أصلب معدن في العالم (التيتانيوم والكروم والتنجستن). ما هو المعدن الأكثر صلابة وما هو الأكثر ليونة؟

اليوم سننظر إلى أقوى المعادن في العالم ونناقش خصائصها. ويفتح التيتانيوم "تصنيف القوة".

ليس الأكثر دواما؟

من المفترض أن اسم المعدن يأتي من اسم البطل اليوناني القديم تيتان. لذلك، نحن نربط هذا المعدن بعدم قابلية التدمير. يعتبر الكثيرون التيتانيوم أقوى معدن في العالم. ومع ذلك، في الواقع هذا ليس هو الحال.

تم الحصول على التيتانيوم النقي لأول مرة في عام 1925. على مواد جديدةجذبت الانتباه على الفور بسبب عدد من الخصائص. بدأ استخدام التيتانيوم بنشاط كبير في القطاع الصناعي.

اليوم، يحتل التيتانيوم المرتبة العاشرة بين المعادن الطبيعية من حيث الانتشار. في قشرة الأرضحيث تحتوي على حوالي 700 مليون طن. أي أن المواد الخام الحالية ستستمر لمدة 150 عامًا أخرى.

التيتانيوم له خصائص ممتازة. إنه معدن خفيف الوزن ومتين ومقاوم للتآكل. يمكن معالجته بالحرارة بسهولة وله مجموعة واسعة من التطبيقات. يتفاعل مع العناصر الأخرى في الجدول الدوري فقط عند تسخينه. توجد بشكل طبيعي في خامات الروتيل والإلمنيت. يتم الحصول على التيتانيوم النقي عن طريق تلبد الخام بالكلور.

إنها قادرة على تحمل الأحمال الهائلة. يتميز المعدن بقوته العالية ومقاومته للصدمات. يتم استخدامه في التصنيع عربةوالصواريخ وحتى الغواصات. يمكن للتيتانيوم أن يتحمل الضغط حتى في الأعماق الكبيرة.

كما أنها تحظى بشعبية كبيرة في الصناعة الطبية. الأطراف الاصطناعية المبنية عليها لا تتفاعل مع أنسجة الجسم ولا تخضع للتآكل. ولكن على مر السنين، يبدأ في التآكل، مما يجبرك على استبدال الطرف الاصطناعي بآخر جديد.

تطورات جديدة

وفي عام 2016، وجد العلماء طريقة لتحسين خصائص التيتانيوم وجعله أكثر متانة. الهدف الرئيسي من البحث هو العثور على مادة أكثر متانة تتوافق مع أنسجة الجسم. ثم تذكرنا الذهب الذي استخدم في الأطراف الصناعية لسنوات عديدة.

تبين أن سبيكة التيتانيوم والذهب، بعد عدة محاولات للعثور على النسبة المثالية للمكونات، متينة بشكل لا يصدق. أقوى بأربع مرات من المعادن الأخرى المستخدمة اليوم في الأطراف الصناعية.

التنتالوم

من أقوى المعادن . سميت على اسم الإله اليوناني القديم تانتالوس، الذي أغضب زيوس وألقي في الجحيم. لها لون أبيض فضي مع لون مزرق. وهو عنصر مميز للصهارة الجرانيتية والقلوية. يتم استخراجه من معدن الكولتان أكثر من غيره ودائع كبيرةوالتي تقع في البرازيل وأفريقيا.

تم افتتاحه مرة أخرى في عام 1802. ثم تم اعتباره مجموعة متنوعة من الكولومبيوم، ولكن في وقت لاحق ثبت أن هذين المعدنين مختلفين لهما خصائص مماثلة. وبعد 100 عام فقط أصبح من الممكن الحصول على التنتالوم النقي. تكلفتها اليوم مرتفعة جدًا - 150 دولارًا لكل 1 كجم من المعدن.

التنتالوم معدن مقاوم للحرارة ذو كثافة عالية إلى حد ما. ومن الناحية الكيميائية فهو مستقر لأنه لا يذوب في الأحماض المخففة. في شكل مسحوق، يحترق التنتالوم جيدا في الهواء. تستخدم لتصنيع المكثفات الإلكتروليتية والسخانات في الأفران الفراغية. تزيد مكثفات التنتالوم من عمر خدمة الأنظمة الإلكترونية إلى 10-12 سنة. من الجدير بالذكر أنه حتى الجواهريون وجدوا استخدامًا له - فهم يحلون محل البلاتين.

أظهر اختبار قوة المعادن أن سبيكة التنتالوم والتنغستن تتمتع بقوة مائة بالمائة تقريبًا.

الأوزميوم هو ...

الأوزميوم هو معدن آخر قوي بشكل لا يصدق. كما أنه مدرج في قائمة الأندر والأغلى. وهو موجود في القشرة الأرضية بكميات ضئيلة. وتصنف على أنها متفرقة، أي ليس لها رواسب خاصة بها. ولذلك فإن استخراجها يصاحبه صعوبات هائلة.

ينتمي الأوزميوم إلى مجموعة معادن البلاتين. وتبلغ تكلفته حوالي 10.000 دولار للجرام الواحد. من حيث السعر فهو في المرتبة الثانية بعد كاليفورنيا الاصطناعية. وهو يتألف من عدة نظائر يصعب فصلها بشكل لا يصدق. النظير الأكثر شعبية هو الأوزميوم 187. ويصل سعر الجرام الواحد إلى 200 ألف دولار!

الأوزميوم هو صاحب الرقم القياسي للكثافة بين المعادن. بالإضافة إلى ذلك، فهو معدن عالي القوة. تصبح السبائك المحتوية على الأوسيميوم مقاومة للتآكل وتصبح أقوى وأكثر متانة. يستخدم المعدن أيضًا في شكله النقي، على سبيل المثال، لصنع أقلام حبر باهظة الثمن، والتي لا تبلى عمليًا وتكتب لسنوات.

الكروم

الكروم والكوبالت والتنغستن معروفون للعلم منذ عام 1913 ويتحدون تحت الاسم الشائع - النجوم. تظل صلبة حتى عند درجات حرارة 600 درجة مئوية.

يوجد هذا المعدن بشكل رئيسي في الطبقات العميقة من الأرض. ويوجد أيضًا في النيازك الصخرية، والتي تعتبر نظائرًا لغطاء الأرض لدينا. فقط الإسبنيل الكروم له قيمة صناعية. العديد من المعادن التي تحتوي على الكروم عديمة الفائدة تمامًا. يتم الحصول على أنقى الكروم عن طريق التحليل الكهربائي للمحاليل المائية المركزة أو التحليل الكهربائي لكبريتات الكروم.

يعزز المعدن مع الفولاذ قوته بشكل كبير ويضيف أيضًا مقاومة للأكسدة. إنه يحسن خصائص الفولاذ دون تقليل ليونته.

الروثينيوم

وهو ينتمي إلى مجموعة البلاتين ويصنف على أنه معدن نبيل. ومع ذلك، من قائمتهم، يعتبر الروثينيوم الأقل نبلا... اكتشفه العالم كارل إرنست كلاوس في عام 1844. يشار إلى أن الأستاذ كان يشم ويتذوق نتائج بحثه باستمرار. حتى أنه أصيب ذات مرة بحروق في فمه عندما تذوق أحد مركبات الروثينيوم التي اكتشفها.

ويبلغ احتياطيها العالمي اليوم حوالي 5000 طن. تمت دراسة الروثينيوم لفترة طويلة، لكن العديد من خصائصه لا تزال غير معروفة. المشكلة هي أنه لم يتم حتى الآن العثور على طريقة لتنقية الروثينيوم بشكل كامل. تلوث المواد الخام يمنع دراسة خصائصها. ومع ذلك، فإن الأطباء واثقون من أن استخدام المعدن في الحياة اليومية يمكن أن يزيد من حدوث المرض بين السكان. وهذا هو السبب في أن إطلاق نظير الروثينيوم 106 في جبال الأورال قد أحدث صدى كبيرًا في الصحافة. بعد كل شيء، الروثينيوم 106 له خصائص مشعة.

وفي الوقت نفسه، تجاوزت قيمتها في عام 2017 بشكل غير متوقع جميع معادن البلاتين.

الإيريديوم هو أقوى معدن

إنه الإيريديوم الذي يتمتع بأعلى قوة. نعم، إنه أقل كثافة من الأوزميوم، ولكن لديه أعلى معامل قوة. ويسمى أيضًا أندر المعادن، ولكن في الواقع محتوى الأستاتين في القشرة الأرضية أقل من ذلك.

تمت دراسة الإيريديوم بعناية فائقة. وبعد مرور 70 عامًا، أصبحت خصائصه الرئيسية - القوة المذهلة والمقاومة للتآكل - معروفة في جميع أنحاء العالم. اليوم يتم استخدامه في العديد من الصناعات. يتم استغلال نصيب الأسد من المعدن من قبل الصناعة الكيميائية. أما الباقي فيتوزع على مجالات أخرى كثيرة منها الطب والمجوهرات. يخلق الإيريديوم مع البلاتين مجوهرات عالية الجودة ومتينة للغاية.

تدرس العديد من التخصصات العلمية (المواد والمعادن والفيزياء والكيمياء) خصائص وخصائص المعادن. هناك تصنيف مقبول عموما لهم. ومع ذلك، فإن كل مجال من التخصصات، عند دراسته، يعتمد على معايير متخصصة محددة تقع في مجال اهتمامه. ومن ناحية أخرى، فإن جميع العلوم التي تدرس المعادن والسبائك تلتزم بنفس وجهة النظر القائلة بأن هناك مجموعتين رئيسيتين: الحديدية وغير الحديدية.

علامات المعادن

تتميز الخصائص الميكانيكية الأساسية التالية:

• الصلابة - تحدد قدرة مادة واحدة على مقاومة اختراق مادة أخرى أكثر صلابة.
• التعب هو مقدار ووقت التأثيرات الدورية التي يمكن للمادة أن تتحملها دون تغيير سلامتها.
• قوة. وهي كالتالي: إذا قمت بتطبيق حمل ديناميكي أو ثابت أو متناوب، فلن يؤدي ذلك إلى تغيير في الشكل والهيكل والأبعاد أو الإضرار بالسلامة الداخلية والخارجية للمعدن.
• اللدونة هي القدرة على الحفاظ على السلامة والشكل الناتج أثناء التشوه.
• المرونة هي تشوه دون كسر سلامتها تحت تأثير قوى معينة، وكذلك القدرة على العودة إلى شكلها الأصلي بعد التخلص من الحمل.
• مقاومة الكراك - تتأثر قوى خارجيةفهي لا تتشكل في المادة، ويتم الحفاظ على السلامة الخارجية.
• مقاومة التآكل - القدرة على الحفاظ على السلامة الخارجية والداخلية أثناء الاحتكاك لفترة طويلة.
• اللزوجة - الحفاظ على النزاهة في ظل الضغط البدني المتزايد.
• مقاومة الحرارة - مقاومة التغير في الحجم والشكل والتدمير عند تعرضها لدرجات حرارة عالية.

تصنيف المعادن

تشمل المعادن المواد التي تحتوي على مجموعة من الخصائص الميكانيكية والتكنولوجية والتشغيلية والفيزيائية والكيميائية:

• تؤكد الميكانيكية القدرة على مقاومة التشوه والتدمير؛
• التكنولوجية تشير إلى القدرة على أنواع مختلفةيعالج؛
• تعكس العمليات التشغيلية طبيعة التغييرات أثناء التشغيل؛
• تظهر المواد الكيميائية التفاعل مع مواد مختلفة.
• تشير الفيزيائية إلى كيفية تصرف المادة في المجالات المختلفة - الحرارية والكهرومغناطيسية والجاذبية.

وفقا لنظام تصنيف المعادن، يتم تقسيم جميع المواد الموجودة إلى مجموعتين حجميتين: الحديدية وغير الحديدية. ترتبط الخصائص التكنولوجية والميكانيكية ارتباطًا وثيقًا أيضًا. على سبيل المثال، يمكن أن تكون قوة المعدن نتيجة للمعالجة المناسبة. لهذه الأغراض، يتم استخدام ما يسمى بالتصلب و "الشيخوخة".

ترتبط الخواص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية بشكل وثيق، لأن تكوين المادة يحدد جميع معالمها الأخرى. على سبيل المثال، المعادن المقاومة للحرارة هي الأقوى. تسمى الخصائص التي تظهر في حالة الراحة فيزيائية، وتحت تأثير خارجي - ميكانيكية. هناك أيضًا جداول لتصنيف المعادن حسب الكثافة - المكون الرئيسي وتكنولوجيا التصنيع ودرجة الانصهار وغيرها.

معادن سوداء

المواد التي تنتمي إلى هذه المجموعة لها نفس الخصائص: الكثافة الرائعة ونقطة الانصهار العالية واللون الرمادي الداكن. إلى الأول مجموعة كبيرةتنتمي المعادن الحديدية إلى العناصر التالية:

المعادن غير الحديدية

المجموعة الثانية الأكبر هي ذات كثافة منخفضة، ليونة جيدة، نقطة انصهار منخفضة، الألوان السائدة (الأبيض، الأصفر، الأحمر) وتتكون من المعادن التالية:

• الرئتين - المغنيسيوم والسترونتيوم والسيزيوم والكالسيوم. في الطبيعة توجد فقط في مركبات قوية. يتم استخدامها لإنتاج السبائك الخفيفة لأغراض مختلفة.
• النبيل. أمثلة على المعادن: البلاتين والذهب والفضة. لديهم زيادة المقاومة للتآكل.
• مواد منخفضة الذوبان - الكادميوم والزئبق والقصدير والزنك. لديهم نقطة انصهار منخفضة وتستخدم في إنتاج السبائك المختلفة.

القوة المنخفضة للمعادن غير الحديدية لا تسمح باستخدامها في شكلها النقي، لذلك يتم استخدامها في الصناعة في شكل سبائك.

سبائك النحاس والنحاس

في شكله النقي، يكون له لون أحمر وردي، ومقاومة منخفضة، وكثافة منخفضة، وموصلية حرارية جيدة، وليونة ممتازة، ومقاوم للتآكل. يستخدم على نطاق واسع كموصل للتيار الكهربائي. لتلبية الاحتياجات الفنية، يتم استخدام نوعين من سبائك النحاس: النحاس (النحاس مع الزنك) والبرونز (النحاس مع الألومنيوم والقصدير والنيكل والمعادن الأخرى). يستخدم النحاس لتصنيع الصفائح والشرائط والأنابيب والأسلاك والتجهيزات والبطانات والمحامل. النوابض المسطحة والمستديرة، والأغشية، والتجهيزات المختلفة، والأزواج الدودية مصنوعة من البرونز.

الألومنيوم والسبائك

هذا المعدن الخفيف للغاية ذو لون أبيض فضي ومقاوم للغاية للتآكل. لديها الموصلية الكهربائية الجيدة والليونة. نظرًا لخصائصه، فقد وجد تطبيقًا في الصناعات الغذائية والخفيفة والكهربائية، وكذلك في بناء الطائرات. غالبًا ما تستخدم سبائك الألومنيوم في الهندسة الميكانيكية لتصنيع الأجزاء المهمة.

المغنيسيوم والتيتانيوم وسبائكهما

المغنيسيوم ليس مقاومًا للتآكل، لكن لا يوجد معدن أخف يستخدم للاحتياجات التقنية. في الأساس، يتم إضافته إلى السبائك بمواد أخرى: الزنك والمنغنيز والألومنيوم، والتي يتم قطعها بشكل مثالي وقوية جدًا. تُستخدم السبائك التي تحتوي على المغنيسيوم المعدني الخفيف في صناعة أغلفة الكاميرات والأجهزة والمحركات المختلفة. وقد وجد التيتانيوم تطبيقه في صناعة الصواريخ، وكذلك في الهندسة الميكانيكية للصناعة الكيميائية. تتميز السبائك المحتوية على التيتانيوم بكثافة منخفضة وخصائص ميكانيكية ممتازة ومقاومة للتآكل. إنهم يصلحون جيدًا لعلاج الضغط.

سبائك مضادة للاحتكاك

تم تصميم هذه السبائك لزيادة عمر خدمة الأسطح المعرضة للاحتكاك. فهي تجمع بين الخصائص التالية للمعدن - التوصيل الحراري الجيد، ونقطة الانصهار المنخفضة، والمسامية الدقيقة، ومعامل الاحتكاك المنخفض. تشمل السبائك المضادة للاحتكاك تلك المعتمدة على الرصاص أو الألومنيوم أو النحاس أو القصدير. الأكثر استخداما ما يلي:

• بابيت. وهي مصنوعة من الرصاص والقصدير. يستخدم في إنتاج بطانات المحامل التي تعمل بسرعات عالية وتحت أحمال الصدمات؛
• سبائك الألومنيوم؛
• البرونزية.
• مواد معدنية سيراميكية
• الحديد الزهر.

المعادن الناعمة

وفقًا لنظام تصنيف المعادن، فهي الذهب والنحاس والفضة والألمنيوم، ولكن من بين المعادن الأكثر ليونة السيزيوم والصوديوم والبوتاسيوم والروبيديوم وغيرها. الذهب منتشر بشكل كبير في الطبيعة. انها بالداخل مياه البحر، جسم الإنسان، ويمكن العثور عليها أيضًا في أي قطعة من الجرانيت تقريبًا. في شكله النقي، يكون للذهب لون أصفر مع لمسة من اللون الأحمر، لأن المعدن ناعم - حتى أنه يمكن خدشه بظفر. تحت تأثير البيئة، يتم تدمير الذهب بسرعة كبيرة. هذا المعدن لا غنى عنه للاتصالات الكهربائية. وعلى الرغم من أن الفضة أكثر وفرة من الذهب بعشرين مرة، إلا أنها نادرة أيضًا.

تستخدم لصنع أدوات المائدة، مجوهرات. كما أصبح الصوديوم المعدني الخفيف منتشرًا على نطاق واسع وهو مطلوب في كل الصناعات تقريبًا، بما في ذلك الصناعة الكيميائية - لإنتاج الأسمدة والمطهرات.

المعدن هو الزئبق، على الرغم من أنه في حالة سائلة، لذلك يعتبر من أنعم المعادن في العالم. وتستخدم هذه المادة في الصناعات الدفاعية والكيميائية. زراعة، الهندسة الكهربائية.

المعادن الصلبة

أصعب المعادن غير موجودة عمليًا في الطبيعة، لذلك من الصعب جدًا الحصول عليها. في معظم الحالات يتم العثور عليها في النيازك الساقطة. ينتمي الكروم إلى المعادن المقاومة للحرارة وهو من أصلب وأنقى المعادن على كوكبنا، كما أنه سهل التصنيع.

التنغستن هو عنصر كيميائي. ويعتبر الأصعب بالمقارنة مع المعادن الأخرى. لديه نقطة انصهار عالية للغاية. على الرغم من صلابته، يمكن تشكيل أي أجزاء ضرورية منه. ونظرًا لمقاومتها للحرارة ومرونتها، فهي المادة الأكثر ملاءمة لصهر العناصر الصغيرة المستخدمة في تركيبات الإضاءة. التنغستن المعدني المقاوم للحرارة هو المادة الرئيسية للسبائك الثقيلة.

المعادن في الطاقة

تعتبر المعادن التي تحتوي على إلكترونات حرة وأيونات موجبة موصلات جيدة. هذه مادة شائعة إلى حد ما وتتميز بالليونة والتوصيل الكهربائي العالي والقدرة على التبرع بالإلكترونات بسهولة.

يتم استخدامها في إنتاج الطاقة والترددات الراديوية والأسلاك الخاصة وأجزاء التركيبات الكهربائية والآلات والأجهزة الكهربائية المنزلية. القادة في استخدام المعادن لتصنيع منتجات الكابلات هم:

• الرصاص - لمزيد من المقاومة للتآكل.
• النحاس - للتوصيل الكهربائي العالي وسهولة المعالجة ومقاومة التآكل والقوة الميكانيكية الكافية؛
• الألومنيوم - للوزن المنخفض ومقاومة الاهتزاز والقوة ونقطة الانصهار.

فئات المعادن الحديدية الثانوية

هناك متطلبات معينة للنفايات المعدنية الحديدية. لإرسال السبائك إلى أفران الصلب، ستكون هناك حاجة إلى عمليات معالجة معينة. قبل تقديم طلب لنقل النفايات، يجب عليك التعرف على المعادن الحديدية GOST لتحديد تكلفتها. يتم تصنيف الخردة الثانوية السوداء إلى الفولاذ والحديد الزهر. إذا كانت التركيبة تحتوي على إضافات لصناعة السبائك، فسيتم تصنيفها ضمن الفئة "ب". الفئة "أ" تشمل المواد الكربونية: الصلب، الحديد الزهر، المواد المضافة.

يُظهر علماء المعادن وعمال المسابك، بسبب محدودية قاعدة المواد الخام الأولية، اهتمامًا نشطًا بالمواد الخام الثانوية. يعد استخدام الخردة الحديدية بدلاً من خام المعادن حلاً لتوفير الموارد بالإضافة إلى توفير الطاقة. يتم استخدام المعدن الحديدي المعاد تدويره كمبرد لصهر المحولات.

نطاق تطبيقات المعادن واسع بشكل لا يصدق. يتم استخدام اللون الأسود والملون إلى أجل غير مسمى في صناعات البناء والآلات. لا يمكن لصناعة الطاقة الاستغناء عن المعادن غير الحديدية. وتستخدم النادرة والثمينة لصنع المجوهرات. يتم استخدام كل من المعادن غير الحديدية والحديدية في الفن والطب. ومن المستحيل أن نتصور حياة الإنسان بدونها، من اللوازم المنزلية إلى الأدوات والأجهزة الفريدة.

عندما يتعلق الأمر بالمعادن الصلبة والمتينة، يتخيل الشخص على الفور محاربًا يحمل سيفًا ويرتدي درعًا. حسنًا، أو بالسيف وبالتأكيد مصنوع من الفولاذ الدمشقي. لكن الفولاذ، على الرغم من متانته، ليس معدنًا نقيًا، بل يتم إنتاجه عن طريق خلط الحديد مع الكربون وبعض المعادن المضافة الأخرى. وإذا لزم الأمر، تتم معالجة الفولاذ لتغيير خصائصه.

معدن فضي-أبيض خفيف الوزن ومتين

كل مادة من المواد المضافة، سواء كانت الكروم أو النيكل أو الفاناديوم، مسؤولة عن جودة معينة. لكن يتم إضافة التيتانيوم للقوة - ويتم الحصول على السبائك الأكثر صلابة.

وفقًا لإحدى الإصدارات، حصل المعدن على اسمه من العمالقة، الأطفال الأقوياء والشجعان لإلهة الأرض جايا. ولكن وفقا لنسخة أخرى، تم تسمية المادة الفضية على اسم الملكة الخيالية تيتانيا.

تم اكتشاف التيتانيوم من قبل الكيميائيين الألمان والإنجليز جريجور وكلابروث بشكل مستقل عن بعضهما البعض، بفارق ست سنوات. حدث هذا في نهاية القرن الثامن عشر. أخذت المادة مكانها على الفور في الجدول الدوري لمندليف. وبعد ثلاثة عقود، تم الحصول على العينة الأولى من معدن التيتانيوم. ولم يتم استخدام المعدن لفترة طويلة بسبب هشاشته. بالضبط حتى عام 1925 - بعد سلسلة من التجارب، تم الحصول على التيتانيوم النقي باستخدام طريقة اليوديد. وكان هذا الاكتشاف طفرة حقيقية. تبين أن تيتان كان متقدمًا من الناحية التكنولوجية، وقد اهتم المصممون والمهندسون به على الفور. والآن يتم الحصول على المعدن من الخام بشكل رئيسي عن طريق طريقة المغنيسيوم الحرارية، التي تم اقتراحها في عام 1940.

إذا تطرقت الخصائص الفيزيائيةالتيتانيوم، يمكننا أن نلاحظ قوته النوعية العالية، وقوته في درجات الحرارة المرتفعة، وكثافته المنخفضة، ومقاومته للتآكل. القوة الميكانيكية للتيتانيوم أعلى مرتين من قوة الحديد وستة أضعاف قوة الألومنيوم. في درجات الحرارة المرتفعة، حيث لم تعد السبائك الخفيفة تعمل (على أساس المغنيسيوم والألومنيوم)، تأتي سبائك التيتانيوم للإنقاذ. على سبيل المثال، تصل طائرة على ارتفاع 20 كيلومترًا إلى سرعة أعلى بثلاث مرات من سرعة الصوت. وتبلغ درجة حرارة جسمه حوالي 300 درجة مئوية. فقط سبائك التيتانيوم يمكنها تحمل مثل هذه الأحمال.

يحتل المعدن المرتبة العاشرة من حيث الانتشار في الطبيعة. يتم استخراج التيتانيوم في جنوب أفريقيا وروسيا والصين وأوكرانيا واليابان والهند. وهذه ليست قائمة كاملة بالبلدان.

التيتانيوم هو أقوى وأخف معدن في العالم

قائمة إمكانيات استخدام المعدن محترمة. هذه هي الصناعة العسكرية، وتقويم العظام في الطب، والمجوهرات والمنتجات الرياضية، ولوحات الدوائر الكهربائية الهواتف المحمولةوأكثر بكثير. يشيد مصممو الصواريخ والطائرات وبناء السفن باستمرار بالتيتانيوم. حتى الصناعة الكيميائية لم تترك المعدن دون مراقبة. يعتبر التيتانيوم ممتازًا للصب لأن الخطوط عند الصب تكون دقيقة ولها سطح أملس. ترتيب الذرات في التيتانيوم غير متبلور. وهذا يضمن قوة شد عالية، وصلابة، وخصائص مغناطيسية ممتازة.

المعادن الصلبة ذات الكثافة الأعلى

بعض أصعب المعادن هي أيضًا الأوسيميوم والإيريديوم. هذه مواد من مجموعة البلاتين، ولها كثافة أعلى، ومتطابقة تقريبًا.

تم اكتشاف الإيريديوم في عام 1803. تم اكتشاف المعدن من قبل الكيميائي الإنجليزي سميثسون تينات أثناء دراسة البلاتين الطبيعي من أمريكا الجنوبية. بالمناسبة، يتم ترجمة "إيريديوم" من اليونانية القديمة باسم "قوس قزح".

معظم المعدن الصلبومن الصعب جدًا الحصول عليها، لأنها تكاد تكون معدومة في الطبيعة. وغالباً ما يوجد المعدن في النيازك التي سقطت على الأرض. وفقا للعلماء، يجب أن يكون محتوى الإيريديوم على كوكبنا أعلى من ذلك بكثير. ولكن بسبب خصائص المعدن - محبة الحديد - فهو يقع في أعماق أحشاء الأرض.

من الصعب جدًا معالجة الإيريديوم حرارياً وكيميائياً. لا يتفاعل المعدن مع الأحماض، حتى مجموعات الأحماض عند درجات حرارة أقل من 100 درجة. في الوقت نفسه، تخضع المادة لعمليات الأكسدة في الماء الملكي (هذا خليط من أحماض الهيدروكلوريك والنيتريك).

الفائدة بالنسبة للمصدر طاقة كهربائية، يمثل نظير الإيريديوم 193 م2. حيث أن عمر النصف للمعدن هو 241 سنة. لقد وجد الإيريديوم استخدامًا واسع النطاق في علم الحفريات والصناعة. ويستخدم في صناعة ريشات الأقلام وتحديد عمر طبقات الأرض المختلفة.

ولكن تم اكتشاف الأوسيميوم بعد عام من اكتشاف الإيريديوم. تم العثور على هذا المعدن الصلب في التركيب الكيميائيرواسب البلاتين التي تم إذابتها في الماء الملكي. واسم "أوزميوم" يأتي من الكلمة اليونانية القديمة التي تعني "الرائحة". المعدن لا يخضع للضغط الميكانيكي. علاوة على ذلك، فإن لتر واحد من الأوزميوم أثقل عدة مرات من عشرة لترات من الماء. ومع ذلك، لم يتم استخدام هذه الخاصية بعد.

يتم استخراج الأوزميوم في المناجم الأمريكية والروسية. ودائعها غنية أيضًا بجنوب إفريقيا. في كثير من الأحيان يتم العثور على المعدن في النيازك الحديدية. ومما يثير اهتمام المتخصصين الأوزميوم 187، الذي يتم تصديره فقط من كازاخستان. يتم استخدامه لتحديد عمر النيازك. ومن الجدير بالذكر أن جرامًا واحدًا فقط من النظير يكلف 10 آلاف دولار.

حسنًا، يُستخدم الأوسيميوم في الصناعة. وليس في شكله النقي، ولكن في شكل سبيكة صلبة مع التنغستن. يتم إنتاجه من مادة المصابيح المتوهجة. الأوزميوم هو عامل مساعد في إنتاج الأمونيا. نادرًا ما تكون الأجزاء المقطوعة للاحتياجات الجراحية مصنوعة من المعدن.

أصعب المعدن النقي

أصعب وأنقى المعادن على هذا الكوكب هو الكروم. إنه مناسب تمامًا للمعالجة الميكانيكية. تم اكتشاف المعدن الأبيض المزرق عام 1766 بالقرب من يكاترينبرج. ثم أطلق على المعدن اسم "الرصاص الأحمر السيبيري". اسمها الحديث هو كروكويت. بعد سنوات قليلة من الاكتشاف، أي في عام 1797، قام الكيميائي الفرنسي فاوكيلين بعزل معدن جديد من المعدن، وهو بالفعل مقاوم للحرارة. ويعتقد الخبراء اليوم أن المادة الناتجة هي كربيد الكروم.

اسم هذا العنصر مشتق من الكلمة اليونانية "اللون"، لأن المعدن نفسه مشهور بتنوع ألوان مركباته. من السهل جدًا العثور على الكروم في الطبيعة وهو شائع. يمكنك العثور على المعدن في جنوب أفريقيا، التي تحتل المرتبة الأولى في الإنتاج، وكذلك في كازاخستان وزيمبابوي وروسيا ومدغشقر. توجد ودائع في تركيا وأرمينيا والهند والبرازيل والفلبين. يقدر الخبراء بشكل خاص مركبات معينة من الكروم - خام حديد الكروم والكروكيت.

أصعب معدن في العالم هو التنغستن

التنغستن هو عنصر كيميائي هو الأصعب بالمقارنة مع المعادن الأخرى. نقطة انصهاره مرتفعة بشكل غير عادي، وهي أعلى فقط بالنسبة للكربون، ولكنه ليس عنصرًا معدنيًا.

لكن الصلابة الطبيعية للتنغستن في نفس الوقت لا تحرمه من المرونة والليونة، مما يسمح لك بتشكيل أي أجزاء ضرورية منه. إن مرونته ومقاومته للحرارة هي التي تجعل من التنغستن مادة مثالية لصهر الأجزاء الصغيرة من تركيبات الإضاءة وأجزاء التلفزيون، على سبيل المثال.

يستخدم التنغستن أيضا في مجالات أكثر خطورة، على سبيل المثال، تصنيع الأسلحة - لتصنيع الأثقال الموازنة وقذائف المدفعية. ويرجع الفضل في ذلك إلى كثافته العالية، مما يجعله المادة الرئيسية للسبائك الثقيلة. كثافة التنغستن قريبة من كثافة الذهب - فقط بضعة أعشار تشكل الفارق.

يمكنك على الموقع الإلكتروني قراءة أي المعادن هي الأكثر ليونة، وكيفية استخدامها، وما هو مصنوع منها.
اشترك في قناتنا في Yandex.Zen

كان المعدن الأول الذي بدأت البشرية في استخدامه للأغراض الاقتصادية هو النحاس: فهو سهل المعالجة، وهو موجود في كثير من الأحيان في الطبيعة، لذلك ليس من المستغرب أنه كان بمثابة مادة لأول سكاكين وفؤوس معدنية. بعد ذلك بقليل، اكتشف الناس أنه من خلال إضافة القصدير إلى النحاس، يمكنهم الحصول على سبيكة أقوى بكثير - البرونز. وعندما أتقنوا الحديد، اتضح أنه في شكله النقي ليس أقوى بكثير من النحاس، ولكن عندما يقترن بالكربون فإنه يكتسب خصائص قوة أفضل بكثير. قام الكيميائيون في العصور الوسطى، بالإضافة إلى البحث عن حجر الفلاسفة، بإجراء تجارب على السبائك أيضًا، محاولين تحديد أصلب معدن في العالم، لكن كل التجارب أكدت: أن السبائك أقوى من المعدن النقي مهما كان. ولكن ما هو الوضع اليوم؟

الأصعب

اكتشف الإنسان جميع المعادن "النقية" الأكثر متانة في وقت متأخر جدًا. والسبب بسيط: فهي أقل شيوعًا بكثير من الحديد أو النحاس الذي اعتدنا عليه. هناك عدة طرق لتحديد صلابة المواد: Mohs، Vickers، Brinell و Rockwell، والتي تختلف بياناتها قليلاً. على مقياس موس، على سبيل المثال، تبلغ قيمة الحديد 4 فقط، وأعلى صلابة للماس هي 10. وعشرات المعادن التي تبلغ صلابتها 5 وحدات أو أعلى تبدو كما يلي:

• إيريديوم - 5؛
• الروثينيوم - 5؛
• التنتالوم - 5؛
• التكنيشيوم - 5؛
• الكروم - 5؛
• البريليوم - 5.5؛
• الأوسيميوم - 5.5؛
• الرينيوم - 5.5؛
• التنغستن - 6؛
• اليورانيوم – 6.

معظم هذه "العشرة الرائعة" نادرة للغاية في الطبيعة (على سبيل المثال، يبلغ الإنتاج السنوي من الروثينيوم في العالم حوالي 18 طنًا، والرينيوم حوالي 40 طنًا) أو تحتوي على نشاط إشعاعي، مما يجعل استخدامها في الحياة اليومية أمرًا صعبًا. وجميعها لها تكلفة كبيرة جدًا، باستثناء الكروم. إن الصلابة العالية والسعر المنخفض نسبيًا لهذا المعدن هو ما جعله مشهورًا في صناعة السبائك المتينة.

استخدام أصعب المعادن

نظرًا لحقيقة أن معظم المعادن الأكثر صلابة نادرة جدًا في الطبيعة، فإن صفات قوتها تظل غير مُطالب بها أو أن الطلب عليها محدود للغاية، على سبيل المثال، لمكونات الطلاء وأجزاء الآليات المعرضة لأكبر حمل. لكن استخدام إضافات الرينيوم أو الروثينيوم في صناعة الفولاذ أو الدروع هو أمر غبي. ببساطة لا يوجد ما يكفي من هذه المعادن لكل شيء. لذلك، كان هناك طلب كبير على الكروم. إنها المادة المضافة الأكثر أهمية للسبائك، حيث تعمل على تحسين قوة السبائك ومقاومتها للتآكل.

وتستخدم بعض المعادن الصلبة بكميات صغيرة جدًا في الطب، وفي إنشاء تكنولوجيا الفضاء، كمحفزات وفي بعض المجالات الأخرى. في هذه الحالات، لم تكن صلابتهم هي المطلوبة، ولكن الصفات المصاحبة الأخرى. التنغستن، على سبيل المثال، باعتباره المعدن الأكثر صهرًا على الكوكب (نقطة الانصهار +3422 درجة مئوية)، وجد تطبيقًا في إنشاء خيوط متوهجة لأجهزة الإضاءة. يتم إضافته بكميات صغيرة إلى السبائك التي يجب أن تتحمل التأثير درجة حرارة عاليةلفترة طويلة – على سبيل المثال، في صناعة المعادن.

أورانوس

اليورانيوم، مثل التنغستن، هو أصلب معدن على وجه الأرض، ولكن اليورانيوم أكثر شيوعا على كوكبنا، وبالتالي وجد تطبيقا أوسع بكثير. ونشاطها الإشعاعي لم يتدخل في هذا. أكثر تطبيق معروفاليورانيوم – كوقود في محطات الطاقة النووية. كما أنها تستخدم في الجيولوجيا لتحديد العمر الصخوروفي الصناعة الكيميائية.

كانت خصائص القوة والجاذبية النوعية العالية لليورانيوم (أثقل من الماء بـ 19 مرة) مفيدة في صنع ذخيرة خارقة للدروع. في هذه الحالة، لا يتم استخدام المعدن النقي، ولكن نسخته المنضب، التي تتكون بالكامل تقريبًا من نظير اليورانيوم 238 المشع ضعيفًا. النوى الثقيلة المصنوعة من هذا المعدن تخترق بشكل مثالي الأهداف المدرعة جيدًا. ما مدى ضرر الآثار المتبقية لاستخدام هذه الذخيرة؟ بيئةوللبشر، ليس معروفًا على وجه اليقين بعد، نظرًا لأنه لم يتم تجميع سوى القليل جدًا من المواد الإحصائية حول هذه القضية.

عندما تتساءل عن أقوى معدن في العالم، ربما تتخيل محاربًا بسيف ضخم، يقطع كل شيء في طريقه. لكن الفولاذ يستخدم في أغلب الأحيان لصنع الأسلحة. أولاً، إنه ليس معدنًا، بل هو سبيكة من الحديد والكربون، وثانيًا، فهو بعيد عن أن يكون الأكثر متانة على وجه الأرض. أقوى معدن على وجه الأرض هو التيتانيوم.

الأصل الدقيق لاسم هذه المادة غير معروف. ويعتقد البعض أنها سميت على اسم تيتانيا، وهي جنية من الأساطير الجرمانية. الحجة الرئيسية لمؤيدي وجهة النظر هذه هي كثافة التيتانيوم - فالمعدن ليس قويًا جدًا فحسب، بل خفيف جدًا أيضًا. وجهة نظر أخرى تعتمد على تناسق اسم المعدن واسم الآلهة الجبارة - الجبابرة. بشكل مستقل عن بعضهما البعض، اكتشف الإنجليزي جريجور والألماني كلابتور التيتانيوم في نهاية القرن السابع عشر. مباشرة بعد اكتشاف المعدن، تم إضافته إلى الجدول الدوري. هناك يمكن العثور عليه في رقم 22.

التيتانيوم هو أقوى معدن في العالم

في البداية، واجه الناس مشاكل في استخدام التيتانيوم، لأنه كان هشًا للغاية (للمفارقة). ويرجع ذلك إلى حقيقة أن التيتانيوم النقي، وهو نفس المعدن القوي، لم يكن من الممكن عزله إلا في عام 1925. وقبل ذلك، كان يوجد فقط في السبائك الطبيعية، مما جعلها هشة. أما الآن فهو يستخدم في صناعة الدروع والأطراف الاصطناعية والمجوهرات.

أعلن علماء من كاليفورنيا مؤخرًا أنهم تمكنوا من تصنيع أقوى سبيكة في العالم. علاوة على ذلك، قد تكون هذه السبيكة أقوى مادة على وجه الأرض. يتكون من البلاديوم وكمية صغيرة من الفضة ومعادن أخرى (لم يكشف العلماء بعد عن التركيب الدقيق). الميزة الأساسيةالميزة الرئيسية للسبائك الجديدة هي عدم وجود شبكة بلورية في شكلها الكلاسيكي. وفيه، لا تتبلور الجزيئات، ولكنها محصورة في سائل يشبه الزجاج.

يدعي أحد مبدعي السبيكة، ماريوس ديميترو، أنه في غضون عام يمكن استخدام هذه السبيكة المعدنية في الغرسات الطبية وكقطع غيار للسيارات. لكن لا يزال يتعين على العلماء حل المشكلة الرئيسية للسبائك الجديدة، وهي تكلفتها العالية. ووفقا لماريوس ديميترو، فقد بدأ فريقه بالفعل الأبحاث التي من شأنها تقليل تكلفة السبيكة بأكثر من 80٪.