Seryum (Ce), periyodik elementler sisteminin III. grubunun kimyasal elementidir. Atom numarası 58, atom kütlesi 140.12 ve nadir toprak elementlerine aittir. Seryum 1803 yılında J. Berzelius ve W. Hisinger tarafından keşfedilmiştir. Ayrıca onlardan bağımsız olarak aynı yıl küçük Ceres gezegeninin adını taşıyan M. Klaproth tarafından keşfedilmiştir.
Seryum kullanılmadan çok önce, mineral monazitten toryum tuzlarının üretimi sırasında oluşan atık ürünler şeklinde büyük seryum bileşikleri rezervleri birikmiştir. Seryuma ilgi, demir ile seryum alaşımlarının ilginç bir özelliğe sahip olduğu keşfedildikten sonra ortaya çıkmıştır. Böyle bir alaşımın bir parçası pürüzlü bir çelik yüzeye çarptığında, 200 ° C’ye kadar sıcaklığa sahip kıvılcımlar ile kesilmiştir. Bu tür kıvılcımlar kolayca tutuşmakta ve pamuk yünü, çekme ve en önemlisi benzin için kullanılmaktadır. Sonuç olarak, iyi bilinen çakmaklar ile ortaya çıkmıştır. İlk başta, bunlar benzinle birlikte üretilmişlerdir. Ancak daha sonra kibritlerin yerini almaya başlayan gaz çakmakları olarak öne çıkmışlardır. Günümüzde piezo elektrik kıvılcım kaynakları çakmaklarda daha sık kullanılmaktadır.
Fiziksel özellikleri
Seryum gümüşi beyaz bir metaldir. Yoğunluğu (kristal modifikasyonun tipine bağlı olarak) 6.66-8.23 g/cm3 aralığında değişmektedir. Oksidasyonu önleyen inert bir atmosferde ve seryum oda sıcaklığında ısıtılmadan kolayca dövülmektedir. Bununla birlikte preslenmesi ve kolayca işlenebilmesi mümkündür.
Kimyasal özellikleri
Oldukça reaktif bir metaldir. Birkaç gün içinde havada oksitlenmekte ve hidratlı karbonatlardan oluşan gri bir ufalanan toz oluşturmaktadır. Monolitik bir blok şeklinde havada ısıtıldığında, seryum 160-180°C’de tutuşmaktadır. Ayrıca kuvvetli oksidasyonun bir sonucu olarak havada ince dağılmış metal tozunu alevlendirmektedir.
Kaynatıldığında suyu ayrıştırmakta ve mineral asitlerde çözünmektedir. Bununla birlikte, alkalilere karşı dayanıklıdır. Halojenler, nitrojen ve karbon ile şiddetli bir şekilde etkileşime girmektedir. Ce(III) ve Ce(IV)’ün oksidasyon durumları seryum için en tipik olanıdır. Sulu çözeltilerde renksiz olan Ce(III) iyonları, alkali ortamda oksitleyici ajanların varlığında kolaylıkla sarı renkli Ce(IV) iyonlarına dönüştürmektedir. Seryumun bu özelliği, titreşim adı verilen daha önce bilinmeyen bir reaksiyon türünü keşfetmeyi mümkün kılmıştır.
Seryum bileşikleri
CeO2 dioksit, açık sarı toz şeklindedir. Erime noktası 2400°C CeO2, NH4NO3 varlığında konsantre HNO3 içinde çözüldüğünde ortaya çıkmaktadır. Çoğu organik çözücüde çözünen, kolayca kristalleşen bir kompleks tuz (NH4)2[Ce(NO3)6] oluşturmaktadır. Ayrıca 180°C’de ayrışmaktadır. 800°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda H2 ile etkileşime giren seryum dioksit, kısmen indirgenerek Ce(III) ve Ce(IV) iyonları içeren bir oksit karışımı oluşturmaktadır.
Renksiz kristal bir toz olan Tetraflorür CeF4, metalik Ce veya CeO2’nin 200–250°C sıcaklıkta flor ile işlenmesiyle elde edilmektedir. CeF4, su ile etkileşime girerek hidrolize olmaktadır. Bu nedenle 700 ° C’nin üzerindeki sıcaklıklarda vakumda ayrışma olmadan süblimleşmektedir.
CeF3 triflorür, CeO2’nin 500°C’de HF ile etkileşimi veya 390–400°C’de CeF4 7H2O’nun termal ayrışmasıyla elde edilen renksiz kristal bir tozdur. Ayrıca CeF3, hidratlar oluşturmak üzere, su ile reaksiyona girmektedir.
Elde edilmesi
Seryum elde etmek için ana kaynak mineral monazittir. Toryum, seryum, lantan ve diğer bazı nadir toprak elementlerinin fosfatlarının bir karışımı olarak da elde edilebilmektedir. Ayrıca apatitlerde ve diğer bazı minerallerde bulunmaktadır. Yerkabuğundaki seryum içeriği 7’dir. Ağırlıkça %10-3 oranına sahiptir. Monazitin alkali bölünmesi sırasında, CeO2’nin (NH4)2[Ce(NO3)6]’ya dönüştürülerek ekstrakte edildiği bir metal oksit karışımı oluşmaktadır. Amonyum-seryum tuzu, fosforik asit ester ile özütlenerek diğer bileşiklerden ayrılmaktadır. Daha sonra ise, saf seryum dioksit elde edilirken 180 °C’de ayrıştırılmaktadır. Daha sonra CeO2, elektroliz yoluyla metalik seryumun elde edildiği eriyikten CeF3’e dönüştürülmüştür.
Seryum elementinin kullanım alanları
Magnezyum ve alüminyum içeren seryum alaşımları, düşük yoğunlukta mukavemeti artırdıkları için uçak endüstrisinde kullanılmaktadır. Krom ve nikel alaşımlarına bir alaşım ilavesi olarak eklenmektedir. Bunun nedeni ısı direncini ve dayanıklılığını arttırmaktadır. Ek olarak, metalik element olarak, çoğu gazı (oksijen, hidrojen, nitrojen, karbon dioksit vb.) son derece verimli bir şekilde emmektedir. Bu nedenle, yüksek vakumlu bir cihaz oluştururken, önce içine az miktarda verilmektedir. Ardından ise, yüksek vakum uygulanmaktadır. Bundan sonra kalan gazların izlerini bağlamaktadır. Böylece vakumu daha da arttırmaktadır. Bu tür alıcılara “alıcı” denmektedir. Seryumun en iyi bilinen kullanımı, piroteknik bileşimlerde ve izleyici mermilerdedir.
Seryum dioksit, renkli camların bir bileşeni olarak da kullanılmaktadır. Ayrıca diğer nadir toprak elementlerinin oksitleriyle karıştırılmış optik camın öğütülmesi ve parlatılması için de kullanılmaktadır. Organik bileşiklerin üretiminde ise, katalizör olarak kullanılmaktadır.
Tetraflorür güçlü bir oksitleyici ajan olarak kullanılmaktadır. Isıtıldığında çoğu organik bileşikle (floroplast ile bile) etkileşime girebilmektedir. Ayrıca organik sentezde bir florlayıcı ajan olarak reaksiyona girmektedir.
Nereden ve nasıl elde edilmektedir?
Elementin tortuları gezegene dağılmıştır. Ancak birimlerle hesaplanmaktadır. çıkartıldığı bölgeler aşağıdaki gibidir;
- Avrasya – Rusya, Ukrayna, İskandinav Yarımadası, Kazakistan, Hindistan, Çin.
- Amerika – ABD, Brezilya.
- Avustralya.
Atom sektöründe Seryum kullanımı
Uranyum-235’in bozunmasının bir ürünü olarak seryum-144 (yarı bozunma – 9.5 ay) nükleer zirvelerde “toptan” üretilmektedir. Bu izotop, özel akım kaynaklarının üretiminde ısı taşıyıcı olarak kullanılmaktadır.
Diğer endüstriler de kullanımı
Elementin özellikleri, endüstriyel kompleksin önde gelen endüstrilerine olan talebini sağlamaktadır. Bunlar;
- Kimya, petrol sektöründe katalizör olarak kullanılmaktadır. Oksitli maddeler alkolleri dehidrate etmektedir. Ayrıca “karbon monoksit – hidrojen” zirvelerini yakalamaktadır. Sülfat, sülfürik asit uyumu üretimi için araştırılmaktadır.
- Yüksek güçlü akümülatör pilleri için bir seryum florür ve stronsiyum alaşımı kullanılmaktadır.
- Seryum oksit, yüksek sıcaklıklarda çalışan yakıt hücrelerinin bileşen elektrolitidir.
- Bu element, nükleer tesislerin personelini korumak için radyasyondan kararmayan bir cam bileşenidir.
- Dioksit veya sülfür – ısıya dayanıklı yangınlara karşı kullanılan eşyaların üretiminde kullanılmaktadır.
- Stronsiyum sülfür katkılı element, aşırı sıcaklıklarda çalışma için yüksek verimliliğe sahip termoelektrik bir malzemedir.
- Demir-seryum (yarım) alaşımı, bir çakmağın “tetik mekanizması” olarak kullanılmaktadır.
- Maddenin oksiti, poliritin temel (%45+) bileşenidir. Bu, cam parlatma için bir numaralı tozdur. Özellikle aynalar ve optikler için kullanılmaktadır. Camlı titanyum dioksiti parlaklaştırmakta veya sarı-turuncu tonları vermektedir.
