DEĞERLİ YAPAY TASLAR

DEĞERLİ

YAPAY

ken (verimlilik yönünden), doğanın bol bol za- nu da belirtmeliyiz. Oysa kristallerin oluşumu,

, özellikle de iyi belirlenmiş bir kristal yapısına ula- nirse, kendiliklerinden çok yavaştır. Doğanın yal- I zamanı olmayıp, laboratuvarda yapay olarak yeni- nmaları pek kolay olmadan basınç ve sıcaklık ko- ı vardır. Metal oksitler, kilometrelerce kalınlıktaki |kayalarının altında ve yer kabuğunun derinliklerinde- nnem sıcaklığı içinde ezildiklerinden, göze güzel gö- Itürlü biçimlerde kristalleşmeleri için gereken tüm ko- bulurlar.

|Bu demektir ki, problemin güçlüğü kuramsal düzeyde np, yalnızca uygulama düzeyindedir. Gerçekten, kris- i elde etmenin iki yolu vardır: Birincisi yapıtaşlarını bir­li içinde ergitmek ve sonra katılaştırmak; İkincisi ise, ^çözeltiden yola çıkarak doğal gelişime bırakmak. İlk for- laboratuvarda en kolay gerçekleştirilebilecek olandır, her zaman elverişli olmayabilir: Kimi maddeler ısı ile fırlar, ya da doğrudan gaz durumuna geçerler (süblimas- ı), ya da istenen kristalden başka bir biçimde katılaşırlar;

i sonunda, kuartzın cam (amorf durum: kristal olma- I durum) oluşturması, ya da zümrütün yüksek sıcaklıkta nası gibi.

Buna karşılık, ergitim, kristalleşmiş alüminden başka bir f olmayan korindonlarla çok iyi yürür. Katı alüminyum oksit ı arı körinden genellikle saydamdır (allokromatik). Ayrı- , olabilen tüm renkleri vermek için, az miktarlarda da öbür al oksitlerden kullanmak yeterlidir. Böylece %l-3 ora- hda krom oksit (Cr₂0₃) ile, alümin (AL₂0₂) kırmızılaşır ve kut adını alır. Bu iki oksit hemen hemen yollardaki taşlar dar bol bulunduğundan, yapay taşlar elde etme denemele- |yakutla başlamıştır.

i İlk girişimler, Doğa Tarihi Müzesi’nde kimya profesörü lan Edmond Fremy ile, 1890 yılında başlamıştır; fakat ba- Irıya ulaşabilen, kendisinin asistanı olan August Vemeuil’- pr. Vemeuil I902’de, bileşim ve özellikler bakımından do- I yakutlara sıkı sıkıya uyan ilk yapay yakutları sergileyebil- fıiştir. Vemeuil’in ortaya koyduğu tekniğin çok az değişik- |kle bugünde kullanılıyor olması, Sanatlar ve Meslekler Mü- a’nde saklanan aygıtının, güncel aygıtlarla ilkel bakımın- ı aynı olması şaşırtıcıdır.

Vemeuil, yakutun korindondan; yani altıgen biçimli kristal lotan alüminden başka bir şey olmadığını, ve atomları ı atomlarının yerini almış az miktarda kromun, kris- ı rengini verdiğini biliyordu. Korindon 2050°C’de gir;l»x*fck, oksiasetilenik üfleç yardımı ile, daha 1900’ler ! edilebiliyordu; Vemeuil, amonyak ve krom aplanm l200°Ce dek ısıtma ile işe başlamıştır: Bu sıcak- , ftktv.su, amonyak sülfat ve kükürt oksitler buharlaşır ve alnızca az miktarda krom oksit ile alümin kalır.

Bu alümin toz haline getirilir, sonra üflecin alevi içine

 

Yakuttan çok daha az ölçülerde üretilen safir

(chatham) de bir korindondur.

üflenir ve burada sıvılaşın Damlacıklar aygıtın alt bölümün­de toplanmağa başlarlar, sonra da yavaş yavaş yeni damlacık­lar birikir ve birbirleri ile kaynaşarak bir armut ya da top biçimini alırlar; bu toplar ise, alevin içinde yavaşça yükselir­ler. İç kabuklar azar azar kristalleşirken, üst bölümler ergi­miş kalırlar. Sonunda on santimetre yükseklikte ve birkaç santimetre çapında bir silindir elde edilir; bu bir yakut topu­dur. Bu Vemeuil yakutları, ilk bakışta gerçeklerinden ayırd- edilemezler; çünkü, renk ve fiziksel belirtgenler bakımından gerçeğe bağlı kalınarak üretilmişlerdir.

Fakat gözle incelemede çoğu zaman, çok yüksek basınçta kristalleşmiş doğal yakutlarda bulunmayan kabarcıklar ve özel­likle, ardarda eklenen tabakalar biçimindeki kuruluştan ileri gelen eşmerkezli oluşum halkaları saptanır; ağaç halkalarına benzeyen bu oluşum halkaları, deneyimli bir meslek adamı­nın gözünden kaçmaz. Buna karşılık, taşın yalın güzelliği açı­sından hiçbir ayrım (fark) yoktur: Ayrıca, bu yakutlar ölçü aygıtlarının milleri için her zaman yaygınca kullanılırlar; fa­kat kuartzın bulunuşundan sonra, saatlerde daha çok kuartz kullanılmaktadır.

Başarı kazanmış bir yöntem olarak, Verneuil yöntemi korindonun tüm çeşitlerinin yapılmasına olanak sağlar: Kır­mızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, mor ve renksiz. Renk yal­nızca, yer yer alüminyum atomları yerine geçmiş olan başka metal atomlarının varlığından ileri gelir. Yakutun kromunu nikel ile değiştirerek, sarı korinden elde edilebilir. Krom, nikel ve demir konularak renk turuncuya, kobalt, vanadyum ve nikel ile de yeşile dönüşür. Tüm renkler elde edilebilir; böylece safirin; yani mavi korindonun rengi, oksit biçimin­deki demir ve titanı arı alümine katarak’ bulunur.

Daha yakın zamanlarda, I950’ye doğru, lazerlerin bul- gulanması araştırmacıları, çok iyi optik arılıkta küçük yakut çubuklar kullanmağa yöneltmiştir. Böylece ergitici ya da akış tekniği denen başka bir tekniğe (çok pahalıya çıkan) geçil­miştir. Bu teknikte alümin ve krom oksit, yüksek sıcaklığa (I300°C dolayında) çıkarılmış olan ve ergitici denen bir çö­zelti içinde eritilir, ve sonra çok yavaş olarak, örneğin saat başına 2°C olmak üzere soğumaya bırakılır. Bu sırada ko-

*

Amerikan sentez kristali (kashan), çok yüksek ni­telikli taşların özelliklerine ulaşmaktadır.

rinden, çözeltinin içinde çok yavaş olarak kristalleşir; söz konusu çözelti metal tuzlarından yapılmıştır: Bor ve kurşun oksitleri, kurşun flüorür, v.b.

Tüm soğutma en az sekiz gün sürdüğü için, bu yöntem çok yavaştır; ayrıca çok ince bir yöntemdir, çünkü sıcaklık düşüşünün sıkıca denetlenmesi gerekir; ek olarak da olduk­ça pahalı bir yöntemdir, çünkü bol bulunmayan platinden yapılmış potalar gerekir. Bundan başka, yine lazerler için ge­liştirilmiş ve Czochralski yöntemi ya da yalına çekme yön­temi denen bir teknik daha vardır. Bu yöntemde, hiç ergiti- ci yoktur; alümin ve renk için gereken metal oksitler, irid­yumdan yapılmış bir potada ergitilirler; gereken ısıtma, çok yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalarla sağlanır. Burada iridyum gereklidir; çünkü iridyumun ercime noktası (244z°C), ata minin kinden (2050°C) yüksektin Oysa platin oldukça erken ergir (I774°C). İridyumun yalnızca bir sakın­cası vardır: Platinden çok daha seyrek bu/unan, do/ayısı ile daha pahalı ve ayrıca biçim verilmesi ve işlenmesi daha zor bir metaldir.

Karışımın pota içinde ergitilmesİ başarıldıktan sonra, to­hum denen minik bir korinden kristali sıvı yüzeyine yaklaştı­rılır; Bu minik kristal, kristalleşmeyi sıvı yüzeyinden başlatır ve oluşan kristal dakikada otuz kadar dönmeden oluşan bir hızla tornadan geçirilerek çekilir Böylece kristalleşmiş ko­rindondan oluşmuş bir silindir elde edilir; fakat sıcaklık de­netimi son derece ince olarak yapılmalıdır: Ergimiş karışı­mın sıcaklığı olan 2Ö50°C’den I ya da 2°C yüksek sıcaklık­ta, tohum kristal de ergir; I ya da 2°C düşük sıcaklıkta ise, tüm sıvı birdenbire katılaşır.

Bir çözeltiden yola çıkarak, kristalleştirme ile ya da çekme ile elde edilen korindonlar üstün niteliklidirler. Kabarcıklar ve oluşum halkaları bulunmaz (fakat mikroskopik platin kris­talleri kalmış olabilir) ve ayrımı bulgulayabilmek için çok ge­lişmiş analiz yöntemleri gerekir.

korindonlar için az kullanılan, fakat kuartzlar ve züm­rütler için yaygın olarak yararlanılan dördüncü bir sentez yön­temi daha vardır: Suısıl (hidrotermal) kristalleşme yöntemi dé denen, su buharı altında kristalleşme. Doğadan sursuz arılıkta yeterince kristal sağlanamadığı için, salın larda, frekans üreteçlerinde, saatlerde, elektronik devre de, v.b.’de kullanılan kuartzların çoğu bu yöntemle yapıl Ametistler ve sarı taşlar (citrines) da benzer olarak yapıl* lirler; ve belirtmek gerekir ki, bu taşların doğallarını ve tetiklerini birbirlerinden ayırmak hemen hemen olanaks dır, Ayrıca, suısıl (hidrotermal) yöntemin, doğal oluşum k şullarına en yakın yöntem olduğunu da söylemek gerek’ Yüksek basınç, yüksek sıcaklık ve suyun varlığı.

İlke yalındır: Sodyum sülfat ya da sodyum karbonat e lenmiş silis, suyla doldurulmuş olan bir otoklava (etüve’ y leştirilir, ve sıcaklığı 300°C’e, ya da biraz daha yukarıya karılır. Buhara dönüşen su, basınç 2000 bar’a yükseltilme silisi eritir. Bu sırada buharlaşan sıvının orta yerinde bir caklık değişimi oluşturulur; ve silis, tohumların çevresin kristalleşmeğe başlar; böyle elde edilen kuartzlar son de“

arı durumdadırlar.

Aynı teknik, A.B^’de berilin yeşil çeşitlerinden bir şey olmayan zümrütlerin yapılmasında uygulanır. Be tanım olarak, bir alüminyum ve berilyum silikatı AI₂0₃(Be0)₃ (Si0₂)₆; alüminyum oksit yerine, yer yer k Oksit konularak yeşil renk kazandırılır, (aynı krom o’ korindonların rengini ise kırmızılaştırmaktadır). D zümrütlerde çok az miktarlarda vanadyum oksit ve d bulunur. Suısıl (hidrotermal) sentezde alüminyum hidro silis, berilyum hidroksit, bakır klorür hidrat ve gereken 21 miktariarâaki krom, buhar içine erimeye bırakılırlar, la rm tümü 500 ya da 6O0°C’e dek ısıtılırlar; Basınç 700’den 1400 bar’a çıkarılır. Yapımcıları, kristalleşti izlenen tam yolu giz o/arak saklamaktadırlar. Gilson nütleri, ergitici tekniğine göre yapılmışlardır; buradaki tici, lityum, vanadyum ve molibden temeline dayalıdır.

Şimdi de, bilinen dört değerli taşın sonuncusu ol elmasa gelelim; elmas, birçok nedenle özel bir durum turur. Elmas öncelikle, şimdiye dek gördüğümüz üçü bol bulunan öğelerin (elementlerin) seyrek bulunan bir yasal bileşimi değildir; fakat bol bulunan bir öğenin, yani bonun seyrek bulunan bir kristal yapısıdır. Ayrıca, tüm delerin en sertidir ve en iyi ısı iletkenidir (bakır ve gü ten çok ilerde). Ek olarak ,çok yüksek bir kırılma indisi dır (n = 2,42). Bu kırılma indisi ile birlikte, yüksek ayırma gücünün de bulunması, parıltısını açıklar; üste“ tan oksit ile veya rütil ile dövüldüğünde kırılma indisi, yısı ile parıltısı, daha da yükseltilebilir (n = 2,8).

Kimyacı Tennant, 1797 yılında, elmasın küb br^: kristalleşmiş karbon olduğunu bulgulamıştır; aysa tığen biçimli karbon kristalidir (duman karası, odun rü, v.b. de grafittir). Tennant,sağduyusuna dayanarak, tin 2,25’lik yoğunluğuna karşılık, elmasın yoğunulğu” olduğunu belirtmiştir; böylece elmasın, grafit biçr

den %60 daha fazla karbon atomunu içine alacağı önemli sonucunu çıkarmış, dolayısı ile de elmas elde etmek için da­ha çok madde yığmak gerektiğini ileri sürmüştür.

Bu ilkenin anlaşılmasından sonra, birçok araştırmacı problemin çözümüne istekle girişmiştir; fakat onların iyi de­ğerlendiremedikleri nokta, grafitten elmasa geçecek biçim­de, karbon yığmak gerektiğini düşünmeleri olmuştur. Ola­ğan basınçtaki karbon, 4000°G’e dek grafit olarak kalır; bu sıcaklıktan sonra da ergir. Öyleyse aşırı yüksek bir basınç ile, yüksek bir sıcaklığı birlikte kullanmak gerekir; fakat bu kez de, uygun pota bulma sorunu çıkar, En iyi alaşımlar

70.0    bar yakınlarında bozulurlar; ayrıca bu alaşımları fazla ısıtmamak da gerekir, çünkü bu kez de basınca karşı daya­nıklılıklarını kısmen yitirirler.

Yıllar boyunca her yol denendi; Şahmerdanlar, hidrolik sıkaçlar (cendereler), patlayıcı maddeler, önce ergitilmiş, sonra soğuk suya daldırılmış yüksek karbon oranlı alaşımlar, v.b.. Bunların kimileri başarıya yöneldi, fakat hiçbir zaman sonu­ca ulaşılamadı. Asıl önemli çalışmalar, ancak İkinci Dünya Savaşı’ndan sonra, A.B.D.’de Bridgman ile başlamıştır; Bridg­man, alıcı parçaları, bilinen en katı alaşım olan tungsten karbür ve kobalt alaşımından yapılmış bir sıkaç (pres) kurmuştur.

Bu çok karmaşık sıkaç sistemini, General Electric firma­sında çalışan Hail, I954’de yeniden ele almış ve sonunda elmasın sentezini başarmıştır. Aynı yıl, hemen hemen elmas sertliğindeki ve küb biçimli yapıdaki bor nitrürü de elde et­miştir.

Elmas üretimindeki deneyimler, karbonun tüm biçimle­rinin kullanılabileceğini kanıtlamıştır; gerçekten yirmi kadar karbon türü madde denenmiştir; Naftalin gibi kimi madde­ler, şlmas üretimine geçmeden önce, grafit üretimi ile baş­larlar. Balmumu ve şeker, 2000°C’de ve 140.000 Bar’da, 5 dakika içinde doğrudan elmas üretirler. Yer fıstığı bile, %60 verimle elmas üretir.

. Sanayi kullanımında, kuşkusuz, çoğu zaman çözgen ola­rak kullanılan bir metal (demir, kobalt, nikel, v.b.) ile karış­tırılmış durumdaki grafitten yola çıkılır. Elmas, grafiti çözen ergimiş metal içinde kristalleşir; metal, daha sonra, asit yar­dımı ile kaldırılır. Genellikle, elde edilen elmaslar, toz şeke­ri gibi, çok çok ufaktırlar; kristaller 0,5-1 milimetre boyut­larını pek geçemezler.

Bununla birlikte, kuyumculuk boyutlarında kristaller de yapılabilir, fakat daha bol zaman ve iyi denetlenen koşullar gerekir; böylece 1970 yılında General Electric firması, gra­fitten yola çıkarak, 5 mm boyutunda olan ve 0,2 g gelen kusursuz bir kristali yapmak için, bir hafta zaman harcamış­tır (burada da, başlatma maddesi olarak sentez yolu ile elde edilmiş minik kristaller kullanılmıştır). 0,2 g’lık elmas, biçil­dikten sonra, desigram basamağından daha fazla gelmemiş, fakat doğal bir kristalden de kolay kolay ayrılamamıştır; yal­nızca soğurma izgeölçümü (spektroskopisi), bu ayrımın an-

t

%

Sentez yolu ile elde edilen yakut (Gilson), burada görüldüğü gibi açık yeşil olabilir; ayrıca koyu yeşil de olabilir,

İaşılmasını sağlayabilmiştir.

Bu arada, doğal elmasın daha arı ve renksiz olduğunu belirtelim. Öte yandan, ilke olarak, sentezin de tam bir ola­ğanüstü arılığa ulaşmayı sağlayacağı biliniyor. Normal boyut­lardaki kristaller elde etme araştırmaları sürseydi, doğalla­rından ayrılamayacak taşların elde edileceği kuşkusuzdu.

Güzellik kavramı tümüyle öznel olduğuna göre, ya/nız- ça güzel duyu (estetik) bakımından, bir sentez yakutu da bir doğal yakut kadar değerlidir; üstelik, özellikle Vemeuil ya­kutlarının daha ucuz olması da bir yarardır. Ayrıca, sentez yolu ile elde edilmiş çok temiz, arı, iyi renklenmiş güzel kris­tallerin aynıları yeraltında daha seyrek bulunurlar, (kuşku­suz, büyük derinliklerde bol bulunabilirler).

Bununla birlikte, sentez taşları büyük bir yayılma göste­rememiştir; böyle olmasının iki nedeni vardır: Birincisi, ti­caret yaşamındaki eğilimin, maden filizlerinden kuyumculu­ğa doğru olmasıdır; herkes “doğadan” olanı satmak ister. İkincisi ise, doğal olanın satın alınması yolundaki gelenektir. Kimilerine büyük varlık sağlayan ve büyük bir kitleyi de bü­yük harcamalara sürükleyen bu koşullanmalar, sentez taşla­rının üretimini sınırlamıştır. Dolayısı ile, sınırlanmış üretim, fiyatların yükselmesi demektir: Güzel sentez taşları da, ko­layca alınacak kadar ucuz değillerdir.

Elmasın daha değişik bir durumu vardır; sentez kristal­leri minik olduğundan daha çok sanayide (bileği taşları, per­dahlar, delgiler, elmaslı gereçler, v.b.) kullanılmaktadır. Da­ha önce gördüğümüz gibi, Hail yöntemi, daha uzun zaman harcayarak, normal boyutlarda kristaller yapılmasını sağlamak­tadır. Fakat bunların fiyatları da doğal elmaslarınkilere ula­şacak gibi görünmektedir. Bu nedenle, karbon atomlarını doğ­ru dizilişlerine yerleştirmek için, dört kollu sıkaç (pres) yön­teminden daha yalın başka yöntemler bulunup bulunmadığı sorulabilir. İşte bu, yanıtlanmasını uzmanlarına bırakacağı­mız, bir kristal fiziği problemidir.

TASLAR