Самый твердый металл в мире (Титан, Хром и Вольфрам). Самые тяжелые металлы в мире

Многих любителей интересных фактов интересует вопрос, какой металл самый твердый? И навскидку ответить на этот вопрос будет непросто. Конечно, любой учитель химии без труда скажет правильно, даже не задумываясь. Но среди рядовых граждан, которые последний раз занимались химией в школе, не многие смогут правильно и быстро дать ответ. Это связано с тем, что все с детства привыкли делать разнообразные игрушки из проволоки и хорошо запомнили, что медь и алюминий мягкие и хорошо поддаются сгибанию, а вот стали наоборот не так просто придать желаемую форму. С тремя названными металлами человек имеет дело чаще всего, поэтому остальные кандидатуры даже не рассматривает. Но сталь, конечно же, не является самым твердым металлом в мире. Справедливости ради стоит отметить, что это вообще не металл в химическом смысле, а соединение железа с углеродом.

Что такое титан?

Самым твердым металлом является титан. Впервые чистый титан был получен в 1925 году. Это открытие произвело фурор в научных кругах. На новый материал сразу же обратили внимание промышленники и по достоинству оценили преимущества от его использования. По официальной версии, самый твердый металл на Земле получил свое название в честь несокрушимых Титанов, которые согласно древнегреческой мифологии были основателями мира.

По оценкам ученых суммарные мировые запасы титана на сегодняшний день составляют около 730 миллионов тонн. При нынешних темпах добычи ископаемого сырья хватит еще на 150 лет. Титан занимает 10 место по природным запасам среди всех известных металлов. Крупнейшим в мире производителем титана является российская компания «ВСМПО-Ависма», которая удовлетворяет до 35% мировых потребностей. Предприятие занимается полным циклом переработки от добычи руды до изготовления различной продукции. Оно занимает порядка 90% российского рынка по производству титана. Около 70% готовой продукции идет на экспорт.

Титан - легкий металл серебристого цвета с температурой плавления 1670 градусов по Цельсию. Проявляет высокую химическую активность только при нагревании, в нормальных условиях не реагирует с большинством химических элементов и соединений. В природе не встречается в чистом виде. Распространен в виде рутиловых (двуокись титана) и ильменитовых (сложное вещество, состоящее из двуокиси титана и оксида двухвалентного железа) руд. Чистый титан выделяется путем спекания руды с хлором, а затем вытеснения более активным металлом (чаще всего магнием) из полученного тетрахлорида.

Промышленное применение титана

Самый твердый металл имеет довольно широкий спектр применения во многих отраслях. Аморфно расположенные атомы обеспечивают титану высочайший уровень прочности на растяжение и кручение, хорошую сопротивляемость ударному воздействию, высокие магнитные качества. Металл используется для изготовления корпусов воздушного транспорта и ракет. Он хорошо справляется с огромными нагрузками, которые испытывают на себе машины, находясь на огромной высоте. Также титан применяется при производстве корпусов для подводных лодок, так как способен выдерживать высокое давление на больших глубинах.

В медицинской отрасли металл используется при изготовлении протезов и зубных имплантатов, а также хирургических инструментов. В качестве легирующей добавки элемент добавляют в некоторые марки стали, что придает им повышенную прочность и стойкость к коррозии. Титан хорошо подходит для литья, так как позволяет получать идеально гладкие поверхности. Из него также изготавливают ювелирные украшения и декоративные изделия. Активно используются и соединения титана. Из диоксида изготавливают краски, белила, добавляют в состав бумаги и пластика.

Сложноорганические соли титана применяют в качестве затвердительного катализатора в лакокрасочном производстве. Из карбида титана изготавливают различные инструменты и насадки для обработки и сверления других металлов. В точном машиностроении из титанового алюминида производят износостойкие элементы, которые обладают высоким запасом прочности.

Самый твердый сплав металла был получен американскими учеными в 2011 году. В его состав вошли палладий, кремний, фосфор, германий и серебро. Новый материал был назван «металлическое стекло». Он соединил в себе твердость стекла и пластичность металла. Последнее не позволяет трещинам распространяться, как это происходит со стандартным стеклом. Естественно, в широкое производство материал запущен не был, так как его компоненты, особенно палладий, относятся к редким металлам и стоят очень дорого.

В данный момент усилия ученых направлены на поиски альтернативных компонентов, которые бы позволили сохранить полученные свойства, но значительно снизили стоимость производства. Тем не менее, отдельные детали для аэрокосмической отрасли уже производятся из полученного сплава. Если альтернативные элементы удастся внедрить в структуру и материал получит широкое распространение, то вполне возможно, что он станет одним из самых востребованных сплавов будущего.

Так как у них самая высокая плотность. Среди них самые тяжелые - осмий и иридий. Это Показатель плотности данных металлов почти одинаков, если не считать незначительной погрешности вычислений.

Открытие иридия произошло в 1803 году. Его обнаружил английский химик Смитсон Теннат, исследуя природную платину, доставленную из Южной Америки. В переводе с древнегреческого название «иридий» означает «радуга».

Научный интерес как источника электрической энергии представляет изотоп тяжелого металла - иридий-192m2, так как данного металла очень большой - 241 год. Широкое применение иридий нашел в промышленности и палеонтологии - его используют для производства перьев для ручек, определения возраста слоев земли.

Открытие осмия произошло случайным образом в 1804 году. Этот самый твердый металл был обнаружен в химическом составе осадка растворенной в царской водке платины. Название «осмий» происходит от древнегреческого слова «запах». В природе этого металла почти нет. Наиболее часто его находят в составе Также как и иридий, осмий почти не подвержен механическому воздействию. Один литр осмия намного тяжелее, чем десять литров воды. Но это свойство данного металла пока еще нигде не нашло применения.

Самый твердый металл осмий добывается на российских и американских рудниках. Однако наиболее богатым его месторождением признана ЮАР. Часто осмий находят в составе железных метеоритов.

Особый интерес представляет собой осмий-187, экспортируемый только Казахстаном. Он используется для определения возраста метеоритов. Один грамм этого изотопа стоит 10 тыс. долларов США.

В промышленности в основном используется твердый сплав осмия с вольфрамом (осрам) для производства ламп накаливания. Осмий также является катализирующим веществом при производстве Достаточно редко из этого металла изготавливают режущие части для инструментов в хирургии.

Оба тяжелых металла - осмий и иридий - почти всегда содержатся в одном сплаве. Это определенная закономерность. А для их разделения нужно приложить немало усилий, ведь они не такие мягкие, как, например, серебро.

Удивительный металл

Природа подарила человечеству удивительный металл - пластичный, вязкий, ковкий и тягучий в чистом виде, но становящийся твёрдым и хрупким благодаря примесям углерода, азота, водорода и т.д. Это – хром, самый твёрдый металл, имеющий голубовато-белый цвет. Хром (Cr) – тяжёлый, тугоплавкий, жаропрочный и устойчивый к коррозии металл. Твёрдость хрома по Бринеллю - 70-90 кгс/см2, температура плавления - 1907°С, плотность - 7200 кг/м3, температура кипения - 2671°С.

Обычно самый твёрдый металл встречается в природе в виде хромистого железняка. Хром достаточно распространённый элемент, в земной коре его содержится примерно 0,02%, - это высокий показатель. Крупнейшие месторождения хрома находятся в ультраосновных горных породах. Ультраосновные породы считаются наиболее близкими по своему составу к мантии Земли. Каменные метеориты также богаты хромом. В воде же содержание этого металла очень мало – всего 0,00005 мг/л.

Биогенное вещество

Хром – это биогенное вещество и входит в состав тканей живых организмов. Поступление хрома происходит с пищей, нехватка этого микроэлемента приводит к увеличению холестерина в крови, снижению темпа роста, снижению чувствительности тканей к инсулину. В организмах животных содержание хрома ничтожно мало - от десятитысячных до десятимиллионных долей процента. В тканях растений этого металла содержится примерно 0,0005%, 92-95% из которых приходится на корни. Высшие растения не переносят высокое содержание хрома, тогда как у планктона коэффициент его накопления составляет 10 000-26 000.

Самый твёрдый металл и соединения хрома используют в промышленности: в основном, для выплавки хромистых сталей, нихрома и т.д. Широкое применение хром получил как декоративное коррозионностойкое покрытие.

Вред хрома

Некоторые соединения хрома токсичны, например, гальванические покрытия, легирующие добавки, сплавы, огнеупоры. При длительных контактах с вирулентным (ядовитым) соединением хрома могут проявляться начальные признаки отравления – сухость, боль в носу, першение в горле, затруднённость дыхания. Обычно лёгкая степень отравления исчезает, если человек прекращает контактировать с хромом, в противном случае интоксикация переходит в хроническую стадию.

Этот процесс характеризуется следующими признаками - слабость, головная боль, диспепсия, потеря в весе, нарушение функций желудка, печени и поджелудочной железы, возможны бронхиальная астма, бронхит, диффузный пневмосклероз. При попадании токсичных соединений хрома на кожу могут появиться дерматит, экзема.

Большая часть элементов таблицы Менделеева относится к металлам. Они различаются по физико-химическим характеристикам, но имеют общие свойства: высокую электро- и теплопроводность, пластичность, положительный температурный . Большинство металлов при нормальных условиях твердые, из этого правила имеется одно единственное исключение – ртуть. Самым твердым металлом считается хром.

В 1766 году на одном из приисков недалеко от Екатеринбурга был обнаружен неизвестный ранее минерал насыщенного красного цвета. Ему дали название «сибирский красный свинец». Современное название этого – «крокоит», его PbCrO4. Новый минерал привлек внимание ученых. В 1797 году французский химик Воклен, проводя опыты с ним, выделил новый металл, названный впоследствии хромом.

Соединения хрома имеют яркую окраску разнообразных цветов. За это он и получил свое название, ведь в переводе с греческого «хром» означает «краска».

В чистом виде он представляет собой металл серебристо-голубоватого цвета. Это важнейший компонент легированных (нержавеющих) сталей, придающий им коррозионную устойчивость и твердость. Хром широко используется в гальваническом деле, для нанесения красивого и износостойкого защитного покрытия, а также при обработке кожи. Из сплавов на основе изготавливают детали ракет, жаропрочные сопла и т.д. В большинстве источников утверждается, что хром – это самый твердый металл из всех существующих на . Твердость хрома (в зависимости от условий эксперимента) достигает 700-800 единиц по шкале Бринеля.

Хром хоть и считается самым твердым металлов на земле, однако он всего лишь незначительно уступает по твердости вольфраму и урану.

Как получают хром в промышленности

Хром входит в состав множества минералов. Богатейшие залежи хромовых руд находятся в ЮАР (Южно-Африканской Республике). Много хромовых руд в Казахстане, России, Зимбабве, Турции и некоторых других странах. Наибольшую распространенность получил хромистый железняк Fe (CrO2)2. Из этого минерала хром получают путем обжига в электропечах над слоем . Реакция протекает по следующей формуле: Fe (CrО2)2 + 4C = 2Cr + Fe + 4CO.

Самый твердый металл из хромистого железняка можно получить и другим путем. Для этого сначала минерал сплавляют с кальцинированной

Если под прочностью принято понимать способность твердых тел противостоять разрушению и сохранять форму изделия, то к сверхпрочным и прочным металлам можно отнести следующие металлы.

Название титан было присвоено Мартином Клапротом, немецким исследователем, открывшим новый металл не по его химическим качествам, а в честь мифологических героев детей земли – титанов.

Нахождение титана в природе стоит на 10-м месте, более всего он концентрируется в минералах. Без этого металла невозможны были бы новейшие открытия в области ракето-, корабле- и авиастроении. Титан используют во всех областях промышленности, при изготовлении медицинских имплантов и бронежилетов с пищевой промышленности и сельском хозяйстве.

2 Место

Светло – серый вольфрам , дословно переводится, как волчьи сливки, является самым тугоплавким металлом, поэтому он незаменим при изготовлении жароустойчивых поверхностей и изделий. Нить накаливания в обычной лампочке сделана из вольфрамовой нити.

Тот металл используют в баллистических ракетах, при изготовлении снарядов и пуль, в гироскопических сверхскоростных роторах.

3 место

Тантал практически невозможно видоизменить, ведь он начинает плавиться при температуре 3015 градусов по Цельсию, а закипает при температуре кипения в 5300 градусов. Обычному человеку такую жару даже представить невозможно. Синевато — серый металл является самым незаменимым в современной медицине, из него изготовляют проволоку и листы, которыми закрывают поврежденные кости.

Открытый в 1817 году молибден , серо-стальной металл в чистом виде практически не встречается. Поражает тугоплавкость этого металла, температура плавления которого превышает 2620 градусов. Самое большое применение молибден нашел в военной промышленности, где изготавливаются орудийные и броневые стали.

5 место

Авиа — и машиностроение, ядерная энергетика и космонавтика используют ниобий , очень похожий по своим свойствам на тантал металл. На ниобий практически не действуют никакие вещества, ни соли, ни кислоты, он трудно плавится, и трудно окисляется, что и сделано уникальный металл таким востребованным.

6 место

Самый тяжелый металл на земле иридий обладает самыми стойкими антикоррозийными свойствами, его не может расплавить даже царская водка. Добавление иридия в другие сплавы повышает их способность противостоять коррозии.

7 место

Бериллий является одним из редких металлов, которые добываются в земле. Его уникальные качества, такие как высокая теплопроводность и огнеупорность, сделали этот металл незаменимым при изготовлении ядерных реакторов. Бериллиевые сплавы по праву занимают ведущее место в аэрокосмической и авиационной промышленности.

8 место

Светло – голубой хром , который является также одним из самых прочных металлов, благодаря своим уникальным свойствам при добавлении в сплавы сталей делает их более твердыми и коррозийноустойчивыми. Хромированные детали имеют красивый внешний вид, который не видоизменяется со временем.

9 место

Саксонцы бережно относятся к своим легендам, имя героя одной из них Кобольда было увековечено в названии металла – кобальта . Очень часто при добывании руды искатели серо — розовый металл принимали за серебро.

Тугоплавкий металл, как добавка, повышает жаропрочность, твердость и износоустойчивость стали. Благодаря уникальным качествам кобальт незаменим в металлорежущих станках.

Гафний – уникальный по своим качествам металл светло-серого цвета добывается из циркониевой руды. Твердый, тугоплавкий гафний имеет уникальную особенность, дело в том, что его темплоемкостная зависимость аномальна и не подпадает не под какие законы физики.

Гафний используют в атомной энергетике и в оптике, для укрепления различных сплавов и изготовления стекла для рентгена, без него трудно представить военное производство.