Prometyum, lantanit grubuna ait kimyasal bir elementtir. Tüm izotopları radyoaktif olduğu için pratik olarak doğada oluşmamaktadır. İlk olarak 1945’te yapay olarak elde edilmiştir. En uzun ömürlü izotop olan promethium-145, 18 yıllık bir yarı ömre sahiptir.
Tarihi
Prometyum, kısa ömürlü bir radyoaktif element olarak doğada yok denecek kadar az miktarlarda (tahminlere göre yerkabuğundaki içeriği birkaç yüz gram) bulunmaktadır. Ayrıca birçok araştırmacının çabalarına rağmen analitik olarak bulunamamıştır.
Prometyum’un keşfinin tarihi, nadir toprak elementlerinin araştırılmasında ve keşfinde birkaç kuşak araştırmacının üstesinden gelmek zorunda olduğu olağanüstü zorlukları açıkça göstermektedir. 1907’de iterbiyum ve lutetyumun keşfinden sonra, nadir toprak elementleri serisinin tamamen tamamlandığına inanılıyordu. Bununla birlikte, bazı önde gelen araştırmacılar, özellikle B. Brauner, neodimyum ve samaryum arasındaki nadir toprak elementlerinin dizisinde arayışlarda bulunmuştur. Bu iki elementin atom kütlesindeki fark anormal derecede yüksek olduğu için bir element daha olması gerektiğine inanıyorlardı.
G. Moseley, atom çekirdeğinin yükü ile Periyodik sistemdeki yeri arasındaki bağlantıyı kurduktan sonra, nadir toprak elementleri grubunda 61 numaralı elementin yokluğunu ortaya çıkarmıştır. Ayrıca 1920’lerde bu konu hakkında yoğun bir arayış başlamıştır.
1924-1926’da, ABD‘de Urbana-Champaign’deki Illinois Üniversitesi’nde İtalya’da (Brezilya mineral monazitinden) 61 elementi olan floransa ve illinium’un keşfi hakkında iddialar vardı. Ancak daha sonra hatalı olduğu ortaya çıkmıştır.
1945’te Amerikalı kimyagerler D. Marinsky, L. Glendenin ve C. Coryell, iyon değişim reçineleri kullanarak uranyum fisyon ürünlerinden prometyumu izole etmişlerdir. 1947’de prometyum, kimyasal özellikleri üzerine yapılan çalışmalar sayesinde yeni bir elementin varlığı olarak kanıtlanmıştır.
Prometyum İzotopları
Ana madde: promethium izotopları
Kütle numaraları 126 ila 163 arasında olan (proton sayısı 61, nötron sayısı 65 ila 102) ve 18 nükleer izomeri olan ve bilinen prometyum izotoplarıdır. Bu element de, kararlı izotoplar yoktur. Doğada sadece uranyum-235 ve uranyum-238’in kendiliğinden fisyonunun bir ürünü olarak az miktarlarda bulunmaktadır.
İlk yapay izotop 1945’te sentezlenmiştir. En kararlı olanı, 17.7 yıllık yarı ömrü ile 145Pm, 5.53 yıllık yarı ömrü ile 146Pm ve 2.62 yıllık yarı ömrü ile 147Pm’dir.
Adının kökeni
Zeus’tan ateşi çalıp insanlara teslim eden insanların koruyucusu titan Prometheus un onuruna bu ismi almıştır. 1950’de IUPAC Atom Ağırlıkları Komisyonu 61. elemente promethium adını vermiştir. Bununla birlikte tüm eski isimler – illinium, florence, cyclonia ve prometheus iptal edilmiştir.
Promethium metali, PmF3’ten metallotermi ile üretilmektedir. 147Pm, nükleer reaktörlerde üretilen çeşitli elementlerin radyoaktif izotoplarının bir karışımından salınmaktadır.
Kullanım alanları
Promethium-147 (yarılanma ömrü 2.64 yıl) beta bozunumuna uğrayarak samaryum-147’ye dönüşmektedir. Ayrıca Pm2O3 oksit formunda kullanıldığı radyoizotop akım kaynaklarının üretiminde ve gama ışını olmamasından dolayı kullanılmaktadır. Ayrıca bozunması, radyasyonunda nispeten güvenlidir.
Prometyum oksitte açığa çıkan güç (sinterlenmiş durumda yaklaşık 6,6 g/cm³ yoğunluğa sahip) 1,1 W/cm³’e yaklaşmaktadır.
Radyolüminoforlarda β-radyasyonundan parlamalarına neden olan bir katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda, α-radyasyonuna dayalı patojenin aksine, radyoluminoforun hızlı yaşlanmasına yol açmamaktadır.
Prometyum elementi hakkında gerçekler
- Prometyum, lantanit ailesinin kararlı bir izotopu olmayan tek elementidir. Bu nedenle doğada uranyum-235 ve uranyum-238’in yarı ömür ürünü olarak bulunmaktadır.
- Prometyum elementi lantanit ailesine aittir. Bu alt grup, seri numarası 58 ila 71 olan 15 elementten oluşmaktadır. Aynı kimyasal ve fiziko-kimyasal özelliklere de sahiplerdir.
- Element radyoaktiftir. Ancak insanlar için ölümcül olan γ-radyasyonunu üretmemektedir. Elektronlar – β-ışınları yaymaktadır. Piller enerji olarak kullanılmaktadır. Bir raptiyeden biraz daha büyüktür. Ayrıca 5 yıl boyunca değiştirilmeden çalışmaktadır.
- Prometyum pil, işitme cihazının boyutunu 4 kat küçültmeyi mümkün kılmıştır. Bununla birlikte İsviçreli markanın kol saati 7 yıl boyunca hiç durmadan çalışabilmiştir.
- Japon mobil uygulama geliştiricileri, 2022 yılına kadar ilk Prometyum pilli telefonu piyasaya sürme sözü vermişlerdir. Otomobil endüstrisi, arabadaki pilin boyutu göz önüne alındığında, bir elektrik motorundan daha ucuz bir enerji kaynağı elde edebilirsiniz.
- Nadir toprak metalleri grubuna aittir. Nadiren karasal minerallerde de bulunmaktadır. Ayrıca serbest formdaki içeriği yaklaşık 560 gramdır. Bu elementin varlığına dair bu kadar uzun bir kanıt arayışının nedeni budur. 18 yıl ile bilinen tüm radyoaktif elementler arasında en kısa izotop yarı ömre sahipken, 147Pm izotopunun sadece 2,6 yılı vardır.
- Yarı ömrü ile radyasyonda gama ışını yoktur, bu nedenle güvenlidir.
- Prometyum, kısa ömürlü bir radyoaktif izotop olarak radyoizotop enerji kaynaklarının üretiminde kullanılmaktadır. Elementin yarı ömrü boyunca açığa çıkan enerji, soğutucuyu (su, petrol yağı, hava, freon) ısıtmaktadır. Ayrıca elektrik üretmek amacı ile de kullanılmaktadır. Bir nükleer reaktörden temel fark, kullanılanın bir zincirleme reaksiyon değil, bir izotopun doğal bozunması ve ortaya çıkan enerji olmasıdır.
- 2016 yılında Amerikalı bilim adamları, trastuzumabın malign neoplazmalar üzerindeki etkileri üzerine bir dizi çalışma yürütmüşlerdir. Buna göre yeni ilacın aktivitesini belirlemek için floresan element olarak 149Pm kullanılmıştır. İlacın insan vücudundaki hareketini, malign hücrelerin bölünmesine karşı koyma yeteneğini ve tümöre maruz kalma süresini göstermektedir. Öğe, doktorların yeni ilaçların klinik denemelerini oluşturmasına ve yürütmesine de yardımcı olmaktadır.
Isıtıcı yönleri
- Hidrojen ve helyum için bir ısıtıcı olarak küçük jet motorları için yüksek konsantrasyonlu yakıtın bileşimine dahil edilmektedir. Motorlar, Dünya’ya yakın uzayda manevralar yapmak için yörüngedeki uydulara kurmaktadır.
- Metalurjide element, çelik, dökme demir ve demir dışı metal alaşımlarının üretimi sırasında yakıtın yanmasını arttırmak üzere, yüksek fırınlara beslenen havayı ısıtmak ve oksijeni iyonize etmek için kullanılmaktadır.
- Isıtma sistemleri tarafından, su ısıtırken ısı kaynağı olarak kullanılmaktadır. Uzak Kuzey bölgelerinde, kutup donları ve düşük sıcaklıklar alanındaki araştırma gezileri sırasında konutların ısıtılması gerçekleştirilmektedir. Anakaradan uzak, kutup kışında anakara ile iletişimin kesildiği topraklara ve gezegenimizin ulaşılması zor bölgelerinde elektrik üretimi için mini reaktörler kurulmaktadır.
Prometyum kimyasal elementinin özellikleri ve kapsamı
- Prometyum açık gri radyoaktif bir metaldir. Yoğunluğu 7.22 g/cm3’tür. Erime noktası 1680°C’dir. Ayrıca lantanitlerin tüm karakteristik kimyasal özelliklerine sahiptir.
- Bileşiklerin oluşumu sırasında +3 oksidasyon durumuna sahiptir. Yani üç değerlikle bir kimyasal elementtir. Bu nedenle tuzların oluşumu sırasında üç asit kalıntısı gözlemleriz – Pm2Cl3 ve Pm2 (NO) 3.
- Prometyum (OH)3 hidroksit 400°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda ısıtıldığında, suda çözünmeyen prometyum oksit Pm2O3 elde edilmektedir. Porselen, emaye, fayans renklendirmek ve sır elde etmek için de kullanılmaktadır.
- Elementin radyo emisyonunun çalışması, on yıllardır mümkün olan atom pillerinde kullanmak için çalışmalar devam etmektedir.
- Kimya kanunlarına göre, iki kararlı izotopa sahip olmalıdır. Ancak neodimyum Nd ve samaryum Sm’nin tek kütle numaraları arka arkayadır. Ayrıca prometyum izotopu için boş bir konum yoktur. Bu nedenle, yeni nükleer kabuklar doldurulduğunda nükleon bağlanma enerji eğrisi ile ilgili olarak kullanılmaktadır.
- Minerallerde prometyum varlığı, bir maddenin β-radyoaktivitesinin ölçülmesine dayanan radyometrik yöntemle belirlenmektedir.
- Radyo elektroniğinde, dielektrikleri polarize etmek için kullanılmaktadır.
- Temel olarak, radyoluminoforlar yapılmaktadır. Denizaltılarda, banyolarda kesintisiz güç ve elektrik kaynağı olarak sualtı ekipmanlarının, aletlerin ve manzaraların aydınlatılması için büyük derinliklerde de kullanılmaktadır.
- Ayrıca madenlerde uzun süre bağımsız olarak çalışan otonom ışık kaynakları, dalış ve mağara bilimciler tarafından bir aydınlatma cihazı olarak da kullanılmaktadır.
- Yarı ömrünün onlarca yıl olması üzerine, aydınlatma süresi onlarca yıl olarak hesaplanmıştır.
- Tıpta, eleman floroskopi ekranlarının imalatında kullanılmaktadır. X-ray ekipmanını devre dışı bırakmayan ve α-radyasyonuna göre hızlı aşınmasına ve yaşlanmasına neden olmayan bir β-radyasyonu kaynağıdır.
- Prometyumun β-radyasyonu kullanılarak, çeşitli malzemelerin kalınlığı ölçülmektedir.
- Bir radyoizotop kalınlık ölçer temelde çalışmaktadır. Kağıt, plastik, çelik, haddelenmiş metal üretiminde ürünlerin kalitesini belirleme yardımı ile de kullanılmaktadır.
- Uzay istasyonlarında seyir aletleri için elektrik ve aydınlatma olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte prometyum pilin kullanım ömrü 5 yıldır.
