Skandiyum Nedir?

Skandiyum, yumuşak ve yoğunluğu suyun yaklaşık üç katı olan gümüşi bir metaldir. Skandiyum bir geçiş metalidir ve benzer kimyasal özellikleri (çıkarma ve diğer elementlerden ayırma zorluğu gibi) ve aynı cevherlerde bulunması nedeniyle nadir toprak elementi olarak da kabul edilir.

Skandiyum, Periyodik Tablo’ya göre Dünya’da en bol bulunan 31. elementtir ve Dünya’nın kabuğunda ağırlıkça milyonda yaklaşık 22 parça bolluğa sahiptir.

Skandiyum ince bir şekilde dağılmıştır ve 800’den fazla mineralde bulunmuştur. Bu mineraller içinde skandiyum oksit formunda (Scandia veya skandiyum oksit olarak da bilinen Sc2O3) bulunur. Skandiyum oksit için kilogram başına birkaç bin dolar ve saf skandiyum için kilogram başına birkaç yüz bin dolara kadar, bu elementin maliyeti tipik olarak yüksek olsa da birçok ticari kullanımı vardır.

Element Özellikleri

Atom numarası (çekirdekteki proton sayısı): 21
Atomik sembol (elementlerin periyodik tablosunda): Sc
Atomik ağırlık (atomun ortalama kütlesi): 44.9559
Yoğunluk: inç küp başına 1,734 ons (cm küp başına 3,0 gram)
Oda sıcaklığında faz: katı
Erime noktası: 2,804 Fahrenheit derece (1,540 santigrat derece)
Kaynama noktası: 5,126 F (2,830 C)
Doğal izotop sayısı (aynı elementin farklı nötron sayısına sahip atomları): 1. Ayrıca laboratuvarda oluşturulan 13 yapay izotop vardır.
En yaygın izotoplar: Sc-45 (doğal bolluğun yüzde 100’ü)

Tarih

New World Encyclopedia’ya göre, periyodik tablonun mucidi Rus kimyager Dmitri Mendeleev, 1869 yılında skandiyumun (“ekaboron” olarak adlandırdığı – bora benzer) varlığını ve özelliklerini tahmin etmiştir. İsveçli bir kimyager olan Lars Fredrick Nilson, öksenit ve gadolinit minerallerinin spektrumlarını incelerken elementi 1879 yılında keşfetmiştir. Hollandalı bir tarihçi olan Peter van der Krogt’a göre, skandiyumun o zamanlar sadece İskandinav Yarımadası’nda bulunduğu mineraller nedeniyle elemente Latince İskandinavya anlamına gelen “Scandia” adı verilmiştir. İsveçli bir kimyager olan Per Teodor Cleve, Nilson tarafından keşfedilen yeni elementin Mendeleev tarafından tanımlanan elementle aynı olduğu bağlantısını kurmuştur.

Skandiyumu izole etmeye yönelik ilk girişimde Nilson ve ekibi 10 kilogram ökseniti işledi ve yaklaşık iki gram skandiyum oksit üretmeyi başardı. New World Encyclopedia’ya göre, metalik skandiyum ilk kez 1937 yılına kadar Alman kimyagerler Werner Fischer, Karl Brünger ve Hans Grienseisen tarafından üretilmemiştir. 1960 yılında yüzde 99 saflıkta skandiyum üretildi.

Kim Biliyordu ki?

Skandiyum havaya maruz kaldığında oksitlenir ve yüzeyinde skandiyum oksit oluşumu nedeniyle rengi sarı veya pembe tonlarında olur.

Skandiyum Ay’da ve Güneş’te, Dünya’dakinden daha bol miktarda bulunur. Ve Dünya’da skandiyum, belirli yerlerde yoğunlaşmak yerine yüzey boyunca ince bir şekilde yayılma eğilimindedir.

Skandiyum esas olarak Çin, Kazakistan, Madagaskar, Norveç ve Rusya’da çıkarılmaktadır ve büyük bir kısmı eski Sovyetler Birliği’ndeki Soğuk Savaş dönemi stoklarından gelmektedir. Aynı zamanda 2022 Temmuz ayında Eskişehir’de de çok ciddi miktarlarda bu elementten keşfedilmiştir.

Amerika Birleşik Devletlerinde üretilen toplam skandiyum miktarı “sektörde ticari bir sır” olarak kabul edilmekte ve açıklanmamaktadır.

Skandiyum biyolojide hiçbir rol oynamaz ve ortalama bir insan günde 0,1 mikrogramdan daha azını alır ve bilinen hiçbir sağlık etkisi yoktur.

Skandiyum-alüminyum alaşımları, alaşımın yüzde 0,5’i kadar az bir kısmı skandiyum olsa bile, geleneksel alaşımlara göre daha iyi mukavemete, yeniden kristalleşmeye karşı daha iyi dirence, daha küçük tane boyutuna ve sıcak çatlamaya karşı daha iyi dirence sahiptir.

Skandiyum esas olarak yüksek yoğunluklu aydınlatma ve cıva buharlı lambalar (çoğunlukla fotoğrafçılık ve televizyon/filmler için kullanılır) oluşturmak için kullanılır Skandiyum, doğal güneş ışığına çok benzeyen ışık üretir. İngiliz astronom ve yazar David Darling’e göre skandiyum ayrıca alkalin pillerde, katalizör olarak (skandiyum oksit olarak) ve bitki tohumlarının çimlenmesini iyileştirmek için (skandiyum sülfat olarak) kullanılır.

Jeolojik araştırma kurumları, 2015 yılında skandiyumun en yüksek kullanım alanlarının katı oksit yakıt hücreleri ve alüminyum-skandiyum alaşımları olduğunu, daha az miktarda skandiyumun ise seramik, elektronik, lazer ve radyoaktif izotoplarda kullanıldığını bildirmektedir.

Skandiyum ayrıca bisiklet çerçeveleri ve beyzbol sopaları gibi özel spor ekipmanlarının yapımında kullanılan alaşımlarda da kullanılmaktadır. Spor ekipmanları için geleneksel alaşımlara kıyasla skandiyum alaşımları kullanmanın faydaları daha fazla güç, daha hafif ağırlık ve korozyona karşı dirençtir.

Suudi Arabistanlı bir mühendis olan Zaki Ahmad tarafından 2003 yılında yapılan ve Journal of the Minerals, Metals, and Materials Society’de yayınlanan bir çalışmada, skandiyumla güçlendirilmiş alüminyumun yukarıda açıklananların yanı sıra havacılık uygulamaları (dökme kafalar, ısı kalkanları, tekerlekler, yakıt ve egzoz sistemleri ve daha fazlası), otomotiv ve hava taşımacılığı (tekerlekler, tamponlar, çerçeveler, pistonlar, hava yastığı kutuları) ve tuzdan arındırma tesisleri ve tekne motorları gibi tuzlu su ortamlarında kullanılabilecek bazı uygulamaları açıklanmıştır.

Skandiyum-alüminyum alaşımlarının ilk kullanım alanları öncelikle Sovyet ordusu tarafından desteklenmiştir. Alaşımlar, o dönemde en yaygın alaşımlara (çoğunlukla alüminyum-magnezyum ve alüminyum-lityum) göre avantajları nedeniyle esas olarak MIG 29 avcı uçaklarında ve füzelerde kullanılmıştır.

Radyoaktif izotop skandiyum-46 petrol rafinasyonunda petrol hareketini izlemek için bir izleyici olarak ve yeraltı borularında sızıntıları tespit etmek için kullanılır.

Su, skandiyum üzerinden geçtiğinde sudaki oksijenle reaksiyona girerek hidrojen gazı açığa çıkar.
Skandiyum safsızlıkları, akuamarin değerli taşı olarak bilinen beril çeşidine mavi rengi verir.

Güncel Araştırmalar

Skandiyumla ilgili araştırmaların çoğunluğu skandiyum alaşımlarının, özellikle de alüminyumla birlikte kullanımı üzerinedir. Bu çalışmaların çoğu skandiyumu diğer metallerle birleştirmenin faydalarını ve alaşımların ne için kullanılabileceğini tartışmaktadır. Amerikalı bir mucit olan William Tack tarafından 1997 yılında alınan patent gibi alaşımlarla çalışma konusunda yeni yöntemler ve Avustralyalı bir grup araştırmacı olan Weiwei Wang ve arkadaşları tarafından 2010 yılında Elsevier’in Hidrometalurji bölümünde yayınlanan bu çalışma gibi çeşitli kaynaklardan skandiyum geri kazanımı konusunda devam eden çalışmalar bulunmaktadır.

Tack’in patenti, alüminyum-skandiyum alaşımlarının kaynak kullanılarak bisiklet çerçevesi gibi yapıların birleştirilmesinde kullanılmasına yönelik bir yöntemi tanımlıyordu. Kullanılan alaşımlar, kaynak tekniğini kullanarak çeşitli yapılar için en iyi malzeme kombinasyonunu belirlemek amacıyla silikon, manganez, magnezyum, zirkonyum, titanyum ve bakır gibi diğer “dolgu maddeleri” ile birlikte çeşitli miktarlarda skandiyum içeriyordu.

2010 yılında yapılan çalışmada skandiyumun çeşitli kaynaklardan geri kazanımı için çeşitli süreçler tanımlanmıştır. Skandiyum öncelikle uranyum, alüminyum, titanyum, zirkonyum ve diğer nadir toprak cevherleri gibi diğer cevherlerin madenciliğinin bir yan ürünü olarak geri kazanılır. Kalan cevherlerdeki skandiyumu geri kazanmak için liç, solvent ekstraksiyonu, çökeltme ve kalsinasyon dahil olmak üzere çeşitli teknikler kullanılmaktadır.

Bazı araştırmalar skandiyumun okyanustaki önemini tartışmaktadır. Eser metaller okyanus ortamının sağlığı için gerekli mikro besinlerdir ve demir üzerinde en çok çalışılan element iken, skandiyum okyanusta bulunan ve üzerinde en az çalışılan eser elementlerden biri olmuştur. Skandiyum için bilinen bir biyolojik rol yoktur. Bu nedenle, okyanusta çözünen skandiyum, okyanus demir döngüsünün besin olmayan tarafıyla ilgili olabilir.

Çeşitli çalışmalara dayanan, okyanusta çözünmüş skandiyum ve demir benzer dağılımlara, konsantrasyonlara ve reaktiviteye sahiptir (benzer bir inorganik bileşiğe dayanarak). Hem demir hem de skandiyum ve bunların okyanus içindeki özelliklerinin incelenmesinin “okyanusta meydana gelen fiziksel, kimyasal ve biyolojik süreçler hakkında yeni bilgiler” sağlayabileceği sonucuna varılmaktadır.

Kaynakça:

BBC

Yazar: Tuncay Bayraktar