Самый твердый металл химия

Самый твердый металл в мире

Наш мир полон удивительных фактов, которые интересны множеству людей. Не являются исключением и свойства различных металлов. Среди этих элементов, которых в мире насчитывается 94, есть самые пластичные и ковкие, есть также с высокой электропроводностью или с большим коэффициентом сопротивления. В этой статье речь пойдет о самых твердых металлах, а также об их уникальных свойствах.

Иридий

Первенство в перечне металлов, отличающихся наибольшей твердостью, занимает иридий. Его открыл в начале XIX века химик из Англии Смитсон Теннант. Иридий обладает следующими физическими свойствами:

  • имеет серебристо-белый цвет;
  • температура его плавления – 2466 о С;
  • температура кипения – 4428 о С;
  • сопротивление – 5,3·10−8Ом·м.

Поскольку иридий является твердейшим металлом на планете, он с трудом поддается обработке. Но его все же применяют в различных промышленных сферах. К примеру, из него изготавливаются небольшие шарики, которые используются в перьях для ручек. Из иридия изготавливают комплектующие к космическим ракетам, некоторые детали для автомобилей и другое.

В природе встречается очень мало иридия. Находки этого металла являются своего рода свидетельством того, что в месте, где он был обнаружен, падали метеориты. Эти космические тела содержат значительное количество металла. Ученые полагают, что наша планета также богата иридием, но его залежи находятся ближе к ядру Земли.

Рутений

Вторая позиция в нашем списке достается рутению. Открытие этого инертного металла серебристого цвета принадлежит русскому химику Карлу Клаусу, которое было сделано в 1844 году. Этот элемент относится к платиновой группе. Он является редким металлом. Ученым удалось установить, что всего на планете имеется примерно 5 тыс. тонн рутения. В год удается добыть примерно 18 тонн металла.

Из-за ограниченного количества и высокой стоимости рутений редко применяется в промышленности. Его используют в следующих случаях:

  • его небольшое количество добавляют в титан, чтобы улучшить коррозийные свойства;
  • из его сплава с платиной делают электрические контакты, отличающиеся высокой стойкостью;
  • рутений часто используют в качестве катализатора для химических реакций.

Тантал

Открытому в 1802 гуду металлу, названному танталом, достается третье место в нашем списке. Его обнаружил шведский химик А. Г. Экеберг. Долгое время считалось, что тантал тождественен ниобию. Но немецкому химику Генриху Розе удалось доказать, что это два разных элемента. Выделить тантал в чистом виде смог ученый Вернер Болтон из Германии в 1922 году. Это очень редкий металл. Больше всего залежей танталовой руды было обнаружено в Западной Австралии.

Благодаря своим уникальным свойствам, тантал является очень востребованным металлом. Он применяется в различных сферах:

  • в медицине из тантала изготавливают проволоку и другие элементы, которые могут скреплять ткани и даже выступать заменителем кости;
  • сплавы с этим металлом устойчивы к агрессивной среде, благодаря чему они используются при изготовлении авиакосмической техники и электроники;
  • тантал также применяют для создания энергии в атомных реакторах;
  • элемент широко применяется в химической промышленности.

Одним из самых твердых металлов является и хром. Его открыли в России в 1763 году в месторождении Северного Урала. Он имеет голубовато-белый цвет, хотя бывают случаи, что его считают черным металлом. Хром нельзя назвать редким металлом. Его залежами богаты следующие страны:

Месторождения хрома есть и в других государствах. Этот металл широко применяется в различных отраслях металлургии, науки, машиностроения и других.

Бериллий

Пятая позиция в списке наиболее твердых металлов досталась бериллию. Его открытие принадлежит химику Луи Никола Воклену из Франции, которое было сделано в 1798 году. Этот металл имеет серебристо-белый цвет. Несмотря на свою твердость, бериллий является хрупким материалом, что сильно усложняет его обработку. Его применяют для создания высококачественных громкоговорителей. Он применяется для создания реактивного топлива, огнеупорных материалов. Металл широко используется при создании аэрокосмической техники и лазерных установок. Он также применяется в атомной энергетике и при изготовлении рентгенотехники.

Осмий

В список твердейших металлов также входит осмий. Он является элементом, входящим в платиновую группу, и по своим свойствам схож с иридием. Этот тугоплавкий металл устойчив к воздействиям агрессивной среды, имеют большую плотность, и плохо поддается обработке. Открыл его ученый Смитсон Теннант из Англии в 1803 году. Этот металл широко применяется в медицине. Из него изготовлены элементы электрокардиостимуляторов, он также применяется при создании клапана легочного ствола. Он широко применяется также в химической промышленности и в военных целях.

Читайте также:  Краска по металлу нержавейка хаммерайт

Рений

Переходному серебристому металлу рению достается седьмая позиция в нашем списке. Предположение о существовании этого элемента были сделаны Д. И. Менделеевым в 1871 году, а открыть его удалось химикам из Германии в 1925 году. Уже через 5 лет после этого удалось наладить добычу этого редкого, прочного и тугоплавкого металла. На то время за год удавалось получить 120 кг рения. Сейчас количество ежегодной добычи металла увеличилось до 40 тонн. Он применяется для производства катализаторов. Из него также изготавливают электрические контакты, способные самоочищаться.

Вольфрам

Серебристо-серый вольфрам является не только одним из наиболее твердых металлов, он также лидирует по тугоплавкости. Его удается расплавить только при температуре в 3422 о С. Благодаря такому свойству он используется для создания элементов накаливания. Сплавы из этого элемента обладают высокой прочностью и часто применяются в военных целях. Вольфрам также используется для производства хирургических инструментов. Из него также изготавливают контейнеров, в которых хранят радиоактивные материалы.

Одним из наиболее твердых металлов является уран. Его открыл в 1840 году химик Пелиго. Большой вклад в изучение свойств этого металла сделал Д. И. Менделеев. Радиоактивные свойства урана были выявлены ученым А. А. Беккерелем в 1896 году. Тогда химик из Франции выявленные излучения металла назвал лучами Беккереля. Уран часто встречается в природе. Странами, имеющими наибольшие месторождения урановой руды, являются Австралия, Казахстан и Россия.

Титан

Заключительное место в десятке твердейших металлов достается титану. Впервые этот элемент в чистом виде удалось получить химику Й. Я. Берцелиусу из Швеции в 1825 году. Титан является легким металлом серебристо-белого цвета, который отличается высокой прочностью и устойчивостью к коррозии и механическим воздействиям. Сплавы из титана применяются во многих отраслях машиностроения, медицины и химической промышленности.

Источник

Самый твердый металл

Первым металлом, который человечество стало использовать для хозяйственных целей, была медь: легкая в обработке, она встречается в природе довольно часто, поэтому неудивительно, что именно она послужила материалом для первых металлических ножей и топоров. Немного позже люди обнаружили, что, добавляя в медь олово, можно получить значительно более прочный сплав – бронзу. А когда освоили железо, то оказалось, что оно в чистом виде ненамного прочнее меди, а вот в соединении с углеродом приобретает куда лучшие прочностные качества. Средневековые алхимики, помимо поисков философского камня, экспериментировали и со сплавами, стараясь определить, какой самый твердый металл в мире, но все опыты подтверждали: сплавы прочнее чистого металла, каким бы он ни был. А как же обстоит дело сегодня?

Самые твердые

Все наиболее прочные «чистокровные» металлы были открыты человеком довольно поздно. Причина проста: они встречаются куда реже, чем привычные для нас железо или медь. Существует несколько методов определения твердости материалов: по Моосу, по Виккерсу, по Бринеллю и по Роквеллу, данные которых немного разнятся. По шкале Мооса, например, железо имеет значение лишь 4, а наибольшая твердость у алмаза – 10. А десятка металлов, чья твердость от 5 единиц и выше, выглядит так:

  • иридий – 5;
  • рутений – 5;
  • тантал – 5;
  • технеций – 5;
  • хром – 5;
  • бериллий – 5,5;
  • осмий – 5,5;
  • рений – 5,5;
  • вольфрам – 6;
  • уран – 6.

Большинство из этой «великолепной десятки» встречаются в природе чрезвычайно редко (например, годовая добыча рутения в мире составляет около 18 тонн, а рения – около 40 тонн) или обладают радиоактивностью, затрудняющей их применение в быту. И все они имеют весьма значительную стоимость, за исключением, пожалуй, хрома. Именно высокая твердость и относительно низкая цена на этот металл сделали его популярным при изготовлении прочных сплавов.

Использование самых твердых металлов

Вследствие того, что большинство самых твердых металлов встречаются в природе очень редко, их прочностные качества остаются невостребованными или востребованными крайне ограниченно, например, для покрытия узлов и частей механизмов, подвергающихся наибольшей нагрузке. А вот применять при изготовлении инструментальной стали или брони добавки из рения или рутения, согласитесь, глупо. Этих металлов просто не хватит на все. Поэтому хром и оказался очень востребованным. Он является важнейшей легирующей добавкой, улучшающей как прочность, так и коррозионную стойкость сплавов.

Читайте также:  Как называются металлы 2а группы начиная с кальция щелочноземельные

Некоторые из твердых металлов в очень небольших количествах используются в медицине, при создании космической техники, в качестве катализаторов и в некоторых других областях. В этих случаях востребованной оказалась не их твердость, а другие сопутствующие качества. Вольфрам, например, как самый тугоплавкий металл на планете (температура плавления +3422 по Цельсию), нашел применение при создании нитей накаливания осветительных приборов. В небольших количествах он добавляется в сплавы, которые должны выдерживать действие высокой температуры длительное время – например, в металлургической промышленности.

Уран, как и вольфрам, – самый твердый металл на Земле, но уран значительно больше распространен на нашей планете, поэтому нашел куда более широкое применение. И его радиоактивность не стала этому помехой. Самое известное применение урана – в качестве «топлива» в атомных электростанциях. Кроме того, он используется в геологии для определения возраста горных пород и в химической промышленности.

Прочностные свойства и высокий удельный вес урана (он в 19 раз тяжелее воды) пригодились при создании бронебойных боеприпасов. В этом случае в ход идет не чистый металл, а его обедненная разновидность, почти полностью состоящая из слаборадиоактивного изотопа уран-238. Тяжелые сердечники из такого металла отлично пробивают даже хорошо бронированные цели. Насколько остаточные явления применения подобных боеприпасов вредят окружающей среде и человеку, достоверно пока не известно, поскольку статистического материала по данному вопросу накоплено слишком мало.

Источник

Самые прочные металлы в мире: топ-10

Можете ли вы представить, что произошло, если бы наши предки не обнаружили важные металлы, такие как серебро, золото, медь и железо? Наверное, мы бы до сих пор жили в хижинах, используя камень в качестве основного инструмента. Именно крепость металла сыграла важную роль в формировании нашего прошлого и теперь работают как основа, на которой мы строим будущее.

Некоторые из них очень мягкие и буквально тают в руках, как самый активный металл в мире. Другие — настолько твердые, что их невозможно согнуть, поцарапать или сломать без применения спецсредств.

А если вам интересно, какие металлы самые твердые и прочные в мире, мы ответим на этот вопрос, учитывая различные оценки относительной твердости материалов (шкала Мооса, метод Бринелля), а также такие параметры как:

  • Модуль Юнга: учитывает эластичность элемента при растяжении, то есть способность объекта к сопротивлению при упругой деформации.
  • Предел текучести: определяет максимальный предел прочности материала, после которого он начинает проявлять пластичное поведение.
  • Предел прочности при растяжении: предельное механическое напряжение, после которого материал начинает разрушаться.

10. Тантал

У этого металла сразу три достоинства: он прочный, плотный и очень устойчив к коррозии. Кроме того, этот элемент относится к группе тугоплавких металлов, таких как вольфрам. Чтобы расплавить тантал вам придется развести огонь температурой 3 017 °C.

Тантал в основном используется в секторе электроники для производства долговечных, сверхмощных конденсаторов для телефонов, домашних компьютеров, камер и даже для электронных устройств в автомобилях.

9. Бериллий

А вот к этому металлическому красавцу лучше не приближаться без средств защиты. Потому что бериллий высокотоксичен, и обладает канцерогенным и аллергическим действием. Если вдыхать воздух, содержащий пыль или пары бериллия, то возникнет заболевание бериллиоз, поражающее легкие.

Однако бериллий несет не только вред, но и благо. Например, добавьте всего 0,5 % бериллия в сталь и получите пружины, которые будут упругими даже если довести их до температуры красного каления. Они выдерживают миллиарды циклов нагрузки.

Бериллий применяют в аэрокосмической промышленности для создания тепловых экранов и систем наведения, для создания огнеупорных материалов. И даже вакуумная труба Большого Адронного Коллайдера сделана из бериллия.

8. Уран

Это естественное радиоактивное вещество очень широко распространено в земной коре, но сконцентрировано в определенных твердых скальных образованиях.

Один из самых твердых металлов в мире имеет два коммерчески значимых применения — ядерное оружие и ядерные реакторы. Таким образом, конечной продукцией урановой промышленности являются бомбы и радиоактивные отходы.

7. Железо и сталь

Как чистое вещество железо не такое твердое по сравнению с другими участниками рейтинга. Но из-за минимальных затрат на добычу оно часто комбинируется с другими элементами для производства стали.

Сталь — это очень прочный сплав 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, то все равно используете сталь каждый раз, когда режете продукты ножом (если он, конечно, не керамический).

Читайте также:  Агентский договор на реализацию металлолома

6. Титан

Титан — это практически синоним прочности. Он обладает впечатляющей удельной прочностью (30-35 км), что почти вдвое выше, чем аналогичная характеристика легированных сталей.

Будучи тугоплавким металлом, титан обладает высокой устойчивостью к нагреву и истиранию, поэтому является одним из самых популярным сплавов. Например, он может быть легирован железом и углеродом.

Если вам нужна очень твердая и при этом очень легкая конструкция, то лучше чем титан металла не найти. Это делает его выбором номер один для создания различных деталей в авиа- и ракетостроении и судостроении.

5. Рений

Это очень редкий и дорогой металл, который хотя и встречается в природе в чистом виде, обычно идет «довеском»-примесью к молибдениту.

Если бы костюм Железного человека был сделан из рения, он мог бы выдержать температуру в 2000 ° C без потери прочности. О том, что стало бы с самим Железным человеком внутри костюма после такого «фаер-шоу» мы умолчим.

Россия — третья страна в мире по природным запасам рения. Этот металл используется в нефтехимической промышленности, электронике и электротехнике, а также для создания двигателей самолетов и ракет.

4. Хром

По шкале Мооса, которая измеряет устойчивость химических элементов к царапинам, хром находится в пятерке лучших, уступая лишь бору, алмазу и вольфраму.

Хром ценится за высокую коррозионную стойкость и твердость. С ним легче обращаться, чем с металлами платиновой группы, к тому же он более распространен, поэтому хром является популярным элементом, используемым в сплавах, таких, как нержавеющая сталь.

А еще один из прочнейших металлов на Земле используется при создании диетических добавок. Конечно, вы будете принимать внутрь не чистый хром, а его пищевое соединение с другими веществами (например, пиколинат хрома).

3. Иридий

Как и его «собрат» осмий, иридий относится к металлам платиновой группы, и по внешнему виду напоминает платину. Он очень твердый и тугоплавкий. Чтобы расплавить иридий, вам придется развести костер температурой выше 2000 °C.

Иридий считается одним из самых тяжелых металлов на Земле, а также одним из самых устойчивых к коррозии элементов.

2. Осмий

Этот «крепкий орешек» в мире металлов относится к платиновой группе и обладает высокой плотностью. Фактически это самый плотный природный элемент на Земле (22,61 г/см3). По этой же причине осмий не плавится до 3033 ° C.

Когда он легирован другими металлами платиновой группы (такими как иридий, платина и палладий), он может использоваться во многих различных областях, где необходимы твердость и долговечность. Например, для создания емкостей для хранения ядерных отходов.

1. Вольфрам

Самый прочный металл, который только есть в природе. Этот редкий химический элемент также самый тугоплавкий из металлов (3422 ° C).

Впервые он был обнаружен в форме кислоты (триоксида вольфрама) в 1781 году шведским химиком Карлом Шееле. Дальнейшие исследования привели двух испанских ученых — Хуана Хосе и Фаусто д’Эльхуяра — к открытию кислоты из минерала вольфрамита, из которого они впоследствии изолировали вольфрам с помощью древесного угля.

Помимо широкого применения в лампах накаливания, способность вольфрама работать в условиях сильной жары делает его одним из наиболее привлекательных элементов для оружейной промышленности. Во время Второй мировой войны этот металл сыграл важную роль в инициировании экономических и политических отношений между европейскими странами.

Вольфрам также используется для изготовления твердых сплавов, а в аэрокосмической промышленности — для изготовления ракетных сопел.

Таблица предела прочности металлов

Металл Обозначение Предел прочности, МПа
Свинец Pb 18
Олово Sn 20
Кадмий Cd 62
Алюминий Al 80
Бериллий Be 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

Сплавы против металлов

Сплавы представляют собой комбинации металлов, и основной причиной их создания является получение более прочного материала. Наиболее важным сплавом является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода.

Чем выше прочность сплава — тем лучше. И обычная сталь тут не является «чемпионом». Особенно перспективными представляются металлургам сплавы на основе ванадиевой стали: несколько компаний выпускают варианты с пределом прочности до 5205 МПа.

А самым прочным и твердым из биосовместимых материалов на данный момент является сплав титана с золотом β-Ti3Au.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл