en yüksek erime noktasına sahip katı nedir

TEKNOLOJİ HABERLERİ – Prof.Dr. Muammer KAYA
Eskişehir-Osmangazi Üniversitesi
Teknoloji Araştırma Merkezi (TEKAM) Müdürü, mkaya@ogu.edu.tr
KAFAMIZA TAKILAN SORULAR:
1. DÜNYADAN GÜNEŞE GİDEBİLECEK UZAY ARACI HANGİ
MALZEMEDEN YAPILABİLİR?
Güneş yaklaşık dünyadan 1.496*108 km uzaklıkta olup, çapı 1392000 km, ağırlıkça
%74 hidrojen ve %25 helyum gazından oluşmaktadır. Güneşin yüzeyinin sıcaklığı
yaklaşık 5500 oC çıvarındadır.
2. DÜNYANIN İÇİNE BİR TÜNEL KAZIP DİĞER UÇTAN ÇIKACAK
ARAÇ HANGİ MALZEMEDEN YAPILABİLİR?
Dünyayı delip geçen bir tünelde en önemli sorunlar 6000oC sıcaklık ve 350 GPa
basınçtır. Tünelin soğutulması, tektonik hareketler ve gezegenin içine kütle akışı
sorunlarının çözülmesi gerekir. Dünyanın yarıçapı 6371 km’dir.
EN YÜKSEK ERİME NOKTASINA SAHİP KATI NEDİR?
“Mühendislikte katıların erime noktasının yarısı kullanım sıcaklığı olarak kabul
edilir - Örneğin 5500oC sıcaklıkta kullanılacak malzeme için 11000oC’a dayanıklı
refrakter malzeme kullanılması gerekir.
Bu zor bir sorudur. Çünkü yeni malzemeler ve alaşımlar sürekli yaratılmaktadır. Yeni
bileşikler sentezlenirken en yüksek erime noktasına sahip katılar değişebilmektedir.
Bugün için en yüksek erime noktasına sahip katı refrakter seramik (metal oksit)
malzeme (alaşım olarak) olan Tantalyumhofniyumkarbittir (Ta4HfC5). Bu malzeme
4215 oC’ ta erir. Bu refrakter bileşiğin mol ağırlığı 962.3375 gramdır. Kütlece %75.2
Ta, %18.5 Hf ve %6.2 C içerir. Çeşitli metalleri karıştırarak elde edilen alaşımlardan en
yüksek ergime noktasına sahip metaller üretilebilir. Bu çeşit olağan üstü fiziksel
özelliklere sahip malzemelere SÜPER ALAŞIMLAR denir. Bu malzeme araştırmageliştirme amaçlı laboratuar çalışmaları için satın alınmak istenildiğinde toz halinde
(maksimum 45 mikron), %99 saflıkta alınabilmekte ve 20 gramı 224 İngiliz Sterlini ve
100 gramı 662 İngiliz Sterlinidir.
Ta4HfC5
Sembol
Element
Atom Ağırlığı
Atom Numarası
Yüzde Kütle
Ta
Tantalyum
180.94791
4
75.2118 %
Hf
Hafniyum
178.492
1
18.5478 %
C
Karbon
12.01078
5
6.2404 %
Element olarak en yüksek erime noktasına sahip element karbon (C) olup 40274427oC’de erir. Karbon yüksek basınç altında (10 MPa) katıdan sıva hale geçerken
atmosfer basıncında katı halden gaz haline 3227oC’de süblimleşir. İkinci en yüksek
erime noktasına sahip element/metal tungsten/wolfram (W) olup erime noktası
3422oC’dir. Tungsten ampul flamentleri yapımında kullanılır. En yüksek erime
noktasına sahip element bazen tungsten kabul edilir çünkü karbon süblimleşerek katı
halden gaz haline geçtiğinden erimemektedir..
Çok yüksek basınçlarda erime noktası yükselmektedir. Dünyanın iç çekirdeğinde demir
5000-6000oC sıcaklıkta olmasına rağmen katıdır, erimemiştir. Bunun nedeni oradaki
basıncın yeryüzünden 3 milyon kez büyük olmasıdır. Basınç azaldıkça erime noktası
düşer. Mars yüzeyinde basınç çok düşük olduğundan sıvı su hemen buharlaşır. Buda
Mars yüzeyinde kısa süreli su kaynaklarının görülmesine neden olur ama Mars’ta kalıcı
su kaynağı yoktur.
Şu an dünyada 5500oC sıcaklığa dayanacak bir malzeme yoksa da Tantalyumhofniyum-karbittir (Ta4HfC5) buna en yakın malzemedir. Ancak şu an fiyatı çok
pahalıdır. Basınca en dayanıklı malzeme ise karbon fiberdir. Dünyayı manto
katmanına kadar (2890 km’ye kadar) delmeyi ABD ve Rusya denedi iseler de
başarılı olamamışlar ve bu projelerden vaz geçmişlerdir. Bugün dünyanın en derin
yer altı madeni 3.9 km derinlikte olup G. Afrika’daki West Wits altın madenidir.
Bu derinlikteki madende ortam sıcaklığı 55oC’dır.