İsim kökeni Anglo-Sakson ‘teneke’ kelimesinden gelen element; bileşikleri, izotopları ve allotropları bulunan, ekonomik değere sahip olan, önemli bir ticari metaldir. Pek çok maddenin imalatında yer alarak, bazı ürünlerin kullanımında kolaylık sağlamakla beraber ciddi zararları da söz konusudur. Dünyanın çeşitli yerlerinde rezervleri bulunan ve zor bir işlenme süreci olan cevherin keşfi ise çok eski zamanlara dayanmaktadır.
İlk çağlardan bu yana bilinen metal, M.Ö. 3200-2500 yıllarında Mezopotamya’da kullanılmaya başlanmıştır. Kalay, özellikle eski tarihlerde genellikle kırsal kesimlerde kalaycılık zanaatı ile uğraşan pek çok ustanın geçim kaynağı olmuştur. Bu meslek, günümüzde gelişen teknolojiyle birlikte değerini büyük oranda kaybetse de bazı bölgelerde hala devam etmektedir. Kolay şekillendirilebildiği için bazı gereçlerin üretiminde sıkça kullanılan madde, zamanla vücutta birikerek ağır metal zehirlenmesine yol açabilmektedir.
[renkbox baslik="Bakır Nedir? Özellikleri, Kullanım Alanları ve Çıkarıldığı Yerler
" link="https://bilgihanem.com/bakir-nedir/" resim="https://bilgihanem.com/wp-content/uploads/2016/06/bakir-nedir-kullanim-alanlari-ozellikleri-cikarilan-yer.jpg" renk="kahve" yenisekme="evet"][/renkbox]
Bitkiler tarafından rahatlıkla emilen ve maruz kalındığı sürece insan sağlığını tehdit eden kalay; bazı yan etkilerine rağmen, türlü kimyasal ve fiziksel özelliklerinden dolayı kullanılmak durumunda olan önemli bir cevherdir. Bu nedenle olumsuz etkilerinden korunmak için çeşitli tedbirler alınmalıdır. Dilerseniz; makalemizin giriş kısmında kısaca değindiğimiz kalaya dair öğrenmek istediklerinize, sizler için hazırladığımız yazımızın devamını okuyarak ulaşabilirsiniz.
Kalay Nedir?
Zayıf metaller arasında bulunan kalay elementi, gümüş beyazı tonlarda renge sahip olan bir cevherdir. Simgesini ise Latince “stannum” kelimesinden almıştır. Eski çağlardan bu yana kullanılmıştır ve çeşitli sektörlerde, farklı alanlarda yer almaktadır. Özellikle; kolayca şekil almasından dolayı mutfak malzemelerinde sıkça kullanılmaktadır.
Birçok kimyager tarafından çalışmalarında kullanılan kalaya dair yapılmış olan pek çok araştırma ve önemli makaleler mevcuttur. Yer kabuğunun %0,001’ini oluşturan cevher kalite bakımından; A sınıfı (%99.8 Sn), elektrolitik kalay (%99.95-99.98 Sn), sert kalay (%99.6) ve teknik kalay (%99 Sn) olarak sınıflandırılmıştır. Kalayın kullanıldığı lehim malzemeleri de antimuanlı lehim (%95 Sn + %5 Sb), gümüşlü lehim (%95 Sn + %5 Ag) ve yumuşak lehim (%70 Sn + %30 Pb) olmak üzere üç grupta kategorilendirilmiştir.
Kurşunlu kalaya çoğunlukla lehim denilmektedir. Lehim ise; bazı metal parçalarını birbirine tutturma işleminde kullanılan, kurşun ve kalay alaşımlarının genel adıdır. Bronz alaşımlarında korozyonu engelleyen kalaylı alaşımların en değerlileri; bakırla yaptığı bronz (%10-15 Sn ihtiva eder), bakır ve antimuanla yaptığı yatak metali (Babbit metal) ve beyaz metaldir.
Ayrıca kalay, bakırın mekanik özelliklerini de iyileştirmektedir. Bazı yöntemlerin uygulanması sonucu elde edilen ve zehirsiz olan kalay, sağladığı çeşitli faydalarının yanı sıra bazı yan etkileri de meydana getirmektedir.
Kalayın Özellikleri Nelerdir?
Yazımızın bu bölümünde, kalayın sahip olduğu fiziksel ve kimyasal özelliklerin neler olduğuna dair derlediğimiz bilgileri sizlerle paylaşacağız.
- Simgesi; “Sn” dir.
- Periyodik tabloda; 4A (IV A) grubunda yer alır.
- Atom numarası (proton sayısı); 50’dir.
- Nötron sayısı; 69’dur.
- Atom ağırlığı (bağıl atom kütlesi); 118,6’dır.
- Yoğunluğu; (beyaz) 7,265 g/cm3 tür.
- Sıvı haldeki yoğunluğu; 6,99 g/cm3 tür.
- Özgül ağırlığı; 7,3’tür.
- Buharlaşma ısısı; (beyaz) 296,1 kJ/moldür.
- Isı kapasitesi; 27,112 (25oC) J/(mol.K)
- Elektrik direnci; 115 n?.m (20oC’de)
- Isıl iletkenliği; 66,8 W/(m.K)
- Isıl genleşme; 22,0 (25oC’de)
- Ses hızı 2730 m/s (20oC’de)
- Mohs sertliği; 1,5’tir.
- Vickers sertliği; ? MPa
- Brinell sertliği; 51 MPa
- Kaynama noktası; 2602oC’dir.
- Erime noktası; 231,9oC’dir.
- Yükseltgenme basamağı; +2 ve +4’tür.
- Kalay (+2) bileşikleri; Kalay 2-klorür (SnCl2), Kalay 2-bromür, Kalay 2-fluorid, Kalay kromat, Kalay oksit (SnO2) , Kalay Sülfit ve Kalay Sülfattır.
- Kalay (+4) bileşikleri; Kalay 2-sülfit, Kalay peroksit, Kalay klorür, Kalay bromür ve Kalay kromattır.
- Atom yarıçapı; 145 pm
- Kovalent yarıçapı; 141 pm
- Van der Waals yarıçapı; 217 pm
- İyonlaşma enerjisi; 708,6 kJ/moldür.
- Elektronegatifliği; 1,96’dır.
- Elektron dizilimi; 1s22s2p63s2p6d104s2p6d105s2p2 şeklindedir.
- Enerji seviyesi başına düşen elektronlar; 2, 8, 18, 18, 4’tür.
- Madde hali; katıdır.
- Kristal yapısı; allotrop (aynı elementin uzayda farklı şekilde dizilerek oluşturduğu farklı geometrik biçimdeki kristalleri) parçalarının bir araya gelmesiyle oluşmuştur. Kalayın; beyaz kalay (beta) ve gri kalay (alfa) olmak üzere iki çeşit kristal yapılı allotropu mevcuttur.
- Gri kalay formu; 13,20C’lik sıcaklıklarda sabittir. Bu sıcaklık 13,20C’nin üstüne çıktığında ise yavaş bir şekilde beyaz renkli kalaya dönüşür. Eğer sıcaklık 13,20C’nin düşürülürse tekrar gri kalay formunu alır. Bu değişikliği önlemek için; beyaz renkli kalaya az bir miktar bizmut (Bi) ya da antimon (Sb) eklenmelidir.
- Beyaz kalay formu; tetragonal, gri kalay formu ise kübik kristal yapıdadır.
- Tel ve levha haline getirilebilen metal kolayca şekillendirilebilir, yumuşak ve sünektir. Geri dönüştürülebilir.
- Kalay hava ile temasında oksitlenmez.
- Oksitlenmeyen bu metal sadece yüksek sıcaklığa maruz kaldığında erir. Kalaya; 1000C’nin üzerindeki sıcaklarda, halojenler (7A grubu, tepkimeye eğimli ametaller) ve hidrojen sülfür (H2S; renksiz, çürük yumurta kokusunda zehirleyici bir gaz) etki eder.
- Organik asitlerin etki etmediği elemente, alkali çözeltilerin büyük bir bölümü etki eder.
- Kalay; karbondioksit (CO2), hidrojen (H), azot (N) ve gaz amonyakla doğrudan tepkime vermez. Kükürtdioksit nemli ise kalaya etki eder.
- Fosfor (P) ile oda sıcaklığında (250C) yavaş yavaş tepkime verirken, brom (Br), klor (Cl) ve iyotla (I) kolayca reaksiyona girer.
- Nikel (Ni), gümüş (Ag), altın (Au) ve bakır (Cu) sıvısı kalayda iyi çözünür.
- Oksijen (O) kalayın yüzeyinde oksit tabakası oluşturur.
- Sülfürlü, klorosülfürik ve pirosülfürik asitlerle hızlı bir şekilde tepkimeye girer.
- Sulu hidroflorik ve hidroklorik asitlerle yavaş, hidrobromik ve nitrik asitle (HNO3) hızlıca tepkime verir.
- Sodyum karbonat (Na2CO3) ve amonyum hidroksit (NH4OH) gibi sulandırılmış çözeltilerin üzerindeki etkisi zayıftır. Lakin sodyum ve potasyum hidroksit gibi kuvvetli alkaliler, sulandırılmış ve soğuk olduklarında kalayı eriterek +4 değerlikli kalay bileşikleri oluştururlar.
- Potasyum peroksisülfat, demir klorür ve sülfat ile kalay klorür gibi oksitleyici tuzlar ve çözeltileri kalayı eritirler.
- Kalay amfoter (oksit ve hidroksitleri, asidik ve bazik karakterleri bir arada taşıyan element ya da bileşikler) özellik gösterir. Dolayısıyla hem asitlerle hem de bazlarla reaksiyona girebilir.
- Kalayın en değerli minerali; kalay taşı adı verilen kassiterittir (SnO2). Bu mineral siyah ya da kahverengidir. Kalay ihtiva eden diğer mineraller ise; frankit, confieldit, stannit ve teallit kompleks sülfittir. Kalay mineralleri içinde; kükürt (S), nikel (Ni), kurşun (Pb), demir (Fe), bakır (Cu), gümüş (Ag) ve tungstene rastlanabilir.
- Kalayın 10 tane kararlı, 21 tane yapay ve radyoaktif izotopu (aynı atom sayısını taşıyan element) vardır.
Kalayın Kullanım Alanları Nelerdir?
Makalemizin bu bölümünde; külçe, çubuk, pik ve parça biçiminde satılan kalayın hangi alanlarda ve hangi formlarda kullanıldığını tüm detaylarıyla inceleyeceğiz.
- İmal edilen kalay elementinin yaklaşık %40’ı çelik kaplamasında kullanılmaktadır.
- Kutu, teneke ve kavanozlarda kullanılan metal, geçmiş yıllarda popüler olan retro tenekelerde de kullanılmıştır.
- Çeşitli objelerde ve süs eşyalarında kalay kullanılmaktadır.
- Kalayın, elektrik endüstrisinde değerli bir yeri vardır.
- Taşımacılıkta önem arz eden sektörlerde, bazı araçların imalatında dolaylı olarak kalay bulunur. Bu alanlara değinecek olursak; otomotiv, gemi ve uçak üretimidir.
- Otomotiv sektöründe kalay; radyatör, kaporta, motor yatakları, hava ve yağ filtrelerinde kullanılmaktadır.
- Süper iletken mıknatısların üretiminde niyobyum-kalay alaşımı kullanılır.
- Bazı diş macunlarının içinde, aktif bir bileşen olan kalay florür bulunmaktadır.
- Kalay, matbaacılıkta da (matbaa harfi) kullanılmaktadır.
- Genellikle mutfak gereçlerinde kullanılmasıyla bildiğimiz element; şamdan, ayna, cam, seramik, parfüm, boya, sabun, poliüretan ve duyarlı kâğıt üretiminde kullanılmaktadır.
- Cam üzerine püskürtülmüş kalay tuzları elektriksel olarak iletken kaplamaları üretmek için kullanılır.
- En mühim kalay tuzu; indirgeyici madde olarak, patika ve ipek boyama için kullanılır.
- Seramik ve gaz sensörlerinde kalay (IV) oksit bulunur.
- Kalay; antimon, bizmut, kadmiyum, bakır ve gümüş elementleriyle yaptığı alaşımlara sertlik verir.
- Önemli bir kaplama malzemesi olan kalay, bakırın parlatılmasında ve kaplamasında kullanılır. Ayrıca kalay alaşımları da pek çok metalin kaplamasında kullanılabilir. Kapladığı metal yüzeylerini koruyarak lehimlenebilme özelliğini artırır. Böylece cilalama ve boyama için uygun bir yüzey alanı meydana gelir.
- Kalayın saf (arı) element formunun kullanımı oldukça sınırlıdır.
- Bazı kalay bileşiklerinin kullanımı ise; deniz yaşamında meydana getirdiği tehlikelerden dolayı, özelliklede istiridyelerdeki ölümlerin nedeniyle birçok ülkede yasaklanmıştır.
Kalayın Çıkarıldığı Yerler Nerelerdir?
Kalay yatakları en fazla; Malezya, Endonezya, Nijerya, Tayland, Bolivya, Brezilya, Peru, Zaire, Avustralya, Kongo Demokratik Cumhuriyeti ve Çin’ de bulunmaktadır. Çin, 1,5 milyon ton kalay rezervi ile en büyük paya sahip ülkedir. Dünyadaki kalay rezervlerinin toplamı ise 5 milyon ton civarındadır.
Türkiye’de, işgücü ve ekonomik sebeplerden dolayı üretimi neredeyse hiç yapılmayan kalay; Niğde ve Bursa bölgelerinde bulunmaktadır. Fakat bu bilgiler henüz bir kesinlik bildirmemektedir. Dünya çapında yıllık üretimi 250 bin ton olan kalayın, elde edilmesi için birtakım işlemlerin uygulanması gereklidir.
Kassiterit, kalayı en fazla içeren mineraldir. Özellikle alüvyonlu bölgelerde bulunan element; üç şekilde elde edilmektedir. Element ticari olarak, bir fırında kömür ile cevheri azaltarak elde edilir. Kalay işletimi, oldukça uzun ve zorlu olan bu süreçlerden dolayı maliyetli bir işlemdir.
Kalayın Zararları Nelerdir?
Kalay metali toksik değildir ancak organik kalay bileşikleri zehirli olabilir. Bu nedenle dikkatli kullanılması gerekmektedir. Kalay, vücutta birikerek ağır metal zehirlenmesine yol açabilir. Bu durum ise hayati anlamda tehlike arz eder.
[renkbox baslik="Katran Nedir? Nerelerde Kullanılır? Özellikleri, Çeşitleri ve Faydaları Nelerdir?
" link="https://bilgihanem.com/katran-nedir/" resim="https://bilgihanem.com/wp-content/uploads/2018/12/katran-nedir-nerelerde-kullanilir-ozellikleri-cesitleri-kullanim-alanlari-ve-faydalari.png" renk="siyah" yenisekme="hayir"][/renkbox]
Ağır metaller; vücuda su ve gıdalar yoluyla kolayca girer, lakin bedeni bu denli kolay terk etmezler. Bu durum uzun süre devam ettiğinde ve gerekli önlemler alınmadığında da ciddi hastalıklar hatta ölümler meydana gelir. Uzmanlar bu problemi, özellikle kanser hastalığının başlıca nedeni olarak değerlendirmektedir.
Genellikle besin maddelerinde biriken kalay; kırmızı kan hücrelerinin sayısının azalması, karaciğerde problem, bağışıklık sistemi zayıflaması ve kromozomda meydana gelen bozuklukların oluşmasına neden olabilir.
