Samaryum Nedir, Nerelerde Kullanılır?

Samaryum, kalıcı mıknatıslarda kullanılan bir bileşendir. Nadir toprak elementleri ailesinin “nadir olmayan” üyeleri arasında yer alır.

Samaryum, nadir toprak elementleri arasında bulunan elementlerdendir. Mütevazı uygulamaları olan samaryum, yaygın olarak mıknatıslarda ve aydınlatma sistemlerinde kullanılır. Bazı kanser türlerinin tedavisinde de faydalanılan bir element olan samaryum, yüksek manyetik özellikleri sebebiyle tercih edilen metaller arasında yer alır. İsviçreli bir bilim adamının varlığını tespit ettiği, Fransız bir kimyagerin izole ettiği samaryum, Rus bir albayın ismini alır. Samaryumla ilgili tüm detaylar makalemizde…

Tarihçesi 

Samaryum, 1879 yılında Fransız kimyager Paul Emile Lecog de Boisbaudran tarafından Paris’te keşfedilmiştir. Bazı kaynaklarda, samaryumun, 1853 yılında İsviçre’nin Cenevre kentinde kimyager Jean Charles Galissard de Marignac tarafından keşfedildiği belirtiliyor. Samaryumun keşfi 1850’li yıllardan sonra birçok kimyager tarafından ilan edilse de kâşifi olarak Boisbaudran kayıtlara geçmiştir.

Marignac, ilk olarak bazı nadir toprak elementleri karışımı olan didimyumda keskin absorpsiyon çizgileri ile spektroskopik olarak samaryumu tespit etmiştir. Boisbaudran ise, samarskit mineralinden ilk olarak samaryum tuzu elde eden isimdir. Boisbaudran, ilk olarak samarskitten didimyumu ayrıştırdı ve bir didimyum nitrat solüsyonu hazırladı. Daha sonra amonyum hidroksit ekledi ve iki çözelti oluştuğunu tespit etti. Bu çözeltilerden biri didimyumdu, diğeri de element samaryumdu. Saf samaryum, ilk olarak 1901 yılında Eugene-Anatole Demercay tarafından elde edildi. 1970’li yıllarda samaryum-kobalt alaşımlı mıknatıslar üretildi.

“Samaryum” kelimesi, Rus Maden Mühendisleri Birliği Genel Sekreteri Albay Vasili Evgrafovich Samarsky-Bykhovets’in isminden esinlenilerek türetilmiştir. Dolaylı olarak adının bir elemente verildiği ilk kişi Bykhovets’tir. Bunun sebebi şu; Bykhovets, 1847 yılında Ural dağlarındaki Miass kasabası yakınlarında bulduğu bir minerali incelenmek üzere Alman mineraloglar Gustav Rose ve Heinrich Rose kardeşlere gönderdi. Bu mineral, daha sonra Boisbaudran tarafından incelendi ve mineralde yeni bir element keşfetti. Bu sebeple Boisbaudran, Rus Bykhovets’i onurlandırmak için minerale “samarskit” adını verdi. Bulduğu element için de “samaria” ismini önerdi. Daha sonra bu isim diğer elementlerle uyum sağlaması için “samarium” olarak değiştirildi.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Samaryumun kimyasal simgesi “Sm”dir. Atom numarası 62, atom ağırlığı 150,36, yoğunluğu 7,52’dir. Erime noktası 1074 derece, kaynama noktası 1794 derecedir. Nadir toprak elementleri arasında yer alır. Kristal yapısı trigonaldır. 922 derecede vücut merkezli kübik bir faza dönüşür. Uçucu, gümüşî bir metaldir. Sertliği ve yoğunluğu bakımından çinko ile benzerlik gösterir. Elektropozitifliği oldukça yüksektir.

Samaryum bileşikleri sarı ve pembe renklerinin tonlarındadır. Havada kolayca okside olur. Genellikle +3 değerlikli oksidasyon durumu sergiler. Havada 150 derecede kendiliğinden tutuşur. Mineral yağları içinde bile kademe kademe oksitlenir ve yüzeyinde grimsi sarı bir toz oluşur. Yaygın bileşikleri; monoksit, monokalkojenitler ve iyodür şeklindedir. Bir dizi organik bileşikler de oluşturabilir. Samaryum bileşikleri, manyetik özelliklerini kaybetmeden 700 derecenin üzerindeki sıcaklıklara dayanabilir. Oda sıcaklığında paramanyetiktir. Lantanitler arasında manyetik momenti en az etkin lantan ve lütesyumdan sonra üçüncü sıradadır.

Metalik samaryum, argon gibi inert gazlarla sızdırmaz bir ortamda veya kapta saklanabilir. Soğuk su ile yavaş yavaş reaksiyona girer. Samaryum hidroksit oluşturmak için sıcak su ile hızlı bir şekilde reaksiyona girer. Trihalojenleri oluşturmak için tüm halojenlerle reaksiyona girer. 700 ila 900 derece altında lityum ve sodyum metalleri ile indirgendiğinde dihalojenürler oluşur. Seyreltik sülfürik asit içinde kolayca erir. En dengeli oksidi, seskioksittir. Seskioksit, birkaç kristal fazda bulunabilir. Monoksit oluşturan az sayıdaki lantanitten biridir. Samaryum, trivalent sülfür, selenit, tellürür ve iki değerlikli kalsiyojenitler oluşturabilir. Oda sıcaklığında basınç uygulandığında yarı iletken metalik hale dönüşür. Vakum altında samaryum oksit ve borun sinterleme tozları, birkaç samaryum borid fazı içeren bir toz verir.

Doğada nadir bulunur. Yerkabuğunda en bol bulunan elementler arasında 40. sırada yer alır. Lantanitler arasında en bol beşinci elementtir. Nadir toprak elementi olmasına rağmen birçok elementten daha bol bulunur. Kalaydan daha yaygındır. Doğada saf olarak bulunmaz. En yaygın samaryum mineralleri; serit, gadolinit, samarskit, monazit, bastnasittir ve florenkittir. Monazit ve bastnasit, en önemli ticari kaynaktır. Monazitte yüzde 3 civarında bulunan samaryum, misch metalde yaklaşık yüzde 1 oranındadır. Uçucu özelliği sebebiyle minerallerden kolayca ayrıştırılabilir.

Samaryum, doğada 7 izotopun karışımından oluşur. Bu izotoplar; Sm-144 (% 3,1), Sm-147 (% 15), Sm-148 (% 11,2), Sm-149 (13,8), Sm-150 (7,4), Sm-152 (% 26,7) ve Sm-154 (% 22,8) şeklindedir. Bunlardan 144, 149, 150, 152 ve 154 kütle numaralı izotoplar kararlıdır. En uzun yarılanma ömrü bulunan Sm-146, Sm-147 ve Sm-148 izotopları, alfa parçacıklarının emisyonu ile neodim izotoplarına kadar bozunur. Daha hafif ve karasız izotopları, elektron yakalama bozunma modu ile prometyum izotoplarına kadar bozunur. Ağır olan izotopları ise, beta bozunma modu ile evropiyum izotoplarına kadar bozunur. Samaryumun 5 adet de nükleer izomeri bulunur. Bunlardan Sm-141m’nin yarılanma ömrü 22,6 dakika, Sm-143m’nin 66 saniye, Sm-139m’nin ise 10,7 saniyedir. Sm-153 izotopu, yarılanma ömrü 46,3 saat olan bir beta yayıcısıdır. Sm-147 ise, düşük kütle numarasına rağmen doğal olarak alfa parçacıkları yayar. Bu izotopun yarılanma ömrü 130 milyar yıldır. Uranyumun fizyon ürünleri arasında Sm-151 izotopu da bulunur.

Hangi Alanlarda Uygulamaları Vardır?

Samaryumun en yaygın kullanımı normal ve kalıcı mıknatıslardır. Sinema endüstrisi aydınlatmaları ve kanser tedavisinde de yaygın olarak kullanılan bir elementtir. Samaryum iyodür, kimyasal sentezlerde indirgeme maddesi olarak kullanılır. Sm-149 izotopu, güçlü nötron soğurucu özelliği sebebiyle nükleer reaktör kontrol çubuklarının katkılarındandır. Samaryum ayrıca, bazı kimyasal reaksiyonlarda ideal bir katalizördür.

Samaryum, bileşikleri ve alaşımlarının kullanıldığı bazı alan ve ürünler şunlardır; röntgen lazerleri, radyoaktif tarihleme uygulamaları, seramik, cam…

Samaryum Alaşımlı Mıknatıslar

Samaryum, kobalt ile birlikte kalıcı mıknatısların bileşenidir. Manyetik özelliklerini yıllarca koruyabilen kalıcı veya sürekli mıknatıslar arasında en bilinen mıknatıs türü, samaryum-kobalt alaşımı mıknatıslardır. İçeriklerindeki samaryum ve kobalt miktarına göre çeşitlere ayrılır. Bu mıknatıslar 500 ila 700 derece sıcaklıklarda bile manyetik özelliğini yitirmeden işlev görebilir. Samaryumun doğada az bulunması ve buna paralel olarak kobalt gibi pahalı olması bu tür mıknatısların yaygın kullanımını kısıtlamıştır. Bu sebeple 1970’li yıllarda icat edilen Sm-Co alaşımlı mıknatıslar, tahtını, 1980’li yıllarda icat edilen neodim, bor ve demir alaşımlı mıknatıslara bırakmıştır. Ancak günümüzde kullanımı hala yaygındır. Samaryum mıknatıslar, bazı elektronik cihaz ve sarf malzemelerinde kullanılır. Yüksek sıcaklıklarda çalışma yeteneğinin bir sonucu olarak hassas yönlendirmeli silahlarda da kullanılmaktadır.

Samaryum içeren mıknatısların kullanıldığı bazı ürünler şunlardır; kulaklıklar, elektrikli enstrümanlar ve müzik aletleri, manyetik pikaplar, güneş enerjisi ile çalışan model uçaklar…

Bunları Biliyor Musunuz?

• Samaryum-kobalt alaşımının mıknatıslanma özelliği demirden 10 bin kat daha fazladır.
  
• Ticari adı “Quadramet” olan radyoaktif samaryum izotopu Sm-153; akciğer, prostat, meme kanseri ve osteosarkom tedavilerinde kullanılan ve kanser hücrelerini öldürücü özelliği olan bir ilacın ana bileşenidir.
  
• Çözünmeyen samaryum tuzları toksik değildir; çözülebilen tuzları hafif toksiktir. Samaryum tuzları yutulduğunda yüzde 0,05 civarında bir miktarı kan dolaşımına katılır. Diğer kısmı vücuttan atılır. Kandaki samaryum miktarının yüzde 45’i karaciğerde, yüzde 45’i de kemiklerde birikir ve bu miktarlar vücutta 10 yıl kalabilir. Kandaki yüzde 10’luk miktarı da vücuttan atılır.
  
• Samaryum içeren mineraller yaygın olarak Çin, Amerika Birleşik Devletleri, Brezilya, Hindistan, Sri Lanka ve Avustralya’da bulunur. Samaryum üretiminde dünya lideri Çin’dir.
  
• Dünyadaki samaryum rezervlerinin toplam 2 milyon ton olduğu tahmin ediliyor.
  
• Samaryumun yıllık üretimi 700 ton civarındadır.