Физические свойства металлов

Содержание

ТОП-20 самых твердых металлов в мире

Когда речь идет о твердом и прочном металле, то в своем воображении человек сразу же рисует воина с мечом и в доспехах. Ну или с саблей, и обязательно из дамасской стали. Но сталь, хоть и прочный, но не чистый металл, ее получают путем сплава железа с углеродом и некоторыми другими металлами-добавками. И при необходимости сталь подвергают обработке, чтобы изменить ее свойства.

Легкий прочный металл серебристо-белого цвета

Каждая из добавок, будь то хром, никель или ванадий, отвечают за определенное качество. А вот для прочности добавляют титан – получаются самые твердые сплавы.

По одной версии, металл получил свое название от Титанов, могучих и бесстрашных детей богини Земли Геи. Но по другой версии, серебристое вещество названо в честь королевы фей Титании.

Титан открыли немецкий и английский химики Грегор и Клапрот независимо друг от друга с разницей в шесть лет. Произошло это в конце 18-го века. Вещество тут же заняло место в периодической системе Менделеева. Спустя три десятилетия был получен первый образец металлического титана. И довольно долго металл не использовали из-за его хрупкости. Ровно до 1925 года – именно тогда, после ряда опытов, иодидным методом был получен чистый титан. Открытие стало настоящим прорывом. Титан оказался технологичным, на него тут же обратили внимание конструкторы и инженеры. И сейчас металл из руды получают, в основном, магниетермический способом, который предложили в 1940 году.

Титан - самый твёрдый используемый металл

Если затрагивать физические свойства титана, то можно отметить его высокую удельную прочность, прочности при высоких температурах, маленькую плотность и коррозийную стойкость. Механическая прочность титана в два раза выше прочности железа и в шесть – алюминия. При высоких температурах, где легкие сплавы уже не работают (на основе магния и алюминия), на помощь приходят титановые сплавы. К примеру, самолет на высоте в 20 километров развивает скорость в три раза выше, чем скорость звука. И температура его корпуса при этом около 300 градусов по Цельсию. Нагрузки такие выдерживает только титановый сплав.

По распространенности в природе металл занимает десятое место. Титан добывают в ЮАР, России, Китае, Украине, Японии и Индии. И это далеко не полный перечень стран.

Перечень возможностей применения металла вызывает уважение. Это военная промышленность, остепротезы в медицине, ювелирные и спортивные изделия, платы мобильных телефонов и многое другое. Постоянно возносят титан конструкторы ракето, авиа, кораблестроения. Даже химическая промышленность не оставила металл без внимания. Титан отличен для литья, ведь очертания при отливке точны и имеют гладкую поверхность. Расположение атомов в титане аморфное. И это гарантирует высокую прочность при растяжении, ударную вязкость, превосходные магнитные свойства.

Твердые металлы с наибольшей плотностью

Одними из самых твердых металлов, так же, являются осмий и иридий. Это вещества из платиновой группы, у них самая высокая, почти одинаковая, плотность.

Иридий открыли в 1803 году. Обнаружил металл химик из Англии Смитсон Теннат, во время исследования природной платины из Южной Америки. Кстати, с древнегреческого «иридий» переводится как «радуга».

Иридий - редкий и твердый металл на планете

Самый твердый металл добыть довольно сложно, поскольку в природе его почти нет. И часто металл находят в метеоритах, которые упали на землю. По словам ученых, на нашей планете содержание иридия должно быть намного больше. Но из-за свойств металла – сидерофильности – он находится на самой глубине земных недр.

Иридий довольно сложно обработать и термическим, и химическим способом. Металл не вступает в реакцию с кислотами, даже сочетаниями кислот при температуре меньше 100 градусов. При этом, вещество подвержено процессам окисления в царской водке (это смесь соляной и азотной кислот).

Интерес, как к источнику электрической энергии, представляет изотоп иридия 193 m 2. Поскольку период полураспада металла составляет 241 год. Нашел широкое применение иридий в палеонтологии и промышленности. Его используют при изготовлении перьев для ручек и определение возраста разных слоев земли.

А вот осмий открыли на год позже, чем иридий. Этот твердый металл нашли в химическом составе осадка платины, которая была растворена в царской водке. И название «осмий» получилось из древнегреческого слова «запах». Металл не подвержен механическому воздействию. При этом, один литр осмия в разы тяжелее, чем десять литров воды. Впрочем, это свойство пока осталось без применения.

Осмий - один из самых твёрдых металлов

Осмий добывают на американских и российских рудниках. Богато его месторождение и в ЮАР. Довольно часто металл находят в железных метеоритах. Для специалистов представляет интерес осмий-187, который экспортируется только из Казахстана. С его помощью определяют возраст метеоритов. Стоит отметить, что всего один грамм изотопа стоит 10 тысяч долларов.

Ну а используют осмий в промышленности. И не в чистом виде, а в виде твердого сплава с вольфрамом. Производят из вещества лампы накаливания. Осмий является катализатором при изготовлении нашатырного спирта. Редко из металла изготавливают режущие части для нужд хирургии.

Самый твердый металл из чистых

Самый твердый из чистейших металлов на планете – хром. Он отлично поддается механической обработке. Металл голубовато-белого цвета обнаружили в 1766 году в окрестностях Екатеринбурга. Минерал тогда получил название «сибирский красный свинец». Его современное название – крокоит. Через несколько лет после открытия, а именно, в 1797 году, французский химик Воклен выделил из металла новый металл, уже тугоплавкий. Специалисты сегодня полагают, что полученное вещество – карбид хрома.

Хром - очень твёрдый и прочный металл

Название этого элемента образовано от греческого «цвет», ведь сам металл славится разнообразием окраски своих соединений. Хром довольно просто встретить в природе, он распространенный. Найти металл можно в ЮАР, которая по добыче занимает первое место, а так же в Казахстане, Зимбабве, России и Мадагаскаре. Присутствуют месторождения в Турции, Армении, Индии, Бразилии и на Филиппинах. Специалисты особенно ценят некоторые соединения хрома – это хромистый железняк и крокоит.

Самый твердый металл в мире — вольфрам

Вольфрам – это химический элемент, самый твердый, если рассматривать его в ряду с другими металлами. Его температура плавления необычайно высока, выше – только у углерода, но это не металлический элемент.

Но природная твердость вольфрама в то же время не лишает его гибкости и податливости, что позволяет выковывать из него любые необходимые детали. Именно его гибкость и теплоустойчивость делает вольфрам идеально подходящим материалом для выплавки мелких деталей осветительных приборов и деталей телевизоров, например.

Вольфрам - самый твердый металл в мире

Используется вольфрам и в более серьезных областях, например, оружестроении — для изготовления противовесов и артиллерийских снарядов. Этим вольфрам обязан высокому показателю плотности, что делает его основным веществом тяжелых сплавов. Плотность вольфрама близка по показателю к золоту – всего несколько десятых составляют разницу.

На сайте uznayvse.ru можно прочитать какие же металлы являются самыми мягкими, как их используют, и что из них делают.

ТОП-20 самых твердых металлов в мире

ТОП-20 самых твердых металлов в мире

Всего в мире насчитывается 94 вида металлов, различающихся по пластичности, ковкости, электропроводности, прочности. Ниже мы представим «двадцатку» самых твердых и перечислим их уникальные особенности.

Иридий

1

Это самый твердый металл на планете. Он почти не поддается обработке, но это не мешает его использованию в разных сферах промышленности. Из иридия делают комплектующие к ракетам и автомобильные детали. Его открыл в начале девятнадцатого века английский химик. Самый твердый в природе металл имеет следующие характеристики:

  • температура плавления — 2 466 градусов;
  • бело-серебристый окрас;
  • температура кипения — 4 428 градусов.

В природе встречается мало иридия. Ученые предполагают, что его залежи располагаются ближе к ядру Земли.

Рутений

2

Металл серебристого оттенка, открытый русским химиком в 1844 году, полностью инертен. Он относится к платиновой группе и является самым редким на земле. Ученые установили, что всего в мире не более пяти тысяч тонн рутения. В году удается добывать до 18 тонн. Из-за сравнительно большой цены рутений почти не применяют в промышленности, но его выбирают:

  • для каталитических реакций;
  • защиты титана от коррозии;
  • создания устойчивого сплава с платиной.

Высокопрочный тугоплавкий металл позволяет образовывать сложные химические соединения. Он придает золоту черный оттенок и применяется в аэрокосмической сфере.

Тантал

3

Открыт химиком из Швеции в 1804 году. Но выделить в чистом виде его смогли лишь через 120 лет и в Германии. Залежи редкого металла можно найти на западе Австралии. Сплавы с танталом не боятся попадания в агрессивную среду. Материал используют в авиакосмической и электронной промышленности, для создания атомной энергии, в составе медицинских протезов. Его считают самым плотным в мире — гарантировано высочайшее сопротивление коррозии.

Хром

4

Самый твердый и блестящий металл, который не боится кислотно-щелочного влияния, имеет голубоватый оттенок. Залежи хрома можно найти в Казахстане, Африке, на территории РФ. Открыт он был в России в 1763 году на Северном Урале.

Читайте также Навес металлический – из чего состоит, параметры и требования, где применяется и как выглядит

Хром имеет высокую температуру плавления — до 1 856 градусов. Его добывают из кимберлита. По распространенности на планете занимает 22 позицию. На производство металлических сплавов приходится до 85 % запасов хрома. Используют его и в машиностроении, при проведении научных исследований, в синтезе искусственных рубинов.

Бериллий

5

Твердый металл, открытый французскими химиком в 1798 году, имеет серебристо-белый оттенок. Бериллий — высокотоксичный, может спровоцировать аллергические реакции. К нему нельзя приближаться без средств защиты. Но зато металл подходит для упрочнения стали — достаточно добавить 0,5 %, чтобы изделия выдерживали температуру красного каления. Бериллий выбирают для создания огнеупорных материалов, реактивного топлива. Из него создают экраны для аэрокосмической промышленности.

Читать статью  Самый легкий и самый прочный металл – Самые прочные металлы в мире: топ-10

Осмий

6

Этот тугоплавкий и твердый металл был открыт в Великобритании в 1803 году. Он включен в платиновую группу и не боится агрессивного воздействия. Осмий используется в медицине при производстве кардиостимуляторов, легочных клапанов, в военном деле и химической промышленности. Это самый тяжелый и твердый металл в таблице Менделеева. Он плохо поддается обработке.

Рений

7

Один из самых редких тугоплавких металлов высокой прочности на планете. Его открыли в 1925 году химики из Германии, но первое предположение о существовании этого элемента высказывал еще Д.И. Менделеев в конце девятнадцатого века. Количество ежегодной добычи металла сейчас достигает сорока тонн. Его используют для производства катализаторов, самоочищающихся электрических контактов. Температура плавления достигает 2 000 градусов Цельсия. Металл находит применение в авиационных и ракетных двигателях.

Вольфрам

8

Серебристо-серый цвет и высокая тугоплавкость этого металла определяют сферы его применения. Вольфрам был открыт в 1781 году шведским химиком. Его используют для изготовления элементов накаливания, хирургических инструментов, контейнеров для хранения радиоактивных материалов. Этот металл плавится при температуре до 3422 градусов Цельсия. Способность сохранять эксплуатационные свойства при экстремально высоких температурах сделала вольфрам востребованным в военной промышленности.

Уран

9

Один из наиболее твердых металлов в мире был открыт в 1840 году, но о его высоких радиоактивных свойствах узнали только через 56 лет. Французский химик Беккерель потратил годы на исследование уранового излучения.

Залежи этого элемента в природе очень велики. Урановую руду активно добывают в Казахстане, Австралии, разных регионах России. Запасы радиоактивного элемента природного происхождения распространены в земной коре.

Титан

10

Это самый легкий и твердый металл из всех в мире. Титан удалось получить лишь в 1825 году шведским химиком. Его отличают серебристо-белый оттенок, высокая стойкость к механическим и коррозийным воздействиям. К другим свойствам относятся:

  • температура плавления — до 1 668 градусов Цельсия;
  • низкая электропроводность;
  • высокая прочность на разрыв.

Титан выступает в роли легирующего элемента во многих сплавах, применяется в судостроительной отрасли и аэрокосмической промышленности, в медицине и машиностроении. Он содержится в виде оксидов в большей части магматических пород.

Родий

11

В ТОП самых твердых металлов входит и родий — самый дорогой из платиновой группы. Он имеет голубовато-серебристый оттенок. Родий — благородный металл с холодным, аристократическим блеском. Он содержится в никелевых и платиновых рудах, распространен в Южной Америке.

До 81 % всех запасов направляют на изготовление каталитических фильтров-нейтрализаторов. Родий устойчив кфизическому воздействию. Механическая обработка возможна только при нагревании до 810-900 градусов Цельсия. Серная кислота и раскаленная царская водка не способны растворить этот металл. Родий легко сплавляется с другими платиноидами.

Палладий

12

Благородный металл серебристого цвета из платиновой группы. Крупнейшие месторождения находятся в Норильске (Россия), на Аляске, в Австралии, Африке и Канаде.

Палладий используют для производства искусственных волокон, постоянных магнитов, электрических контактов в приборах. Это ковкий, тягучий металл, который не тускнеет на воздухе. Редкий элемент был открыт английским химиком в 1803 году — его обнаружили в самородной платине. Температура плавления составляет 1 554 градуса Цельсия.

Железо

13

Уникальный ковкий металл, составляющий большую часть ядра нашей планеты. Это наиболее распространенный элемент земной коры. Железо в чистом виде — довольно пластичный металл серебристо-серого цвета, который используется в разных направлениях промышленности. Он имеет малую стоимость. К характеристикам относятся:

  • плотность — 7,84 г/см3;
  • температура кипения — 2 862 градуса Цельсия;
  • температура плавления — 1 538 градусов Цельсия.

Сталь

14

Высокая твердость сплава железа с углеродом, устойчивость к коррозийному воздействию позволяют использовать разные марки инструментальной стали в промышленности. Это самый твердый металл для ножа, из которого делают сверла и другие части инструментов, механизмы для строительной сферы. Легированная высокоуглеродистая сталь относится к наиболее твердым. Помимо железа и углерода она может включать молибден, марганец, ванадий, хром.

Платина

15

Редкий драгоценный металл, который встречается в магматических месторождениях. Платина имеет цвет, переходящий от серо-стального к темно-серому. Этот минерал редко встречается в чистом виде, содержит примеси иридия и никеля, палладия. Разведанные запасы составляют около 80 000 тонн и распределяются по ЮАР, США и России.

Платина применяется в качестве катализатора, легирующей добавки для высокопрочных сталей, в ювелирной промышленности, для производства постоянных магнитов, в виде покрытия для деталей СВЧ-техники.

Никель

16

В природе никель встречается в минералах с высоким содержанием серы или мышьяка. Это переходный элемент, который используется в металлопрокате для производства сталей. На это уходит до 68 % от общего объема добычи. Никель выбирают и для чеканки монет, при разработке аккумуляторных батарей и в гальванике, в музыкальной промышленности, медицине, химических и радиационных технологиях.

Крупные запасы располагаются в Индонезии, на территории России, на Филиппинах. Никель плавится при температуре 1 453 градуса Цельсия. Он был открыт в Швеции в 1751 году.

Бронза

17

Это сплав меди с оловом, марганцем и другими добавками, включая свинец и фосфор. Его температура плавления варьируется от 930 до 1 140 градусов Цельсия. Бронза — пластичная и твердая. Оттенки варьируются в зависимости от состава. Различают золотистую и серебристую, красную, серую и черную бронзу. Она используется при производстве:

  • фурнитуры и элементов декора;
  • деталей для механизмов и машин;
  • многочисленных фитингов (переходники, муфты, тройники);
  • ювелирных изделий.

Медь

18

Это один из немногих элементов, которые встречаются в природе в пригодной для использования форме. Медь не требует предварительного извлечения из минеральных руд, поэтому она стала пригодной для эксплуатации очень давно. Еще до нашей эры ее использовали с оловом для получения бронзы. Сейчас медь применяется при производстве кровельных материалов, сантехнического оборудования, кабелей и электрических проводов. Этот металл плавится при температуре 1083 градуса Цельсия. Предел его текучести достигает 340 мПа.

Алюминий

19

Это широко используемый в разных отраслях промышленности и строительства цветной металл. Из него состоит около 8 % всей земной коры. Алюминий используется в аэрокосмической промышленности, при развитии городской инфраструктуры, для производства металлургического оборудования. К его главным характеристикам относятся:

  • устойчивость к коррозийному воздействию;
  • низкая плотность;
  • текучесть — до 120 мПа;
  • температура плавления — до 660 градусов.

Золото

20

Один из самых востребованных в ювелирном деле драгоценных металлов. Исторически сложилось, что золото используется в медицине, электронной промышленности и для изготовления денег. Свыше 10 % всех мировых запасов идет на производство коррозийно-стойких элементов. Геологи уверены, что недра нашей планеты скрывают свыше 80 % золотых запасов. Температура плавления металла — 1064 градуса Цельсия, а его текучесть — до 30 мПа. Золото характеризуется:

  • высокой плотностью, тягучестью;
  • хорошей полируемостью и отражающей способностью;
  • большим удельным весом;
  • низким сопротивлением электризации.

Таблица по твёрдости Мооса

grafik

Самые твердые металлы по шкале Мооса представлены в таблице по убыванию значений:

Топ 25 самых прочных и легких металлов на земле

metal

Самый прочный металлический сплав в мире

Платина + золото — самый твердый в мире сплав металлов

И сразу к сути научного достижения — ученые из Сандийской национальной лаборатории США разработали новый металлический сплав и назвали его самым прочным сплавом, когда-либо созданным учеными в лабораториях по всему миру. Недавно разработанный материал, изготовленный из комбинации платины и золота, по оценкам, в 100 раз прочнее высокопрочной стали, что делает его первым металлическим сплавом в том же классе, что и алмазные поверхности.

Как производят металлы?

Металлы добываются из руд. Для определения их вкладов используются различные сложные методы и системы расчетов. Производство металлов осуществляется в несколько этапов:

  1. Разработка рудного месторождения. Он может быть открытым или закрытым. Иногда методы добычи комбинируются. Метод открытого разреза менее опасен.
  2. Очистка руды. Этот процесс осуществляется для извлечения полезных компонентов (рудного концентрата), которые будут использоваться в дальнейшем производстве.
  3. Добыча металла. Осуществляется с использованием электролитических или химических методов восстановления.
  4. Выплавка металлов. Это достигается в технологических печах, где сырье нагревается до повышенной температуры. Кроме того, используется восстановитель.

Разработка рудного месторождения (Фото: Instagram / polyus_official)

Характеристика металлов

Металлы — это группа из более чем 90 простых веществ из периодической таблицы Менделеева. Они редко встречаются в природе в чистом виде, поэтому чаще всего их добывают из руд. Это название, данное типу минерала, который представляет собой комбинацию нескольких химических компонентов, таких как минералы и те же металлы. Металлы характеризуются несколькими свойствами, которые используются для их классификации по группам:

  • Твердость — сопротивление проникновению в материал другого, более твердого тела;
  • твердость — сопротивление разрушению при воздействии внешней нагрузки;
  • упругость — изменение формы материала под действием внешних сил и его восстановление после прекращения действия этих сил;
  • пластичность — изменение формы материала под влиянием внешнего воздействия и ее восстановление после устранения этого воздействия
  • Стойкость к истиранию — сохранение внешнего вида и физических свойств материала после сильного трения
  • Вязкость — способность материала растягиваться под воздействием внешних сил;
  • Усталость — способность материала выдерживать повторяющиеся нагрузки;
  • Термостойкость — устойчивость к окислительным процессам при нагревании до высоких температур.

Читайте также Как сделать охотничий нож своими руками: выбор материала и пошаговая инструкция к изготовлению

Недавно ученые создали улучшенный алюминиевый сплав 6063, который уничтожает бактерии. Считается, что его можно использовать для изготовления дверных ручек в больницах и других общественных местах.

Таблица предела прочности металлов

Металл Назначение Прочность, МПа
Вести Pb 18
Олово Sn 20
Кадмий Cd 62
Алюминий Аль 80
Бериллий Будьте 140
Магний Mg 170
Медь Cu 220
Кобальт Co 240
Железо Fe 250
Ниобий Nb 340
Никель Ni 400
Титан Ti 600
Молибден Mo 700
Цирконий Zr 950
Вольфрам W 1200

Рейтинг самых крепких элементов в мире

Существует большое количество известных металлов и сплавов. Среди самых сильных — 10 элементов.

Тантал

Металл под названием тантал, который был открыт в 1802 году, занимает третье место в нашем списке. Он был открыт шведским химиком А. Г. Экебергом. Долгое время считалось, что тантал идентичен ниобию. Однако немецкому химику Генриху Розе удалось доказать, что это два разных элемента. Ученый Вернер Болтон из Германии смог выделить чистый тантал в 1922 году. Это очень редкий металл. Крупнейшие месторождения танталовой руды были обнаружены в Западной Австралии.

Читать статью  Самый легкий металл это литий

Тантал

Благодаря своим уникальным свойствам тантал является очень востребованным металлом. Он находит разнообразное применение:

  • В медицине тантал используется в производстве проволоки и других компонентов, которые могут связывать ткани и даже выступать в качестве заменителя кости;
  • Сплавы, содержащие тантал, устойчивы к агрессивным средам и поэтому используются в аэрокосмической и электронной промышленности;
  • Тантал также используется для получения энергии в ядерных реакторах;
  • Он также широко используется в химической промышленности.

Титан

Последнее место в десятке самых твердых металлов занимает титан. Первая чистая форма этого элемента была получена химиком Й. Й. Берцелиусом из Швеции в 1825 году. Титан — это легкий, серебристо-белый титановый металл, очень твердый и устойчивый к коррозии и механическим нагрузкам. Титановые сплавы используются во многих отраслях машиностроения, медицины и химической промышленности.

Титан

Иридий

Иридий находится в верхней части списка самых твердых металлов. Он был открыт в начале XIX века английским химиком Смитсоном Теннантом. Иридий обладает следующими физическими свойствами:

  • Имеет серебристо-белый цвет;
  • Температура его плавления составляет 2466 oC;
  • Температура его кипения составляет 4 428 °C;
  • Его удельное сопротивление составляет 5,3-10-8 Ом-м.

Поскольку иридий — самый твердый металл на планете, с ним трудно работать. Тем не менее, он по-прежнему используется в различных промышленных приложениях. Например, из него делают маленькие шарики, которые используются в ручках. Иридий также используется в производстве компонентов для космических ракет и некоторых деталей для автомобилей.

Иридиум

В природе встречается очень мало иридия. Находки этого металла являются своего рода доказательством того, что метеориты упали там, где он был найден. Эти космические тела содержат значительное количество этого металла. Ученые считают, что наша планета также богата иридием, но его месторождения находятся ближе к ядру Земли.

Вольфрам

Вольфрам - самый прочный металл в мире

Самый твердый металл, встречающийся в природе. Этот редкий химический элемент также является самым тугоплавким из металлов (3422 °C).

Впервые он был обнаружен в виде кислоты (триоксида вольфрама) в 1781 году шведским химиком Карлом Шееле. Дальнейшие исследования привели двух испанских ученых, Хуана Хосе и Фаусто д’Эльхухара, к открытию кислоты из минерала тунграмита, из которого затем с помощью древесного угля был выделен вольфрам.

Помимо широкого использования в лампах накаливания, способность вольфрама работать в экстремальных тепловых условиях делает его одним из самых привлекательных элементов для оружейной промышленности. Во время Второй мировой войны металл сыграл важную роль в налаживании экономических и политических отношений между европейскими странами.

Вольфрам также используется для получения твердых сплавов и в аэрокосмической промышленности для производства ракетных сопел.

Бериллий

Бериллий

Теперь эту металлическую красоту лучше не защищать. Потому что бериллий очень токсичен, а также канцерогенен и вызывает аллергию. Если вы вдыхаете воздух, содержащий бериллиевую пыль или пары бериллия, у вас может развиться бериллиоз — заболевание, поражающее легкие.

Однако бериллий не только вреден, но и полезен. Например, добавьте в сталь всего 0,5% бериллия, и вы получите пружины, которые будут упругими, даже если довести их до красного каления. Они могут выдерживать миллиарды циклов нагрузки.

Бериллий используется в аэрокосмической промышленности для создания теплозащитных экранов и систем наведения, для создания огнеупорных материалов. Даже вакуумная трубка Большого адронного коллайдера сделана из бериллия.

Уран

Это радиоактивное вещество естественного происхождения очень широко распространено в земной коре, но концентрируется в определенных твердых горных породах.

Один из самых твердых металлов в мире, он имеет два важных коммерческих применения — ядерное оружие и ядерные реакторы. Поэтому конечными продуктами урановой промышленности являются бомбы и радиоактивные отходы.

Рений

Рений

Рений — очень редкий и дорогой металл, который, хотя и встречается в природе в чистом виде, обычно добавляется в молибденит.

Если бы костюм Железного человека был сделан из рения, он мог бы выдерживать температуру 2000°C без потери прочности. Что будет с Железным человеком внутри костюма после такого «огненного шоу» — умалчивается.

Металл используется в нефтехимической и химической промышленности. Этот металл используется в нефтехимической промышленности, электронике и электротехнике, а также в авиационных и ракетных двигателях.

Осмий

Осмий

Серебристый, голубоватый металл светлого цвета. Он относится к платиновой группе и считается одним из самых плотных элементов. Он характеризуется твердостью. Os — хрупкий металл, но он устойчив к механическим воздействиям и кислотоустойчив.

Ученые зафиксировали присутствие осмия в металлических метеоритах. Образуя идеальный состав с другими элементами, он широко применяется в медицине, электронике, химии и нефтехимии, ракетостроении, широко используется в производстве ручек.

Хром

Хром — это металл сине-белого цвета. Он обладает высокой прочностью и твердостью, а также сильными магнитными свойствами. Он не становится хрупким и устойчив к воздействию кислот и щелочей.

Он используется в производстве различных сплавов, которые применяются в медицинском оборудовании. Cr также используется в синтезе искусственных рубинов, а соли четырехвалентного хрома применяются для консервации древесины и дубления кожи.

Рутений

Рутений

Название второго по силе металла на древнем языке рутений означает Россия. Этот металл имеет серебристый цвет, относится к группе платины и содержится в мышечных тканях всех живых существ на земле.

Это высокопрочный, твердый, тугоплавкий металл, устойчивый к воздействию химических веществ и способный образовывать сложные соединения. Рутений используется в аэрокосмической, медицинской и электронной промышленности, а также в качестве добавки для придания золоту черного цвета.

Графен

Молекулярная решетка графена. Первый пункт в нашем списке — материал, который широко используется в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Когда безопасность стоит на первом месте, а запуск ракет в космос кажется очень опасным, использование графена просто необходимо. Он в 200 раз прочнее стали. Графен состоит из одного слоя атомов углерода, расположенных в виде треугольной решетки.

Железо и сталь

Железо и сталь

Как чистое вещество, железо не такое твердое по сравнению с другими участниками рейтинга. Однако из-за минимальных затрат на его добычу он часто используется в сочетании с другими элементами для производства стали.

Сталь — это очень твердый сплав, изготовленный из железа и других элементов, таких как углерод. Это наиболее часто используемый материал в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. И даже если вы не имеете к ним никакого отношения, вы все равно используете сталь каждый раз, когда режете еду ножом (если, конечно, он не керамический).

Искусственный металл

В 2015 году калифорнийские ученые создали микролаты. В настоящее время это самый легкий металл на Земле, состоящий на 99,99% из воздуха. Однако благодаря особой конструкции элемент обладает высокой прочностью. Он представляет собой переплетение трубок, каждая из которых имеет размер 0,001 человеческого волоса. Удивительные свойства микроволокна только начинают в полной мере использоваться в промышленности.

Микролаттис

Углеродное волокно

Углеродное волокно

Черный композит из углеродного волокна. Характеристики углеродного волокна, которые делают его отличным выбором для военных машин, ракет и деталей спортивных автомобилей, — это высокая жесткость и очень низкий вес. Углеродное волокно также может выдерживать очень высокие температуры и обладает высокой устойчивостью к воздействию различных абразивных химических веществ. По сути, углеродное волокно — это сверхплотные, выровненные атомы углерода, диаметр которых составляет от 5 до 10 микрометров.

Рейтинг самых легких металлов на земле

В этой главе мы сосредоточимся на самых легких в мире металлах: какими свойствами они обладают, для чего их используют и чем они интересны.

Литий

Литий входит в первую группу периодической таблицы элементов. Он имеет наименьшую атомную массу среди всех металлов — всего 3, после водорода и гелия. Простое вещество, литий, при нормальных условиях имеет серебристо-белый цвет.

Это самый легкий щелочной металл, его плотность составляет 0,534 г/см³. Благодаря этому он плавает не только в воде, но и в парафине. Для его хранения обычно используют парафин, бензин, минеральные масла или нефтяной эфир. Литий очень мягкий и податливый и легко режется ножом. Чтобы расплавить этот металл, его необходимо нагреть до 180,54 °C. Он будет кипеть только при температуре 1340 °C.

В природе существует только два стабильных изотопа этого металла: литий-6 и литий-7. Кроме них существует 7 искусственных изотопов и 2 ядерных изомера. Литий является промежуточным продуктом в реакции превращения водорода в гелий, тем самым участвуя в образовании звездной энергии.

Читайте также Почему истинный вес тонны дерева больше тонны железа?

Какой металл самый легкий?

Какой металл является самым легким на земле

Литий известен как самый легкий металл и широко используется в сплавах.

Литий используется в:

  • в производстве химических анодов для источников энергии;
  • в оптических работах и экспериментах;
  • Высокопроизводительные лазеры.

Например, гидроксид лития используется для получения электролита в щелочных батареях. Силикат и алюминат лития также используются в производстве керамики — в качестве основы. Эта керамика затвердевает уже при комнатной температуре.

Это свойство лития используется

  • в металлургии;
  • в военном деле (в разработке передовых технологий);
  • в производстве термоядерной энергии.

Литий также широко используется в промышленности, так как некоторые соединения этого металла помогают отбеливать ткани.

Интересно, что использование лития распространилось на медицину и фармацевтику. В психиатрии соединения лития используются для стабилизации эмоционального состояния пациентов.

Магний (Mg)

Магний — ковкий металл с атомной массой 24,307 °u и плотностью 1,7 г/см^3, который занимает 12 место в таблице Менделеева. Впервые он был получен в чистом виде в 1808 году. Он податлив и легко поддается прессованию и резке.

Он обладает высокой температурой плавления (650 °C) и коррозионной стойкостью. При создании сплавов на основе магния значительно улучшаются механические свойства металла, что существенно расширяет спектр применения данного вида материала.

Один из самых распространенных элементов на Земле, он встречается как в земной коре, так и в морской воде, обычно в составе солей и минералов. Природные месторождения самородного магния встречаются крайне редко, лишь несколько месторождений найдено в России, Восточной Сибири и Таджикистане. Считается, что в 2020 г. США станут крупнейшим производителем магния в мире.

Его основное применение — производство различных сплавов, как легких, так и сверхлегких, которые могут использоваться в самолетах и автомобилях. Благодаря своим огнеопасным свойствам он также используется в пиротехнике и в производстве зажигательных и осветительных снарядов для оборонной промышленности.

Читать статью  Что легче железо или сталь

Раньше фотосъемка была бы невозможна без магниевого порошка с окислителями — хотя магниевые вспышки используются гораздо реже, чем раньше, они по-прежнему пользуются большим спросом. Магний также важен для правильного функционирования организма и обменных процессов, поэтому препараты на основе магния используются в медицине, в кардиологии, неврологии и при гастроэнтерологических заболеваниях.

Калий

Калий является вторым по распространенности элементом в периодической таблице Менделеева и занимает 19-е место по молекулярному весу. Как и литий, он не встречается в кусковой форме из-за своей повышенной активности, поэтому калий добывают из минералов.

Калий

Он очень мягкий, серебристого цвета и при горении дает фиолетовое пламя. Калий взаимодействует с кислородом, кислотами и водой. Взрывы — не редкость, поэтому работа с этим опасным металлом требует особой осторожности и использования средств защиты. Если частицы калия попадут на кожу, они вызовут тяжелые химические ожоги. Его следует хранить в герметичных контейнерах с добавлением веществ, препятствующих проникновению кислорода. Это может быть силикон или минеральное масло.

Калий в ампуле

Используется калий, полученный из горных пород в чистом виде:

  • Для производства электродов;
  • В лампах, фотоэлектрических элементах.

Лампочка

В виде сплавов используется калий:

  • В синтезе пероксида;
  • В работе по определению возраста горных пород;
  • В качестве индикатора в биологии и медицине;
  • В качестве теплоносителя в реакторах.

Мини-реактор

Калий наиболее востребован в медицине для производства различных видов сплавов. На основе этого металла синтезируется значительная часть лекарств. Кроме того, он является основой витаминных комплексов, целью которых является поддержка сердечно-сосудистой системы и кислотно-щелочного баланса в организме.

Натрий

Натрий — это неорганическое соединение, которое также является щелочью и не встречается в природе в чистом виде. Он встречается в таких минералах, как бура, тенардит, галит и других. Натрий получают в лаборатории путем плавления поваренной соли. В этом промышленном процессе также синтезируется хлор.

Натрий

Подобно литию и калию, этот металл бурно реагирует с кислородом, кислотами, углекислым газом и спиртами. Он может самопроизвольно воспламеняться при смешивании с фтором или хлором. При добавлении воды происходит небольшой взрыв и образуется каустическая сода.

Натрий в ампуле

Внешне он очень похож на калий. Его цвет серебристый, хотя на открытом воздухе он быстро темнеет. Полезными характеристиками для промышленности являются его отличная проводимость электричества и тепла.

Металлический натрий

Натрий имеет наибольшую разницу температур между точками кипения и плавления. Таким образом, первый процесс происходит при температуре +883 °C, а второй — при +98 °C. Именно по этой причине натрий используется в ядерных реакторах, поскольку он может выдерживать критические температуры.

Натрий, химический элемент

В человеческом организме Na необходим для нормального обмена веществ. Недостаток этого полезного элемента приводит к невралгии и проблемам с желудочно-кишечным трактом. Однако слишком большое его количество может привести к повышению кровяного давления и отекам.

Алюминий

Самым твердым металлом среди легких и цветных металлов является алюминий. Этот элемент отождествляется с золотой серединой, когда нужен материал не только невесомый, но и устойчивый к любым воздействиям.

Алюминий

Детская погремушка стала первым изделием, изготовленным из алюминия.

Алюминиевые изделия

Это один из немногих химических элементов, который непосредственно участвует в производстве всего, что составляет основу современного домашнего хозяйства. Самый популярный в мире металл завоевал титул самого полезного в 20 веке. Однако в 21 веке мало что изменилось. Алюминиевые сплавы (более твердые, чем чистый металл) используются в строительстве, производстве столовых приборов, инструментов, мебели и многого другого.

Самые легкие цветные металлы

Наиболее распространенный способ классификации цветных металлов по их физико-химическим свойствам — на семь групп, среди которых выделяют так называемые тяжелые и легкие цветные металлы. Это традиционное определение основано на плотности материала.

В основной список входят алюминий, магний, титан, литий, олово и бериллий. К этой же группе относятся кадмий, таллий, галлий, висмут, индий и другие элементы.

Производство легких сплавов является чрезвычайно энергоемким, поэтому предприятия, специализирующиеся в этой области металлургии, располагаются вблизи источников дешевой энергии.

Механические свойства металлов и сплавов

Механические свойства металлических материалов следующие:

  1. Сила. Она заключается в способности материала сопротивляться растрескиванию под действием внешних сил. Тип силы зависит от того, как действуют внешние силы. Она подразделяется на: сжатие, растяжение, кручение, изгиб, ползучесть, усталость.
  2. Пластичность. Это способность металлов и их сплавов изменять форму под нагрузкой без разрушения и сохранять эту форму после приложения нагрузки. Пластичность металлического материала определяется его удлинением. Чем больше удлинение, происходящее при уменьшении площади поперечного сечения, тем более пластичным является металл. Материалы с хорошей пластичностью хорошо подходят для работы под давлением: ковки, прессования. Пластичность характеризуется двумя величинами: относительной усадкой и удлинением.
  3. Твердость. Это качество металла заключается в его способности сопротивляться проникновению инородного тела большей твердости, не вызывая при этом необратимой деформации. Стойкость к истиранию и прочность — это основные характеристики металлов и сплавов, которые тесно связаны с твердостью. Материалы с такими свойствами используются при изготовлении инструментов, применяемых для металлообработки: фрез, напильников, сверл, метчиков. Часто твердость материала используется для определения его износостойкости. Например, более твердые сорта стали изнашиваются меньше, чем более мягкие.
  4. Устойчивость к ударам. Способность сплавов и металлов выдерживать ударные нагрузки. Одно из свойств материала, которое может быть использовано для восприятия ударных нагрузок во время работы машины, например, оси колеса или коленчатого вала.
  5. Усталость. Это состояние металла, который постоянно находится под напряжением. Усталость металлического материала развивается постепенно и может привести к разрушению изделия. Способность металлов сопротивляться повреждениям от усталости называется прочностью. Это свойство является функцией природы сплава или металла, состояния поверхности, характера обработки и условий эксплуатации.

Как повысить прочность металла

Существует несколько способов повышения прочности металлов и сплавов:

  • Создание сплавов и металлов, имеющих бездефектную структуру. Ведутся работы по получению волокнистых кристаллов (вискеров), в несколько десятков раз превышающих прочность обычных металлов.
  • Получение увеличения объема и поверхностного давления искусственным путем. Обработка металла под давлением (ковка, волочение, прокатка, прессование) дает объемную клепку, а накатка и дробеструйная обработка — поверхностную клепку.
  • Формирование металлических сплавов с использованием элементов из периодической таблицы.
  • Очистка металла от содержащихся в нем примесей. В результате механические свойства металла улучшаются, а распространение трещин значительно уменьшается.
  • Устранение шероховатости поверхности металла.

Интересные факты

  • Титановые сплавы, удельный вес которых превышает удельный вес алюминия примерно на 70%, в 4 раза прочнее алюминия. Поэтому с точки зрения удельной прочности сплавы, содержащие титан, более жизнеспособны для использования в самолетостроении.
  • Многие алюминиевые сплавы превышают удельную прочность сталей, содержащих углерод. Алюминиевые сплавы очень пластичны, устойчивы к коррозии и прекрасно поддаются обработке давлением и резанием.
  • Пластмассы имеют более высокую удельную прочность, чем металлы. Однако из-за недостаточной жесткости, механической прочности, старения, повышенной хрупкости и низкой теплостойкости ламинаты, текстолит и сэндвич-пластики имеют ограниченное применение, особенно в крупногабаритных конструкциях.
  • Было установлено, что черные и цветные металлы и многие их сплавы уступают стеклопластикам по коррозионной стойкости и удельной прочности.

Расчет прочности металла

Механические свойства металлов являются важным фактором, влияющим на их применение на практике. При проектировании любой конструкции, детали или машины и выборе материала необходимо учитывать все механические свойства, которыми он обладает.

Похожие записи:

  1. Как сверлить металл
  2. Ковка металла в домашних условиях
  3. Материалы для изготовления забора
  4. Цены на металлолом в России

Физические свойства металлов

Физические свойства металлов отличают их от неметаллов. Все металлы, кроме ртути, – твёрдые кристаллические вещества, являющиеся восстановителями в окислительно-восстановительных реакциях.

Положение в таблице Менделеева

Металлы занимают I-II группы и побочные подгруппы III-VIII групп. Металлические свойства, т.е. способность отдавать валентные электроны или окисляться, увеличиваются сверху вниз по мере увеличения количества энергетических уровней. Слева направо металлические свойства ослабевают, поэтому наиболее активные металлы находятся в I-II группах, главных подгруппах. Это щелочные и щелочноземельные металлы.

Определить степень активности металлов можно по электрохимическому ряду напряжений. Металлы, стоящие до водорода, наиболее активны. После водорода стоят слабоактивные металлы, не вступающие в реакцию с большинством веществ.

Электрохимический ряд напряжений металлов

Строение

Вне зависимости от активности все металлы имеют общее строение. Атомы в простом металле расположены не хаотично, как в аморфных веществах, а упорядоченно – в виде кристаллической решётки. Удерживает атомы в одном положении металлическая связь.

Такой вид связи осуществляется за счёт положительно заряженных ионов, находящихся в узлах кристаллической ячейки (единицы решётки), и отрицательно заряженных свободных электронов, которые образуют так называемый электронный газ. Электроны отделились от атомов, превратив их в ионы, и стали перемещаться в решётке хаотично, скрепляя ионы вместе. Без электронов решётка бы распалась за счёт отторжения одинаково заряженных ионов.

Различают три типа кристаллической решётки. Кубическая объемно-центрированная состоит из 9 ионов и характерна хрому, железу, вольфраму. Кубическая гранецентрированная включает 14 ионов и свойственная свинцу, алюминию, серебру. Из 17 ионов состоит гексагональная плотноупакованная решётка цинка, титана, магния.

Виды кристаллических решёток

Свойства

Строение кристаллической решётки определяет основные физические и химические свойства металлов. Металлы блестят, плавятся, проводят тепло и электричество. Промышленность и металлургия нашли применение физическим свойствам металлов в изготовлении деталей, фольги, корпусов машин, зеркал, бытовой и промышленной химии. Особенности металлов и их использование представлены в таблице физических свойств металлов.

Свойства

Особенности

Примеры

Применение

Способность отражать солнечный свет

Наиболее блестящими металлами являются Hg, Ag, Pd

Лёгкие – имеют плотность меньше 5 г/см 3

Na, K, Ba, Mg, Al. Самый лёгкий металл – литий с плотностью 0,533 г/см 3

Изготовление облицовки, деталей самолётов

Тяжёлые – имеют плотность больше 5 г/см 3

Sn, Fe, Zn, Au, Pb, Hg. Самый тяжёлый – осмий с плотностью 22,5 г/см 3

Использование в сплавах

Способность изменять форму без разрушений (можно раскатать в тонкую фольгу)

Наиболее пластичные – Au, Cu, Ag. Хрупкие – Zn, Sn, Bi, Mn

Формовка, сгибание труб, изготовление проволоки

Мягкие – режутся ножом

Изготовление мыла, стекла, удобрений

Твёрдые – сравнимы по твёрдости с алмазом

Самый твёрдый – хром, режет стекло

Изготовление несущих конструкций

Легкоплавкие – температура плавления ниже 1000°С

Hg (38,9°С), Ga (29,78°С), Cs (28,5°С), Zn (419,5°C)

Производство радиотехники, жести

Тугоплавкие – температура плавления выше 1000°С

Cr (1890°С), Mo (2620°С), V (1900°С). Наиболее тугоплавкий – вольфрам (3420°С)

Изготовление ламп накаливания

Способность передавать тепло другим телам

Лучше всего проводят ток и тепло Ag, Cu, Au, Al

Приготовление пищи в металлической посуде

Способность проводить электрический ток за счёт свободных электронов

Передача электричества по проводам

Примеры применения металлов

Что мы узнали?

Из урока 9 класса узнали о физических свойствах металлов. Кратко рассмотрели положение металлов в периодической таблице и особенности строения кристаллической решётки. Благодаря строению металлы обладают пластичностью, твёрдостью, способностью плавиться, проводить электрический ток и тепло. Свойства металлов неоднородны. Различают лёгкие и тяжёлые металлы, лёгкоплавкие и тугоплавкие, мягкие и твёрдые. Физические свойства используются для изготовления сплавов, электрических проводов, посуды, мыла, стекла, конструкций различной формы.

Источник https://enersb.ru/legkie-metally/top-20-samyh-tverdyh-metallov-v-mire/

Источник https://obrazovaka.ru/himiya/fizicheskie-svoystva-metallov-primenenie-tablica-9-klass.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *