أصلب معدن في العالم (التيتانيوم والكروم والتنجستن). أثقل المعادن في العالم

العديد من العشاق حقائق مثيرة للاهتمامأتساءل أي المعدن هو الأصعب؟ ولن يكون من السهل الإجابة على هذا السؤال بشكل مرتجل. بالطبع، سيقول أي مدرس كيمياء بسهولة بشكل صحيح، دون حتى التفكير. ولكن بين المواطنين العاديين الذين آخر مرةدرس الكيمياء في المدرسة، لن يتمكن الكثيرون من إعطاء الإجابة بشكل صحيح وبسرعة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه منذ الطفولة اعتاد الجميع على صنع ألعاب مختلفة من الأسلاك وتذكروا جيدًا أن النحاس والألومنيوم ناعمان وينحنيان جيدًا، لكن الفولاذ، على العكس من ذلك، ليس من السهل إعطاء الشكل المطلوب. يتعامل الشخص مع المعادن الثلاثة المذكورة في أغلب الأحيان، لذلك لا يأخذ في الاعتبار حتى المرشحين الآخرين. لكن الفولاذ بالتأكيد ليس المعدن الأكثر صلابة في العالم. لكي نكون منصفين، تجدر الإشارة إلى أن هذا ليس معدنًا على الإطلاق بالمعنى الكيميائي، ولكنه مركب من الحديد والكربون.

ما هو التيتانيوم؟

أصعب المعادن هو التيتانيوم. تم الحصول على التيتانيوم النقي لأول مرة في عام 1925. أحدث هذا الاكتشاف ضجة كبيرة في الأوساط العلمية. لفت الصناعيون الانتباه على الفور إلى المادة الجديدة وأعربوا عن تقديرهم لفوائد استخدامها. بواسطة النسخة الرسمية، معظم المعدن الصلبعلى الأرض حصلت على اسمها تكريما للعمالقة غير القابلين للتدمير، الذين، وفقا ل الأساطير اليونانية القديمةكانوا مؤسسي العالم.

ووفقا للعلماء، يبلغ إجمالي الاحتياطي العالمي من التيتانيوم اليوم حوالي 730 مليون طن. بالمعدل الحالي لاستخراج المواد الخام الأحفورية، سيكون هناك ما يكفي لمدة 150 عامًا أخرى. يحتل التيتانيوم المرتبة العاشرة في المحميات الطبيعية بين جميع المعادن المعروفة. أكبر منتج للتيتانيوم في العالم هي الشركة الروسية VSMPO-Avisma، التي تلبي ما يصل إلى 35٪ من الاحتياجات العالمية. يتمثل نشاط الشركة في دورة المعالجة الكاملة بدءًا من تعدين الخام وحتى تصنيع المنتجات المختلفة. وتحتل حوالي 90٪ من سوق إنتاج التيتانيوم الروسي. حوالي 70% المنتجات النهائيةيذهب للتصدير.

التيتانيوم معدن خفيف فضي اللون، درجة انصهاره 1670 درجة مئوية. يُظهر نشاطًا كيميائيًا عاليًا فقط عند تسخينه الظروف العاديةلا يتفاعل مع معظم العناصر والمركبات الكيميائية. ولا يوجد في الطبيعة بشكله النقي. شائع في شكل خامات الروتيل (ثاني أكسيد التيتانيوم) والإلمنيت (مادة معقدة تتكون من ثاني أكسيد التيتانيوم وأكسيد الحديدوز). يتم عزل التيتانيوم النقي عن طريق تلبيد الخام بالكلور ثم إزاحة المعدن الأكثر نشاطًا (المغنيسيوم عادةً) من رابع كلوريد الناتج.

التطبيقات الصناعية للتيتانيوم

أصعب المعادن لديها مجموعة واسعة إلى حد ما من التطبيقات في العديد من الصناعات. توفر الذرات المرتبة بشكل غير متبلور التيتانيوم اعلى مستوىقوة الشد والالتواء، مقاومة جيدة للصدمات، خصائص مغناطيسية عالية. ويستخدم المعدن في صناعة أجسام النقل الجوي والصواريخ. إنها تتواءم بشكل جيد مع الأحمال الهائلة التي تتعرض لها السيارات على ارتفاعات كبيرة. ويستخدم التيتانيوم أيضًا في إنتاج هياكل الغواصات، حيث يمكنه تحمل الضغط العالي على أعماق كبيرة.

وفي الصناعة الطبية، يُستخدم المعدن في صناعة أطقم الأسنان وزراعة الأسنان، وكذلك الأدوات الجراحية. يتم إضافة العنصر كمادة مضافة لصناعة السبائك لبعض أنواع الفولاذ، مما يمنحها قوة متزايدة ومقاومة للتآكل. يعتبر التيتانيوم مناسبًا تمامًا للصب لأنه ينتج أسطحًا ناعمة تمامًا. وهي مصنوعة أيضًا من مجوهراتوالعناصر الزخرفية. كما تستخدم مركبات التيتانيوم بنشاط. يستخدم ثاني أكسيد في صناعة الدهانات، وتبييض، ويضاف إلى الورق والبلاستيك.

تستخدم أملاح التيتانيوم العضوية كمحفز للتصلب في إنتاج الطلاء والورنيش. يتم تصنيع الأدوات والملحقات المختلفة لمعالجة وحفر المعادن الأخرى من كربيد التيتانيوم. في الهندسة الدقيقة، يتم استخدام ألومينيد التيتانيوم لإنتاج عناصر مقاومة للتآكل تتمتع بهامش أمان مرتفع.

تم الحصول على أصعب سبيكة معدنية من قبل العلماء الأمريكيين في عام 2011. وشمل تركيبها البلاديوم والسيليكون والفوسفور والجرمانيوم والفضة. مواد جديدةكان يسمى "الزجاج المعدني". فهو يجمع بين صلابة الزجاج ولدونة المعدن. هذا الأخير يمنع الشقوق من الانتشار، كما يحدث مع الزجاج العادي. وبطبيعة الحال، لم يتم إنتاج المادة على نطاق واسع، لأن مكوناتها، وخاصة البلاديوم، هي معادن نادرة ومكلفة للغاية.

في هذه اللحظةتهدف جهود العلماء إلى إيجاد مكونات بديلة من شأنها الحفاظ على الخصائص التي تم الحصول عليها، ولكنها تقلل بشكل كبير من تكلفة الإنتاج. ومع ذلك، يتم بالفعل إنتاج بعض الأجزاء المستخدمة في صناعة الطيران من السبائك الناتجة. إذا أمكن إدخال عناصر بديلة في الهيكل وانتشرت المادة، فمن المحتمل أن تصبح واحدة من السبائك الأكثر شعبية في المستقبل.

لأن لديهم أعلى كثافة. من بينها، أثقل الأوسيميوم والإيريديوم. وهذا المؤشر لكثافة هذه المعادن هو نفسه تقريبًا، باستثناء خطأ بسيط في الحساب.

تم اكتشاف الإيريديوم في عام 1803. اكتشفه الكيميائي الإنجليزي سميثسون تينات أثناء دراسته للبلاتين الطبيعي المستخرج منه أمريكا الجنوبية. ترجمت من اليونانية القديمة، اسم "إيريديوم" يعني "قوس قزح".

الاهتمام العلمي كمصدر طاقة كهربائيةيمثل نظير المعدن الثقيل - إيريديوم -192 م 2، لأن هذا المعدن طويل جدًا - 241 عامًا. يستخدم الإيريديوم على نطاق واسع في الصناعة وعلم الحفريات - فهو يستخدم لإنتاج ريش القلم وتحديد عمر طبقات الأرض.

تم اكتشاف الأوسيميوم بالصدفة في عام 1804. تم اكتشاف هذا المعدن الأصعب في التركيب الكيميائيرواسب البلاتين المذابة في الماء الملكي. اسم "الأوزميوم" يأتي من الكلمة اليونانية القديمة التي تعني "الرائحة". هذا المعدن يكاد يكون غائبا في الطبيعة. غالبًا ما يوجد في التركيبة، تمامًا مثل الإيريديوم، لا يخضع الأوسيميوم تقريبًا للضغط الميكانيكي. لتر واحد من الأوزميوم أثقل بكثير من عشرة لترات من الماء. لكن خاصية هذا المعدن لم تجد تطبيقًا في أي مكان بعد.

يتم استخراج أصعب المعادن، وهو الأوزميوم، في المناجم الروسية والأمريكية. ومع ذلك، تعتبر جنوب أفريقيا أغنى ودائعها. غالبًا ما يوجد الأوزميوم في النيازك الحديدية.

ومما له أهمية خاصة الأوزميوم 187، الذي تصدره كازاخستان فقط. يتم استخدامه لتحديد عمر النيازك. غرام واحد من هذا النظير يكلف 10 آلاف دولار أمريكي.

تستخدم الصناعة بشكل رئيسي سبيكة صلبة من الأوسيميوم مع التنغستن (الأوسرام) لإنتاج المصابيح المتوهجة. الأوسيميوم هو أيضًا مادة محفزة في الإنتاج، ونادرًا ما يتم تصنيع أجزاء القطع للأدوات الجراحية من هذا المعدن.

يتم احتواء كلا المعدنين الثقيلين - الأوسيميوم والإيريديوم - دائمًا تقريبًا في نفس السبيكة. هذا هو نمط محدد. ولفصلها تحتاج إلى بذل الكثير من الجهد، لأنها ليست ناعمة مثل الفضة على سبيل المثال.

معدن مذهل

لقد أعطت الطبيعة البشرية معدنًا مذهلاً - البلاستيك، اللزج، المرن واللزج في شكله النقي، ولكنه يصبح قاسيًا وهشًا بفضل شوائب الكربون والنيتروجين والهيدروجين وما إلى ذلك. هذا هو الكروم، وهو أصلب معدن، وله لون أبيض مزرق. الكروم (Cr) معدن ثقيل ومقاوم للحرارة ومقاوم للتآكل. صلابة برينل للكروم هي 70-90 كجم / سم 2، نقطة الانصهار 1907 درجة مئوية، الكثافة 7200 كجم / م 3، نقطة الغليان 2671 درجة مئوية.

عادةً ما يوجد أصعب المعادن في الطبيعة على شكل خام حديد الكروم. يعد الكروم عنصرًا شائعًا إلى حد ما في قشرة الأرضإذ تحتوي على ما يقارب 0.02%، وهي نسبة عالية. أكبر الودائعتم العثور على الكروم في فوق الأساسي الصخور. تعتبر الصخور فوق المافية هي الأقرب في تكوينها إلى عباءة الأرض. النيازك الحجرية غنية أيضًا بالكروم. في الماء، يكون محتوى هذا المعدن منخفضًا جدًا - فقط 0.00005 ملغم / لتر.

العناصر الغذائية

الكروم مادة حيوية المنشأ وهي جزء من أنسجة الكائنات الحية. يتم توفير الكروم من خلال الغذاء، ونقص هذا العنصر يؤدي إلى زيادة نسبة الكوليسترول في الدم، وانخفاض معدل النمو، وانخفاض حساسية الأنسجة للأنسولين. في الكائنات الحيوانية، محتوى الكروم لا يكاد يذكر - من عشرة آلاف إلى عشرة ملايين من المئة. وتحتوي أنسجة النبات على ما يقارب 0.0005% من هذا المعدن، 92-95% منه موجود في الجذور. النباتات العليالا تتحمل المحتوى العالي من الكروم، بينما في العوالق يكون معامل تراكمها 10000-26000.

تُستخدم أصعب المعادن ومركبات الكروم في الصناعة: بشكل أساسي لصهر فولاذ الكروم والنيكروم وما إلى ذلك. يستخدم الكروم على نطاق واسع كطلاء زخرفي مقاوم للتآكل.

ضرر الكروم

بعض مركبات الكروم سامة، على سبيل المثال، الطلاء الكهربائي، مضافات صناعة السبائك، السبائك، الحراريات. مع الاتصال لفترة طويلة مع مركب الكروم (السام) الخبيث، قد تظهر الأعراض. العلامات الأوليةالتسمم - جفاف والتهاب الأنف والتهاب الحلق وصعوبة التنفس. عادة، تختفي درجة خفيفة من التسمم إذا توقف الشخص عن الاتصال بالكروم، وإلا يصبح التسمم مزمنا.

وتتميز هذه العملية بالأعراض التالية - الضعف، صداع، عسر الهضم، فقدان الوزن، خلل في المعدة والكبد والبنكرياس، والربو القصبي المحتمل، والتهاب الشعب الهوائية، وتصلب الرئة المنتشر. إذا تلامست مركبات الكروم السامة مع الجلد، فقد يحدث التهاب الجلد والأكزيما.

تنتمي معظم العناصر الموجودة في الجدول الدوري إلى المعادن. وهي تختلف في الخصائص الفيزيائية والكيميائية، ولكن لديها الخصائص العامة: الموصلية الكهربائية والحرارية العالية، اللدونة، درجة الحرارة الإيجابية. معظم المعادن تكون صلبة في الظروف العادية، مع استثناء واحد لهذه القاعدة: الزئبق. يعتبر الكروم أصعب المعادن.

في عام 1766، تم اكتشاف معدن أحمر غني غير معروف سابقًا في أحد المناجم بالقرب من يكاترينبرج. أطلق عليه اسم "الرصاص الأحمر السيبيري". الاسم الحديث لهذا هو "الكروكويت"، وهو PbCrO4. وقد جذب المعدن الجديد انتباه العلماء. في عام 1797، قام الكيميائي الفرنسي فاوكيلين، بإجراء تجارب عليه، بعزل معدن جديد، سمي فيما بعد بالكروم.

تتميز مركبات الكروم بألوان زاهية في مجموعة متنوعة من الألوان. ولهذا السبب حصلت على اسمها، لأنه في الترجمة من اليونانية، تعني كلمة "الكروم" "الطلاء".

وهو في شكله النقي معدن فضي مزرق. وهو مكون أساسي في سبائك الفولاذ (المقاوم للصدأ)، مما يمنحها مقاومة للتآكل وصلابة. يستخدم الكروم على نطاق واسع في الطلاء الكهربائي، لتوفير طبقة واقية جميلة ومقاومة للاهتراء، وفي معالجة الجلود. أجزاء الصاروخ والفوهات المقاومة للحرارة وما إلى ذلك مصنوعة من سبائك تعتمد على القاعدة. تزعم معظم المصادر أن الكروم هو أصلب معدن موجود على وجه الأرض. تصل صلابة الكروم (حسب الظروف التجريبية) إلى 700-800 وحدة على مقياس برينل.

الكروم، على الرغم من أنه يعتبر أصلب معدن على وجه الأرض، إلا أنه أقل قليلاً من حيث الصلابة من التنغستن واليورانيوم.

كيف يتم الحصول على الكروم في الصناعة

تم العثور على الكروم في العديد من المعادن. توجد أغنى رواسب خام الكروم في جنوب أفريقيا (جنوب أفريقيا). يوجد العديد من خامات الكروم في كازاخستان وروسيا وزيمبابوي وتركيا وبعض الدول الأخرى. والأكثر انتشارًا هو خام حديد الكروم Fe (CrO2)2. ويتم الحصول على الكروم من هذا المعدن عن طريق حرقه في أفران كهربائية فوق طبقة. يتم التفاعل وفقًا للصيغة التالية: Fe (CrO2)2 + 4C = 2Cr + Fe + 4CO.

يمكن الحصول على أصعب المعادن من خام حديد الكروم بطريقة أخرى. للقيام بذلك، أولا يتم دمج المعدن مع المكلس

إذا تم فهم القوة بشكل عام على أنها قدرة المواد الصلبة على مقاومة التدمير والحفاظ على شكل المنتج، فيمكن تصنيف المعادن التالية على أنها معادن فائقة القوة ومتينة.

اسم التيتانيوم تم الاستيلاء عليه من قبل مارتن كلابروث، الباحث الألماني الذي اكتشف معدنًا جديدًا لا يتوافق مع معدنه الصفات الكيميائيةوتكريمًا للأبطال الأسطوريين لأبناء الأرض - الجبابرة.

يحتل وجود التيتانيوم في الطبيعة المرتبة العاشرة، وهو الأكثر تركيزًا في المعادن. بدون هذا المعدن سيكون الأمر مستحيلا أحدث الاكتشافاتفي مجال بناء الصواريخ والسفن والطائرات. ويستخدم التيتانيوم في جميع مجالات الصناعة، وفي صناعة الغرسات الطبية والدروع الواقية للبدن الصناعات الغذائيةوالزراعة.

2nd مكان

التنغستن الرمادي الفاتح ، والذي يُترجم حرفيًا باسم كريم الذئب، هو المعدن الأكثر مقاومة للحرارة، لذلك لا غنى عنه في صناعة الأسطح والمنتجات المقاومة للحرارة. الفتيل الموجود في المصباح الكهربائي العادي مصنوع من خيوط التنغستن.

ويستخدم هذا المعدن في الصواريخ الباليستية، في صناعة القذائف والرصاص، في دوارات جيروسكوبية عالية السرعة.

المركز الثالث

التنتالوم ويكاد يكون من المستحيل تعديله، لأنه يبدأ بالذوبان عند درجة حرارة 3015 درجة مئوية، ويغلي عند درجة غليان 5300 درجة. من المستحيل على أي شخص عادي أن يتخيل مثل هذه الحرارة. المعدن الرمادي المزرق هو الأكثر لا يمكن الاستغناء عنه الطب الحديثوتصنع منه الأسلاك والصفائح لتغطية العظام التالفة.

افتتح في عام 1817 الموليبدينوم، لم يتم العثور على المعدن الرمادي الفولاذي في شكله النقي أبدًا. إن انكسار هذا المعدن مذهل حيث تتجاوز نقطة انصهاره 2620 درجة. وقد وجد الموليبدينوم أكبر استخدام له في الصناعة العسكرية، حيث يتم تصنيع فولاذ البنادق والدروع.

المركز الخامس

الطيران والهندسة الميكانيكية واستخدام الطاقة النووية والملاحة الفضائية النيوبيوموهو معدن يشبه إلى حد كبير في خصائصه التنتالوم. لا يتأثر النيوبيوم عمليا بأي مادة، لا أملاح ولا أحماض، فمن الصعب ذوبانه وصعب أكسدته، وهو ما يجعل المعدن الفريد مطلوبا للغاية.

المركز السادس

أثقل معدن على وجه الأرض إيريديوم إنه يتمتع بخصائص مقاومة التآكل الأكثر متانة، حتى الماء الملكي لا يمكنه إذابته. إن إضافة الإيريديوم إلى السبائك الأخرى يزيد من قدرتها على مقاومة التآكل.

المركز السابع

البريليوم وهو أحد المعادن النادرة التي يتم استخراجها في الأرض. إن صفاته الفريدة، مثل الموصلية الحرارية العالية ومقاومة الحرائق، جعلت هذا المعدن لا غنى عنه في صناعة المفاعلات النووية. تحتل سبائك البريليوم بحق مكانة رائدة في صناعات الطيران والفضاء.

المركز الثامن

كروم أزرق فاتح ، وهو أيضًا من أقوى المعادن نظرًا لخصائصه خصائص فريدة من نوعهاعند إضافتها إلى سبائك الفولاذ، فإنها تجعلها أكثر صلابة وأكثر مقاومة للتآكل. أجزاء الكروم جميلة مظهر، والتي لا تتغير مع مرور الوقت.

المركز التاسع

يعامل الساكسونيون أساطيرهم بعناية، فقد خُلد اسم بطل أحدهم كوبولد باسم المعدن - الكوبالت . في كثير من الأحيان، عند تعدين الخام، أخطأ الباحثون في فهم المعدن الرمادي الوردي على أنه الفضة.

المعدن المقاوم للحرارة، كإضافة، يزيد من مقاومة الحرارة والصلابة ومقاومة التآكل للصلب. بفضل صفاته الفريدة، لا غنى عن الكوبالت في آلات قطع المعادن.

الهافنيوم – يتم استخراج معدن رمادي فاتح ذو صفات فريدة من خام الزركونيوم. يتمتع الهافنيوم الصلب المقاوم للحرارة بميزة فريدة؛ والحقيقة هي أن اعتماده على درجة الحرارة والقدرة هو أمر شاذ ولا يقع تحت أي قوانين فيزيائية.

ويستخدم الهافنيوم في الطاقة النووية والبصريات، لتقوية السبائك المختلفة وصناعة الزجاج للأشعة السينية، ومن الصعب تصور الإنتاج العسكري بدونه.