kolayca iki değerlikli bileşikler oluşturabilir. Bu davranışı çoğu nadir toprak elementine göre olağandışı bir davranıştır. Bu bakımdan baryum ile benzerlik gösterir. Evropiyum ve baryum sülfatları suda çözünmez. Ayrıca, iki değerlikli evropiyum, hafif bir indirgeyici ajanıdır ve havada oksitlenerek üç değerlikli bileşikler oluşturur. Havasız ve özellikle jeotermal koşularda iki değerlikli kalsiyum ve diğer alkali toprak minerallerine dahil olma eğilimi gösterecek kadar dengelidir. Bu iyon değişimi, negatif evropiyum aykırılığının temelini oluşturur. İki değerlikli evropiyumun diğer üç değerlikli nadir toprak elementlerinden ayrılması için daha kolay ve pratik yöntemlerin geliştirilmesi, evropiyumun minerallerde düşük miktarlarda olmasına rağmen olduğu gibi erişilebilmesini sağlamıştır.

Doğada saf olarak bulunmaz. Diğer nadir toprak elementleri ile birlikte birçok mineral evropiyum ihtiva eder. Başlıca mineralleri; monazit, bastnasit, ksenotim ve loparittir. Bu minerallerdeki evropiyum içeriği yüzde 0,2 civarındadır. Ticari olarak minerallerden iyon değişimi ve çözücü ekstraksiyon yöntemleri ile izole edilir. Saf metal evropiyum, erimiş klorürün sodyum klorid ile elektrolizi ile üretilir. Evropiyum, ayrıca nükleer fizyon ürünleri arasında da bulunur.

Evropiyum, doğada iki izotopun karışımından oluşur. Bu izotoplar; Eu-151 (% 47,8) ve Eu-153 şeklindedir. Kararlı doğal izotopu Eu-153’ün evropiyum içeriği yüzde 52,2 oranındadır. Eu-151, doğal radyoaktif izotopudur. Bunun haricinde 35 yapay radyoaktif izotopu daha karakterize edilmiştir. En kararlı izotopu Eu-150’nin yarılanma ömrü 37 yıldır. Eu-152’nin yarılanma ömrü 13,5 yıl, Eu-154’ün yarılanma ömrü 8,5 yıldır. Diğer radyoaktif izotoplarının yarılanma ömürleri 4,7 yıldan kısadır. Bazıları da 12,2 saniyeden daha kısa yarılanma ömrüne sahiptir. Evropiyumun ayrıca 8 adet meta durumu vardır. Bunlardan en kararlısı Eu-150m’nin yarılanma ömrü 12,8 saattir. Diğer meta izomerleri şunlardır; Eu-152m1 (9,3 saat), Eu-152m2 (96 dakika). Eu-153’ten daha hafif olan izotoplarının birincil bozunma modu elektron yakalama; daha ağır olan izotoplarınki ise ters beta bozunumudur. Eu-153’ten önceki izotoplarının birincil bozunma ürünleri samaryum izotoplarıdır; sonraki izotoplarının birincil bozunma ürünleri de gadolinyum izotoplarıdır.

(Evropiyum, televizyon ve bilgisayar ekranlarında kırmızı rengi sağlayan fosforun bir bileşenidir.)

Hangi Alanlarda Uygulamaları Vardır?

Evropiyumun uygulamaları, diğer nadir toprak elementlerine nazaran daha sınırlıdır. Bununla birlikte iki ve üç değerlikli oksidasyon durumlarında fosforesans olarak kullanılmaktadır. Evropiyumun en yaygın kullanımı da fosforerans özelliğiyle bağlantılıdır. Fosforeans, flüoresanla ilişkili bir çeşit ışıldama şeklidir. Fosforesans özelikli maddeler, bünyelerine aldıkları enerjiyi hemen geri vermezler. Bu maddeler gün ışığı veya bir ışık kaynağı tarafından uyarıldıktan sonra ışık kaynağı kesilse bile bir süre ışıldamaya devam eder. Bu olaya genel olarak fosforerans adı verilir. Evropiyum da bu özellikte bir maddedir; ekran ve monitörlerde fosforlu doping maddesidir. İtriyum fosfor tabanlı evropiyum oksit, kırmızı fosfor olarak televizyon ekranları ve flüoresan lambalar için bir aktivatör olarak görev görür. Düşük enerjili ampullere katılan evropiyum, mavi (soğuk) ışığı kırmızı (sıcak) ışıkla dengeleyerek daha doğal ışık sağlar. İki ve üç değerlikli evropiyum birleştirildiğinde flüoresan ampullerde beyaz bir ışık verir. Oldukça iyi düzeyde nötron absorbe edici kapasitesi sebebiyle nükleer reaktörlerde kullanılan kontrol çubuklarının önemli bir bileşeni olabileceği değerlendiriliyor.

Evropiyum ve bileşiklerinin kullanıldığı bazı ürün ve alanlar şunlardır; flüoresan (flüorışı) camları, lazerler, optoelektronik cihazlar, kuantum bellek yongaları, ince süper iletken alaşımlar, buhar lambaları, boyalar, optik monitörler, pullar, oksit kaplama, ince film uygulamaları…

(Fotoresans özellikli maddelerin karanlıkta ışıması...)

Bunları Biliyor Musunuz?

• Evropiyum, Avrupa Birliği’nin ortak para birimi “euro” banknotlarında kullanılır. Bu banknotlar ultraviyole ışınlar altında kırmızı renkte parlar. Bu özelliği sebebiyle sahteciliğin önüne geçilir. Kırmızı parıltısı olmayan banknotlar sahtedir.
  
• Evropiyum, televizyon ekranlarına kırmızı renkleri veren elementlerden biridir.
  
• Evropiyum metalinin kilogramı uluslararası piyasalarda 3000 ila 5000 dolar arasında satılmaktadır. Bu rakam, lantanit elementlere göre oldukça pahalıdır.
  
• Evropiyumun önemli bir biyolojik rolü bulunmuyor. Toksitesi fazla değildir. Metal tozunun patlama ve alev alma riski vardır.
  
• Evropiyum madenciliği ağırlıklı olarak Çin ve ABD’de yapılır. Evropiyumun dünya genelindeki rezervinin 150 bin ton civarında olduğu tahmin ediliyor. Saf evropiyum üretimi de dünya genelinde yıllık 100 ton civarındadır.