Самый твердый металл в мире: название и другие свойства

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 оС;
• температура кипения – 4428 оС;
• 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.

Иридий

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.

Рутений

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.

Тантал

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.

Хром

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:

• Казахстан;
• Россия;
• Мадагаскар;
• Зимбабве.

Хром

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.

Бериллий

Кто за них?

Но человек не был собой, если бы не нашел замены иридию с осмием. Раз нецелесообразно, слишком дорого использовать их, то и внимание небезуспешно было обращено к другим металлам, нашедшим свое применение в разных ситуациях, отраслях для создания новых сплавов, композитных материалов, производства оборудования, машин и механизмов как гражданского, так и военного применения:

• Титан. Именно с началом использования этого легкого, но при этом очень твердого, прочного, пластичного, тугоплавкого металла связывают появление реактивных гражданских, военных самолетов, в том числе развивающих скорость во много раз быстрее звука. Он также широко используется, незаменим при создании космической техники, современных морских судов, океанских лайнеров, во многих других отраслях.

• Вольфрам. Очень твердый, самый тугоплавкий металл, к тому же обладающий огромной стойкостью к любым внешним воздействия. Весьма востребован человечеством.
• Хром, ванадий, марганец. Эта тройка металлов вместе и по отдельности, а также с примкнувшим к ним никелем, уже десятки лет активно используется металлургами для создания новых видов стали, специальных твердых сплавов с различными уникальными свойствами.

Хотя самый твердый металл в мире, а, вернее, целых два – иридий и осмий, показали свои уникальные свойства лишь в лабораторных условиях, а также в качестве ничтожных по процентному содержанию добавок в сплавы, других соединения для создания новых материалов, необходимых человеку, следует быть благодарными природе и за этот подарок. В то же время нет никаких сомнений, что пытливые умы талантливых ученых, гениальных изобретателей придумают новые вещества с уникальными свойствами, как это уже произошло с синтезом фуллеренов, которые оказались тверже алмаза, что уже удивительно.

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.

Осмий

Особенности чистого вещества и его примесей

Еще одна характерная особенность материала — парамагнитность. Такое вещество не притягивается магнитным полем, но и не способно выталкиваться из него. Для производственных процессов титан стараются применять в максимально чистом виде без добавки примесей, поскольку именно так он выдерживает максимальные нагрузки.

Любые примеси неметаллов к титану, делают стандартный материал более ломким. Металлические примеси значительно снижают его жаропрочность. Титан даже с минимумом примесей является техническим. Обычно именно такая разновидность наиболее устойчива к воздействию коррозии.

Важно. Удивительным свойством материала является то, что минимальные добавки других веществ кардинальным образом меняют известные характеристики титана.

Если сравнивать с другими часто используемыми элементами, то титан в 2 раза прочнее железа и в 6 раз прочнее алюминия. Рассматриваемый металл очень легко противостоит коррозии. Его антикоррозийные показатели значительно лучше, чем у алюминия и нержавеющей стали.

Как получают титан?

По распространению в природу рассматриваемый материал стоит на 10 месте. При этом чаще всего он встречается в виде титановой кислоты в минералах. К таким титановым рудам относятся:

• брукит;
• анатаз;
• рутил;
• первоксит.

Эти минералы наиболее распространены в России, США, Великобритании, Японии, а также Испании, Бельгии, Франции.

Всего известно 4 способа получения этого материала:

1. Метод электролиза. Соединения рассматриваемого вещества подвергаются воздействию тока огромной силы, который разделяет минерал на составляющие.
2. Магниетермический способ. На первом этапе получают диоксид титана. Потом его следует отхлорировать в присутствии особого катализатора, поскольку сам по себе процесс слишком заторможенный и вялый. Получается газ, который восстанавливают магнием или натрием. Соединение нагревают, а затем из полученного вещества выплавляют титан.
3. Рафинирование. Метод, когда диоксид титана подвергают обработке при применении паров йода. Получается йодид титана, который максимально прогревают и подвергают воздействию электрического тока. После окончания воздействия получаются два вещества: йод и собственно титан.
4. Гидридно-кальциевый метод. Сначала следует получить гидрид титана. После этого разделяют вещество на все вступающие туда компоненты.

В массовой промышленности чаще всего используются 2 и 4 методы, поскольку они помогают получить чистый материал с небольшими затратами.

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.

Рений

Как нитинол стал SM-100

Интерес к этому металлу пришел много лет спустя и, как водится, «оттуда откуда не ждали». Угадайте с одного раза, кого может заинтересовать высокотвердый и редкий сплав, который дает яркий и непредсказуемый узор в процессе термической обработки?

Ножевой дизайнер Дуэйн Двайер из Strider Knives заинтересовался нитинолом еще в 2005 году, когда искал сплав сверхтвердых металлов, который не ржавел бы. Он обратился к металлургу и другу Скотту Деванне, вице-президенту по технологиям SB Specialty Metals, и поинтересовался возможностью производства нитинола с использованием технологии, которая никогда не применялась.

Вскоре после этого Скотт познакомил Дуэйна с Эриком Боно, металлургом и производителем ножей, который также интересовался нитинолом, и они втроем начали изучать возможности создания клинков из этого сплава.

Обладая знаниями и опытом в области металлургии, Боно в 2006 году разработал рабочий вариант сплава, получивший название «SM-100», в виде порошкового металла. Еще несколько лет ушло на рафинирование сплава и процессов, и в 2009 году Боно и его деловой партнер Фред Йолтон создали компанию Summit Metals LLC для производства SM-100.

С тех пор SM-100 (60% никеля и 40% титана), который компания продает под названием «HIPTiNite», завоевал интерес не только у ножевой промышленности, но и у американского космического агентства NASA и у представителей различных команд Формулы-1.

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 оС. 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.

Вольфрам

Как производят металлы?

Металлы добывают из руд. Для определения их месторождения применяются разные наработанные методики, системы расчетов. Производство металлов выполняется в несколько этапов:

1. Разработка рудного месторождения. Она может быть открытой или закрытой. Иногда способы добычи руды комбинируются. Открытый способ менее опасен.
2. Обогащение руды. Выполняется, чтобы выделить из нее полезные компоненты (рудный концентрат), которые будут применяться в дальнейшем производстве.
3. Извлечение металла. Проводится с помощью электролитического или химического восстановления.
4. Выплавка металла. Выполняется в промышленных печах при нагреве расходного сырья до максимальных температур. Дополнительно используется восстановитель.

Разработка рудного месторождения

Уран

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.

Уран

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.

Титан

Сортамент металлопроката «Линейка — S»

Самый твердый металл — хром, титан.

Хром — элемент побочной подгруппы шестой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Менделеева Д.И., с атомным номером 24. Обозначается символом Cr (латин. Chromium). Простое вещество хром (CAS-номер: 7440-47-3) — твёрдый металл голубовато-белого цвета.

Хром в природе встречается в основном в виде хромистого железняка Fe(CrO2)2 (хромит железа). Из него получают феррохром восстановлением в электропечах коксом (углеродом): FeO · Cr2O3 + 4C → Fe + 2Cr + 4CO↑

Хром относится к достаточно распространенным элементам, содержание его в земной коре составляет примерно 0,02% (22-е место). Феррохром применяют для производства легированных сталей. Чтобы получить чистый хром, реакцию ведут следующим образом: 1) сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе: 4Fe(CrO2)2 + 8Na2CO3 + 7O2 → 8Na2CrO4 + 2Fe2O3 + 8CO2↑ 2) растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа; 3) переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат; 4) получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата углём: Na2Cr2O7 + 2C → Cr2O3 + Na2CO3 + CO↑ 5) с помощью алюминотермии получают металлический хром: Cr2O3+ 2Al → Al2O3 + 2Cr + 130 ккал 6) с помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты. При этом на катодах совершаются в основном 3 процесса: восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного с переходом его в раствор; разряд ионов водорода с выделением газообразного водорода; разряд ионов, содержащих шестивалентный хром, с осаждением металлического хрома; Cr2O72− + 14Н+ + 12е− = 2Cr + 7H2O

Получение хрома Сырьем для промышленного получения хрома служит хромистый железняк. Его химическая переработка приводит к Cr2O3. Восстановление Cr2O3 с помощью алюминия или кремния дает металлический хром невысокой степени чистоты: Cr2O3+Аl=Аl2O3+2Cr 2Cr2O3+3Si=3SiO2+4Cr Более чистый металл получают электролизом концентрированных растворов соединений хрома.

Тита́н — (лат. Titanium; обозначается символом Ti) — элемент побочной подгруппы четвёртой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 22. Простое вещество титан (CAS-номер: 7440-32-6) — лёгкий металл серебристо-белого цвета. Существует в двух кристаллических модификациях: α-Ti с гексагональной плотноупакованной решёткой, β-Ti с кубической объёмно-центрированной упаковкой, температура перехода α↔β 883 °C

Самые мягкие металлы — калий, рубидий, цезий.

Калий — элемент главной подгруппы первой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Менделеева Д.И., с атомным номером 19. Обозначается символом K (латин. Kalium). Простое вещество калий (CAS-номер: 7440-09-7) — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета. В природе калий встречается только в соединениях с другими элементами, например, в морской воде, а также во многих минералах. Он очень быстро окисляется на воздухе и очень легко вступает в химические реакции, особенно с водой, образуя щёлочь. Во многих отношениях химические свойства калия очень близки к натрию, но с точки зрения биологической функции и использования их клетками живых организмов они все же отличаются.

Рубидий — элемент главной подгруппы первой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Менделеева Д.И., с атомным номером 37. Обозначается символом Rb (лат. Rubidium). Простое вещество рубидий (CAS-номер: 7440-17-7) — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

Цезий — элемент главной подгруппы первой группы шестого периода периодической системы химических элементов Менделеева Д.И., атомный номер 55. Обозначается символом Cs (лат. Caesium). Простое вещество цезий (CAS-номер: 7440-46-2) — мягкий щелочной металл серебристо-жёлтого цвета. Своё название цезий получил за наличие двух ярких синих линий в эмиссионном спектре (от лат. caesius — небесно-голубой).

Из рубрики Почемучка…

— Для начала скажи-ка мне, Панамка, какие ты вообще знаешь металлы? — Железо. — А еще? — Еще? Нет, больше не знаю. — Знаешь, знаешь. Ты подумай хорошенько, вспомни. Ладно, подскажу. Вот ответь, из чего сделано грузило для удочки? — Из свинца. — А мамино колечко из чего? — Из золота. — Правильно. Но и свинец и золото — металлы. Кастрюля — алюминиевая, значит, металлическая, ступка и пестик — латунные, металлические провода, если соскоблить с них плас, — медные, металлические. Много еще на свете разных металлов! И у многих из них удивительнейшие свойства. Какие? А вот ответь на мои вопросы: обязательно ли металлы тонут в воде? — Обязательно. Даже иголка и та тонет. Я видел. — Так вот, есть, Панамка, такие легкие металлы, которые плавают в воде, как пробка. Один из них называется литием. Он легче воды… не помню, на сколько. Бумка, наверное, знает. — АЛЛО, ВКЛЮЧАЮСЬ. ЛИТИЙ ВДВОЕ ЛЕГЧЕ ВОДЫ И В 15 РАЗ ЛЕГЧЕ ЖЕЛЕЗА. ЛИТИЙ ВХОДИТ В СОСТАВ БОЛЕЕ 150 МИНЕРАЛОВ ОН ЕСТЬ ПОЧТИ В КАЖДОМ КАМНЕ И ПОЭТОМУ ПОЛУЧИЛ ТАКОЕ НАЗВАНИЕ: ГРЕЧЕСКОЕ СЛОВО «ЛИТОС» ОЗНАЧАЕТ «КАМЕНЬ». ЭТОТ СЕРЕБРИСТОБЕЛЫЙ МЕТАЛЛ В ЖАРКИХ ПЕЧАХ РАСПЛАВЛЯЮТ И СМЕШИВАЮТ С ДРУГИМИ МЕТАЛЛАМИ. ПОЛУЧАЮТСЯ СПЛАВЫ. АЛЮМИНИЙ НЕ ОЧЕНЬ ПРОЧЕН, НО, ЕСЛИ ЕГО СПЛАВИТЬ С ЛИТИЕМ, ПОЛУЧАЕТСЯ МЕТАЛЛ КУДА ПРОЧНЕЕ. — Спасибо, Бумка. Задаю новый вопрос: металлы болеют? — Болеют?! Вот смешно! Значит, у водопроводного крана бывает насморк, а у перочинного ножика — коклюш? Умора! — Металлы еще как болеют. Разве ржавчина, о которой мы недавно говорили, не болезнь металлов? Они от нее даже «умирают», разрушаются. Была сталь, а долго пролежала в воде — разрушилась, покрылась рыжей ржавчиной. Тронь — рассыплется в порошок. Недаром в народе говорят: ржа (тоесть ржавчина) железо ест. Вот и съела. Теперь ответь — бывает ли металл жидкий? Не когда его расплавят в жаркой печи, а всегда жидкий? — Жидкий металл, дедушка Знай? Да это все равно что «горячий лед»! — Значит, говоришь, не бывает? А ты разве забыл про ртуть, которая показывает температуру в градуснике? Это же самый настоящий жидкий металл! Случайно уронишь, разобьешь градусник — ртуть растечется по полу мелкими шариками. Соберешь их — мигом сольются в один. Твердеет этот жидкий металл лишь на очень сильном морозе. Кстати, ртуть нужна не только для градусников. Она необходима и для ламп-трубок, которые дают яркий дневной свет. Ртуть входит в состав красок, которыми покрывают днища кораблей. После этого корабли не так ржавеют даже в соленой морской воде и их днище меньше обрастает ракушками и водорослями. Ну а под конец давай ответим на вопрос: какой металл самый прочный, какой самый мягкий? Сперва о самом прочном. Он серебристо-белого цвета и называется титаном. Титан в 12 раз тверже алюминия, в 4 раза тверже железа и меди. Если раскалить другие металлы, они сразу потеряют прочность. Но титан… температура 500 градусов, а он все такой же прочный, как был. Не зря ведь многие части реактивных самолетов сделаны из титана. Этот металл такой прочный, что поддается только самым могучим машинам-молотам. Зато натрий (тоже серебристо-белый) , хоть он и металл, ничего не стоит сплющить пальцами. А магний знаменит тем, что хорошо горит. Да, да — металл, а горит! Поднес к тонкой стружке магния зажженную спичку — он и вспыхнул.

Вот вам ответ на вопрос: Какой металл самый твёрдый, какой — самый мягкий