Nadir toprak elementi terbiyum için ayrıştırma devrimi

Iowa Üniversitesi araştırmacıları, akıllı telefon ekranlarından yüksek performanslı mıknatıslara kadar birçok teknolojide kullanılan terbiyumun kimyasal yapısını değiştiren yeni bir yöntem geliştirdi. Birbirine benzeyen kimyasal özellikleri nedeniyle ayrıştırılması güç olan lantanitler üzerinde çalışan ekip, terbiyumu özel moleküler kafeslere yerleştirerek normal ortam koşullarında farklı bir yükseltgenme basamağında kararlı hale getirdi.

Kimya Bölümü öğretim üyeleri Dr. Korey Carter ve Doç. Dr. Pere Miro öncülüğünde yürütülen çalışma, kritik madenlerin saflaştırılmasındaki maliyetleri azaltma potansiyeli taşıyor. Akıllı telefonlar, kalıcı mıknatıslar, yakıt hücreleri ve tıbbi görüntüleme sistemlerinde kullanılan bu elementlerin kimyasal davranışlarının kontrol edilmesi, kuantum bilişim ve yeni nesil sensörlerin geliştirilmesi açısından da önem taşıyor.

MOLEKÜLER KAFESTE KARARLI HALE GETİRİLDİ Terbiyum, genellikle kararlı +3 yükseltgenme basamağında bulunuyor. Araştırmacılar, elementi diğer lantanitlerden ayırmada kullanılabilecek farklı bir kimyasal davranış elde etmek için bir elektron uzaklaştırarak +4 basamağına geçirmeyi amaçladı.

Geçmişte hava temasının kesildiği, sıkı biçimde kontrol edilen laboratuvar koşullarını gerektiren bu işlem için tungsten ve oksijenden oluşan ‘polioksometalat’ yapıları kullanıldı. Ligand adı verilen bağlayıcı maddelerle desteklenen moleküler kafes, terbiyumu sabit tutarken ortama kimyasal yükseltgen olarak potasyum persülfat.

Tepkime sırasında bir elektronunu kaybeden terbiyum +4 yükseltgenme basamağına geçti. Ekip, bu kimyasal formu özel sıcaklık, nem veya basınç kontrolüne ihtiyaç duymadan standart ortam koşullarında kararlı biçimde izole etti.

AYRIŞTIRMA MALİYETLERİNİ AZALTMA POTANSİYELİ Ağırlıklı olarak Çin’de çıkarılan terbiyum, LED ekranlar ve floresan lambalarda yeşil ışık üreten fosforların temel bileşenleri arasında bulunuyor. Tıbbi röntgen uygulamalarında radyasyona maruz kalma süresini kısaltmaya yardımcı olan özellikleri de elementin teknolojik önemini artırıyor.

Araştırmacılar, moleküler kafes yönteminin terbiyumun yanı sıra diğer lantanitlerin ayrıştırılmasında da kullanılabileceğini belirtiyor. Yöntemin farklı elementlere uyarlanmasıyla, kritik maden tedarik zincirindeki saflaştırma işlemlerinin daha düşük maliyetle yürütülmesi hedefleniyor.

KUANTUM VE NÜKLEER TIP İÇİN YENİ ÇALIŞMALAR Elde edilen +4 yükseltgenme basamağının, kuantum teknolojileri ve yüksek hassasiyetli navigasyon sensörleri için yeni özellikler sunabileceği değerlendiriliyor. Moleküler kafeslerin elementlerin kimyasal durumunu kontrol edebilmesi, bu alanlardaki malzeme araştırmalarına da katkı sağlayabilir.

Iowa Üniversitesi ekibi, terbiyum üzerinde doğrulanan yöntemi radyoaktif aktinit grubu elementlere uygulamak için laboratuvar çalışmalarına başladı. Araştırmacılar, kanser tedavileri, kalp pilleri ve nükleer tıp uygulamalarında rol oynayan bu elementlerde de benzer bir kimyasal kontrol sağlamayı amaçlıyor.