Erbiyum Nedir, Özellikleri Nelerdir?

Erbiyum, azrak toprak elementleri arasında yer alan bir metaldir. Fiber optik kablolarda, lazerlerde ve bazı ürünlerin renklendirilmesinde kullanılır.

Erbiyum, azrak veya lantanit elementlerden biridir. Manyetik özellikleri sebebiyle fiber optik kablolar başta olmak üzere lazerlerde, çeşitli renklendirme uygulamalarında önemli bir metaldir. Uygulandığı ürünlere pembe ve kırmızıya yakın tonlarda renk verir. Cerrahi lazerlerde etkin bir elementtir. Cilt hasarlarının onarılmasında kullanılan lazerlerin bir bileşenidir. Keşfedildiği yıllarda terbiyum elementi ile karıştırıldığı için yıllarca terbiyum olduğu sanılmıştır. Erbiyumla ilgili merakınızı giderebilecek bütün bilgileri makalemizde bulabilirsiniz.

Tarihçesi

Erbiyum, 1843 yılında İsveçli kimyager Carl Gustaf Mosander tarafından keşfedilmiştir. Erbiyumun keşfi, 1787 yılında gadolinit mineralinin bulunması ile başlayan bir süreçte gerçekleşti. İsveç’in Ytterby kasabasındaki bir taş ocağında İsveçli subay Carl Axel Arrhenius, olağandışı siyah bir mineral buldu. Daha sonra gadolinit adı verilen mineral, sürprizlerle doluydu. Hiçbir mineralde bulunmayan içerikler barındırıyordu. Kimyagerlerin analizleri sonucu gadolinitle bağlantılı 16 farklı yeni element keşfedildi.

Gadolinit üzerinde çalışma yapan kimyagerlerden biri de Mosander’di. Gadolinitte uzun ve karmaşık çalışmanın ardından minerali üç bölüme ayrıştırmayı başardı. İttria, terbia ve erbia oksitlerini ayrıştıran Mosander, erbiyum okside “terbiya” adını verdi. Mosander, 1843 yılında erbianın yeni bir madde olduğunu keşfetti. Nadir toprak elementleri arasındaki benzerlik sebebiyle erbia ve terbia isimlerinde yaşanan karışıklık, 1860 yılından sonra adların değiştirilmesiyle çözüldü. 1877 yılında terbia adı, bilim dünyasında erbia olarak değiştirildi. Daha sonraki yıllarda erbianın; erbia, holmia, tulia ve itterbia adlı oksitlerden oluştuğu ortaya çıktı. 1905 yılında Fransız kimyager George Urbain ve Amerikalı kimyager Charles James, bağımsız olarak oldukça saf erbiyum oksit elde etmeyi başardı. 1934 yılında Wilhelm Klemm ve Heinrich Bommer, saf metal erbiyumu, erbiyum klorür ve potasyum metalinin tepkimesi ile izole etti.

“Erbiyum” kelimesi, İsveç’in Ytterby kasabasından esinlenilerek türetilen sözcüklerden biridir. Ytterby kasabasına atfen isimlendirilen diğer elementler itriyum, iterbiyum ve terbiyumdur.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Erbiyumun kimyasal simgesi “Er”dir. Atom numarası 68, atom ağırlığı 167,25, yoğunluğu 9,06 grcm3’tür. Erime noktası 1529 derece, kaynama noktası 2868 derecedir. Periyodik tablonun 3-B grubunda, lantanit yani nadir toprak elementleri serisinde yer alır. Gümüşî beyaz görünümündedir. Kristal yapısı hekzagonaldır. Yumuşak ve parlak bir elementtir. Dövülebilir, ince tabakalara çekilebilir. Elektropozitifliği yüksektir.

Erbiyum, nadir toprak elementlerinin karakteristik özelliklerini sergiler. Holmiyum ve disprosyum elementleri ile neredeyse özdeştir. Orta derecede reaktiftir. Havada oldukça kararlıdır. Hızla oksitlenme eğilimi gösterir. Erbiyum oksit ve erbiyum bileşikleri pembe ve kırmızıya yakın tonlardadır. Bileşikleri genellikle +3 değerliklidir. Metal erbiyum, oksijen ve su ile yavaş yavaş oksitlenir; ancak diğer nadir toprak elementlerine oranla korozyon direnci yüksektir. Erbiyum metali, tüm halojenlerle reaksiyona girer. -253 derecenin altındaki sıcaklıklarda ferromanyetik özellik kazanır ve iletkenliği yüksek düzeye çıkar. Yani mıknatıslardan ve manyetik alanlardan kuvvetli bir şekilde etkilenir. -253 ve -118 derece arasında antiferromanyetiktir. -188 derecenin üzerinde çok güçlü paramanyetiktir. Yani herhangi bir manyetik alanda mıknatıslanır ve kendisini mıknatıslaştıran madde tarafından zayıf bir kuvvetle çekilebilir.

Erbiyum, doğada az bulunur. Saf olarak bulunmaz. Dünyanın kabuğunda en bol bulunan elementler arasında 44. sıradadır. Yerkabuğundaki erbiyum içeriği kilogramda 2,8 miligram civarındadır. Genellikle nadir toprak elementleri minerallerinden ksenotim ve öksenitte içeriği vardır. Monzait, bastnasit, gadolinit ve fergusonit minerallerinde de bir miktar bulunur. Ticari olarak bu minerallerden iyon değişimi yöntemi kullanılarak elde edilir. Metal erbiyum, susuz florür bileşiğinin kalsiyumla indirgenmesi ile hazırlanır. Metal formunun elde edilmesi zordur. Nükleer fisyon ürünleri arasında da bulunur.

Erbiyum, doğada 6 izotopun karışımından oluşur. Bu izotoplar ve içerik oranları şöyledir; Er-162 (% 0,14), Er-164 (% 1,61), Er-166 (% 33,61), Er-167 (% 22,93), Er-168 (% 26,78), Er-170 (% 14,93). Atom kütle numaraları 142 ila 177 arasında değişen 30 adet radyoaktif izotopu da bulunur. Tüm radyoaktif izotopları nispeten kararsızdır. Yarılanma ömürleri 1 saniye (Er-145) ile 9,4 gün (Er-169) arasında değişir. Ayrıca 13 adet de meta izomeri bulunur. En karalı meta izomeri Er-167m’nin yarılanma ömrü 2,269 saniyedir. En yaygın ve karalı izotopu Er-166’nin birincil bozunma modu elektron yakalama, ikincil bozunma modu beta çürümesidir. Er-166’dan önceki izotoplarının bozunma ürünleri holmiyum izotopları; sonraki izotoplarının bozunma ürünleri de tulyum izotoplarındır.

(Erbiyum, fiber optik kablolar için çok ideal bir elementtir.)

Hangi Alanlarda Uygulamaları Vardır?

Erbiyum, doğada az bulunması sebebiyle uygulamaları sınırlı bir elementtir. Ticari uygulamaları da sınırlı sayıdadır. En önemli ticari kullanımı fiber optik kablolar ve medikal lazerlerdir. Erbiyum lazerler az ısı üretir ve yan etkileri diğer lazerlere göre daha azdır. Fiber optik kablolar, bir lazer yükseltici olarak işlev görür ve erbiyum katkılı lifler içerir. Nükleer teknolojide nötron emici kontrol çubuklarında kullanılan erbiyum, bazı alaşımlara da çeşitli özellikler kazandırır. Erbiyum-vanadyum alaşımında erbiyum sertliğini kaybeder ve işlenebilir bir özellik kazanır. Vanadyum ve titanyum ile alaşımları nükleer endüstride kullanılmaktadır. Erbiyum-nikel alaşımı, yüksek manyetik özellikler içerir; olağan dışı yüksek bir spesifik ısı kapasitesine sahiptir; düşük sıcaklıklarda rejeneratif ısı değişimi gereken kriyojenik soğutucularda bir rejeneratör malzemesi olarak kullanılır.

Cam renklendirme uygulamalarında ideal bir elementtir. Kübik zirkon ve porselen renklendirici olarak da kullanılabilir. Güneş gözlükleri ve yapay mücevher taşları gibi ürünlerde renklendirme maddesi olabilir. Porselen emaye sırlara ve oksit camların renklendirilmesinde de kullanılır. Bu ürünlere pembe ve tonlarında renk vermek için erbiyum katkıları kullanılır.

Erbiyum, alaşımları ve bileşiklerinin kullanıldığı bazı ürün ve alanlar şunlardır; kızılötesi soğurma camı, fosforaışıl maddeler, medikal lazerler, fiber optik kablolar, seramikler, fotografik filtreler, güneş gözlükleri, cam işleme ve kaynak gözlükleri…

(Erbiyum içeren fiber optik elyaflar..)

Bunları Biliyor Musunuz?

• Erbiyum, 1990’lı yıllara kadar pek fark edilmeyen ve kullanılmayan bir elementken fiber optik kabloların yaygınlaşmaya başlaması ile bir anda değerli hale gelen bir elementtir. Kuvvetli bir rezonans özelliği olan erbiyum, 1,550 mikrometre dalga boylarında foton yayar. Bu sebeple uzun mesafeli telefon ve veri kablolarındaki sinyal amplifikatörlerinin bir parçası olarak fiber optik kablolarda ve telekomünikasyon uygulamalarında kullanılır. (Rezonans veya tınlaşım; sonsuz genlik olarak da bilinir. Bir sistemin bazı frekanslarda diğerlerine göre daha büyük genlerde salınması eğilimine verilen addır.)
  
• Erbiyum gibi nadir toprak elementlerinin çoğu görünür, ultraviyole ve kızılötesi bölgelerde keskin absorpsiyon bantlarına veya spektrumuna sahiptir. Elektronik yapıları ile ilişkili olan bu özellik, nadir toprak elementleri tuzlarının birçoğuna pastel renkler kazandırır.
  
• Erbiyum lazerler, ısı birikimi olmadan enerji dağıtımı yapabilir. Bu sebeple tıbbi uygulamalarda, cilt tedavilerinde ve özellikle dişçilikte ideal bir lazer çeşididir. Cilde derinden nüfus etmediği için ciltteki kırışıklıklar, yara, dövme ve sivilce izlerini gidermede erbiyum lazerler kullanılır.
  
• Erbiyum lazerlerin diş çürüklüğü ve dolgu uygulamalarında güvenli ve etkili sonuçlar verdiği kanıtlanmıştır.
  
• Erbiyum izotopları arasında en kullanışlı olan izotopu Er-168’dir. Romatizmal hastalıklarda sitrat formunda kullanılan Er-169’un üretimi Er-168 ile yapılır.
  
• Erbiyumun biyolojik bir rolü bulunmuyor. İnsanlar, hayvanlar ve bitkiler üzerindeki etkileri de bilinmiyor. Diğer lantanitler gibi toksik olabileceği varsayılıyor. İnsanların erbiyum yutması halinde kemiklerde, böbreklerde ve karaciğerde birikir. Erbiyum tuzları, metabolizmayı uyarabilir. Toz erbiyumun alev alma ve patlama tehlikesi vardır.
  
• Lantanit minerallerden en çok erbiyum içeren cevherler başlıca Moğolistan, Çin, Rusya, Avustralya, ABD ve Hindistan’da bulunur.
  
• Dünya genelinde erbiyum üretimi yaklaşık 500 tondur.