Seryum Nedir, Özellikleri Nelerdir?

Seryum, lantanit grubu elementler arasında farklı özellikleri ile ayrıcalıklı elementlerden biridir. Yaygın bulunan “nadir” elementlerdendir.

Seryum, nadir toprak elementleri arasında ilk olarak keşfedilen metaldir. Adını cüce gezegen “Ceres”ten alan seryum, grubundaki diğer lantanitlere göre farklı özellikler sergiler. Bu sebeple kullanım alanı da çeşitli ve yaygındır. Katıldığı alaşımlara sıcaklığa karşı direnç kazandırır. Yanık ilaçlarında kullanılabilen bir elementtir. Keşfedildikten sonra ilk olarak gaz lambası gömleklerinde kullanılmıştır. Çakmaktaşları yüzde 50 oranında seryum ihtiva eder. Diğer ayrıntılara makalemizden ulaşabilirsiniz.

Tarihçesi

Seryum, 1803 yılında Jöns Jacob Berzelius ve Wilhelm Hisinger tarafından İsveç Bastnas’taki bir demir madeninde bulunan mineralde keşfedildi. Aynı yıl içinde bağımsız olarak Almanya’da kimyager Martin Heinrich Klaproth tarafından da keşfedilmiştir.

Berzelius ve Hisinger, nadir toprak elementlerini bünyesinde barındıran silikat minerali seritte keşfettikleri seryumun tuzlarını hazırlayarak kimyasal reaksiyonlarını araştırdı. Saf metal seryumu izole etmeyi başaramasalar da seryumun iki oksidasyon hali olduğunu tespit etmeyi başardılar. Bunların biri renksiz tuz, diğeri sarı kırmızı haldeydi. Berzelius ve Hisinger, analiz sonuçlarını Klaproth’tan önce yayınladı ve bilim dünyasına seryum kâşifi olarak adlarını yazdırdılar.

Metal seryum ilk olarak 1839 yılında Berzelius’un çalışma arkadaşı İsveçli kimyager Carl Gustaf Mosander tarafından izole edildi. İlk olarak ‘seria’ adı verilen oksit formunda izole edildi. Seryumun ilk uygulaması, Avusturyalı kimyager Carl Auer von Welsbach’ın icat ettiği gaz lambası mantolarıdır (gömlek). Welsbach, 1892 yılında saf toryum oksidi mavi ışığına rağmen seryum dioksitle karıştırarak parlak beyaz bir ışık elde etti. Seryum dioksit, toryum dioksidin yakılması için katalizör görevi gördü. Welsbach’ın icadı ticari anlamda büyük bir talebe yol açtı. Toryuma olan taleple doğru orantılı olarak seryum talebi de arttı. Welsbach ayrıca, ferroseryum adı verilen ve çakmaktaşı olarak bilinen seryum içeren demir alaşımını da icat etmiştir.

“Seryum” kelimesi, Güneş sisteminin en büyük cüce gezegeni, 1801 yılında keşfedilen Ceres asteroitinden esinlenilerek üretilmiştir. Ceres, aynı zamanda Roma mitolojisinde anne sevgisinin ve tahıllar gibi büyüyen bitkilerin tanrıçasının da adıdır. İngilizcesi “cerium” şeklindedir. Simgesini de bu kelimeden almıştır.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Seryumun kimyasal sembolü “Ce”dir. Atom numarası 58, atom ağırlığı 140,11, yoğunluğu 6,77’dir. Erime noktası 799 derece, kaynama noktası 3443 derecedir. Periyodik element tablosunun 3-B grubunda yer alan lantanit serisinin ikinci elementidir. Geleneksel olarak nadir toprak elementlerinden kabul edilir. Kristal yapısı, 726 derecenin altında yüzey merkezli kübik kafes şeklindedir. 726 derecenin üzerinde vücut merkezli kübik bir kristal yapıya geçer. Gümüş parlaklığında, gümüşî beyaz renkte, yumuşak, sünek bir metaldir. Bileşiklerinin bazıları sarı ve kırmızı renklidir. Saf seryum bıçak ile kesilebilir, kolayca işlenebilir. Elektropozitifliği yüksektir.

Seryum, havadan etkilenir, donuklaşır, demirin paslanması gibi yüzeyinde yıpranan bir oksit tabakası oluşturur. Yüzeyi bir yıl içinde tamamen korozyona uğrar. Suyla reaksiyona girer. Soğuk suda yavaş olan reaksiyon sıcaklık arttıkça hızlanır. Bu reaksiyondan seryum hidroksit ve hidrojen gazı üretir. Metal formu, trihalid vermek üzere tüm halojenlerle reaksiyona girer. Seryum oksidi oluşturmak için 150 derecede kolaylıkla yanar. Seryum okside ‘seria’ adı da verilir; florit yapısına sahiptir; beyaza yakın soluk sarı renktedir, sülfat asidinde çözünür. Öğütülürken ve çizildiğinde ortaya çıkan talaşlar kendiliğinden yanar. Yani piroforiktir. Oksidinin florit yapısı, praseodimyum ve terbiyum dioksitlere benzer. Fluor ile reaksiyonunda stabil beyaz tetraflorür üretir. Demir ile alaşımı oldukça reaktiftir.

Doğada nadir değildir, saf olarak bulunmaz. Nadir toprak elementleri arasında anılsa bile yerkabuğunda en bol bulunan elementler arasına 26. sıradadır. Yerkabuğunun ağırlıkça yaklaşık yüzde 0,0046’sını seryum oluşturur. Lantanitler arasında en yaygın nadir toprak elementidir. Kurşun ve kalay gibi metallerden daha yaygın bulunur. Yaygınlık bakımından seryumdan sonraki elementler neodimyum, lantan ve praseodimdir. Deniz suyu, trilyonda 1,5 parça seryum içerir.

Doğada genellikle serit, monazit, bastnatsit ve allanit minerallerinde bulunur. Bu mineraller aynı zamanda en önemli ticari kaynaktır. Bu minerallerdeki lantanit metallerin hemen hemen yarısını seryum oluşturur. Diğer nadir toprak elementleri ile birlikte bulunur. Komşu elementlere ve serisindeki diğer elementlere oranla minerallerinden kolay ayrıştırılır. Bunun sebebi, diğer lantanit elementlerinde olmayan özelliği, +4 değerlikli hale yükseltgenebilmesidir. Seryum oksit, bastnatsit cevherinin ısıtılması ve hidroklorik asit ile muamele edilmesi yoluyla üretilir. Metalik seryum, seryum flüorürün kalsiyum ile ısıtılması veya erimiş seryum oksidin elektrolizi yöntemi ile elde edilir. Seryum; uranyum, plütonyum ve toryumun fisyon ürünleri arasında da yer alır.

Seryum, doğada dört izotopun karışımından oluşur. Bu izotoplar; Ce-136 (% 0,19), Ce-138 (% 0,25), Ce-140 (88,4), Ce-142 (% 11,1) şeklindedir. En kararlı izotopu Ce-140’dır. Diğer izotopları yapay ve radyoaktiftir. Çoğu kararlı izotoplarından Ce-144’ün yarılanma ömrü 285 gündür. Diğer bazı izotoplarının yarılanma ömürleri şöyledir; Ce-139 (137,6 gün), Ce-143 (33 gün), Ce-141 (32,5 gün). Bazı radyoaktif izotoplarının yarılanma ömürleri yaklaşık 4 gündür. Bazıları da 10 dakikadan az yarılanma ömrüne sahiptir. Nükleer izomerleri hariç, atom kütle numaraları 119 ila 157 arasında değişen 38 adet radyoaktif yapay izotopu karakterize edilmiştir. Seryum, değişken bir elektron yapısına sahiptir. Genellikle serisinin +3 oksidasyon durumunu sergiler. Suyunu oksitlemeyen kararlı +4 bir oksidasyon durumuna da sahiptir.

Hangi Alanlarda Uygulamaları Vardır?

Seryum, ticari kullanımı yaygın olan elementlerdendir. Özellikle seryum oksit (seria), ticari anlamda yaygın olarak kullanılan bir bileşiktir. Seria, yüksek kaliteli optik yüzeylerde kullanılan diğer metal oksitlerin yerini almıştır. Alaşımlar başta olmak üzere aydınlatma sistemlerinde aranan bileşenlerden biridir. Demir alaşımlarında önemli bir maddedir. Süper alaşımların yüksek sıcaklık oksidasyon direncini artırmak için yaygın olarak kullanılır. Endüstriyel ölçekli elektrosentez uygulamalarında geri dönüşümlü bir oksidan olarak metansülfonik asit çözeltilerine seryum katılır. Bazı bileşikleri organik kimyada, elektronik bileşenlerde oksitleyici olarak, kantitatif analizlerde birincil standart olarak kullanılır.

Televizyon ekranlarında ve floresan lambalarda kullanılan fosforlar için önemli bir bileşen olan seryum, güneş ışığına maruz kalmış pigmentlerde polimer oluşumunu önler. Yüzde 50 oranında seryum ihtiva eden Misch metali (çakmaktaşı), çeşitli alaşımlarda yükseltgenmeyi önleyici, vakum tüplerinde oksijen giderici olarak kullanılır. +4 değerlikli bileşikleri, iyi bir oksitleyici ajanıdır. Seryum tuzları, fotoğrafçılıkta ve dokuma sanayisinde kullanılır. Seryum oksidin nanopartikülleri, dizel yakıtı için daha fazla yanmaya ve egzoz emisyonlarını azaltmaya yardımcı olması için ideal bir katkı maddesidir. Seryum oksit katkısı, motordaki kurumları yok ederek motor performansını artırır. Seryum oksit ayrıca, cam yüzeyleri cilalamak için kullanılır. Seryum sülfür, zengin kırmızı renkte toksik olmayan bir bileşiktir ve pigment olarak kullanılır. Bu pigmentler oyuncaklarda, mutfak kaplarında kullanılabilir.

Seryum, bileşikleri ve alaşımlarının kullanıldığı bazı alanlar ve ürünler şunlardır; cam cila, katalitik konvertörler, pigmentler, televizyon cam plakaları, jet motorları alaşımları, karbon ark lambaları, porselen kaplamalar, enerji tasarruflu ampuller, projektörler, mıknatıslar, paslanmaz çelik, akkor lambalar, manyetik optik kompakt diskler, krom kaplamalar, gözlükler, kendi kendini temizleyen fırınların yüzeyleri…

Bunları Biliyor Musunuz?

• Seryum, lantanitler arasında ilk olarak keşfedilen elementtir.
  
• Misch metal (karışık metal), nadir toprak elementlerinden oluşan bir alaşımdır. “Seryum mischmetal” olarak da bilinir. Yüzde 50 seryum, yüzde 25 lantan ve yüzde 25 oranında da neodimyum ve praseodimyum içerir. Ateşleme cihazlarında çakmaktaşı olarak kullanılır. Darbe aldığında kıvılcım verir. Daha iyi kıvılcım vermesi için demir oksit ve magnezyum oksit karıştırılır. Bu karışımla “ferroseryum” veya “ferroeryum” adı verilen daha sert bir madde elde edilir.
  
• Seryum, insan sağlığı için biyolojik bir role sahip değildir. Orta düzeyde toksik özellikler gösterir. Fosfat minerallerinden gıda zincirine katılarak kemiklerde küçük miktarlarda birikebilir. Bu miktar tehlikeli olarak değerlendirilmiyor.
  
• Seryum, havada 65 ila 80 derece aralığındaki sıcaklıklarda kendiliğinden tutuşabilir. Seryum dumanları zehirleyici özellikler taşır.
  
• Seryum nitrat bileşeni yanık enfeksiyonları tedavisinde kullanılan ilaçların içeriğinde bulunur. Ayrıca, immünosüpresyon (bağışıklık baskılayıcı) oluşumunu azaltır.
  
• Seryumun yıllık üretimi 20 ila 30 bin ton arasında değişir.
  
• En yaygın seryum minerali oluşumları Hindistan, Brezilya ve Güney Kaliforniya’da görülür.