Heavy metal: топ самых необычных металлов мира

Heavy metal: топ самых необычных металлов мира

У многих из нас слово «металл» ассоциируется с твердым и холодным веществом, из которого изготавливают входные двери, столовые приборы и прочие элементы обихода. На самом же деле, металлы, известные человечеству, невероятно разнообразны, и далеко не каждый из них подходит для использования в быту. О самых необычных из них читайте далее.

Алхимики древности полагали, что именно из ртути можно извлечь тот самый философский камень, так как считали этот металл «абсолютным веществом» благодаря его необычному свойству – жидкости. На самом деле, ртуть может быть твердой, однако ее температура плавления составляет всего 38,83°C, поэтому чаще мы встречаем ее в жидком виде. Например, в стеклянных градусниках, которые строго запрещается ронять или умышленно разбивать из-за еще одного свойства этого металла – высокой токсичности.

Суровый титан получил свое название в честь могущественнейших из божеств, в которых верили люди, живущие в древности. И неудивительно, ведь именно он является самым твердым металлом в мире. Что интересно, при своей невероятной прочности титан довольно легок, благодаря чему его так охотно используют авиаконструкторы. Нагретый титан способен поглощать различные газы – хлор, кислород и даже азот.

Калий – мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета, имеющий атомный номер 19. В природе он не встречается в чистом виде, а существует лишь в соединении с другими элементами. Так, много калия содержится в морской воде и различных минералах. Этот металл почти мгновенно окисляется на воздухе, а также легко вступает в бурные химические реакции, в частности с водой, соединяясь с которой образует щелочь. Наряду с калием самыми мягкими щелочными металлами на Земле также имеют право называться цезий и рубидий.

Осмий значится в периодической таблице Менделеева как самый тяжелый металл из всех существующих. Отличить это вещество от других металлов можно по бело-синему оттенку и неприятному запаху, похожему на микс хлора и чеснока. Благодаря этому необычному амбре осмий и получил свое название, которое переводится с древнегреческого как «запах». Осмий тугоплавок, поэтому часто используется для изготовления ламп и других приборов. Разделение изотопов осмия – кропотливый и трудоемкий процесс, поэтому некоторые изотопы этого вещества довольно дороги. Так, Казахстан, будучи экспортером чистого осмия-187, с 2004 года предлагает это вещество к продаже по цене 10 000 долларов за один грамм.

Самым легким металлом, известным науке на сегодняшний день, является литий. Как и прочие легкие металлы, он щелочной, поэтому обладает высокой химической активностью. Литий почти вдвое легче воды и может плавать даже в керосине, поэтому для его хранения обычно применяются такие вещества, как минеральное масло, петролейный эфир, парафин и газолин.

Вольфрам – блестящий металл светло-серого цвета, имеющий самые высокие температуры плавления и кипения. Вытянуть кусочек вольфрама в тонкую нить можно, лишь подогрев его до около 1 600°C, расплавить – только при 3 422°C, а довести до кипения – при 5 555°C. Более высокую температуру плавления имеет только углерод, который не является металлическим элементом. Вольфрам проявляет себя очень стойко не только в стандартных условиях, но также и в вакууме, соперничая по прочности со многими самыми твердыми металлами.

Пирофорными называются металлы, способные в тонкораздробленном состоянии воспламеняться на воздухе самопроизвольно. Такую способность проявляет, например, мелкодисперсное железо, окисленное с помощью лимонной кислоты. Соприкасаясь с воздухом, его мелкие частицы образуют особые минералы, повышающие температуру вещества настолько, что оно самовозгорается. Впрочем, пирофорность свойственна не только железу, но и алюминию, магнию, ванадию, кобальту, никелю, хрому и даже твердейшему из металлов – титану.

Наша планета удивительна и богата не только необычными веществами. Ее населяют такие животные и насекомые, которые наверняка смогли бы пережить апокалипсис и построить новый мир на руинах человеческой цивилизации. Подробнее об этих удивительных существах мы рассказываем тут.

7 самых тяжелых элементов на Земле | По атомной массе

Мы должны быть более конкретными, когда говорим о том, насколько тяжелый элемент. Есть два возможных способа определения «самых тяжелых» элементов — на основе их плотности или атомной массы.

Самый тяжелый элемент с точки зрения плотности можно определить как массу на единицу объема, которая обычно измеряется в граммах на кубический сантиметр или килограммах на кубический метр.

Самым плотным природным элементом на Земле является осмий. Это блестящее вещество имеет плотность 22,59 г / см3, чуть больше, чем у иридия.

Другой способ взглянуть на тяжесть — это атомный вес, средняя масса атомов элемента. Стандартная единица атомной массы составляет одну двенадцатую от массы одного атома углерода-12.

Это фундаментальное понятие в химии, потому что большинство химических реакций происходит в соответствии с простыми числовыми соотношениями между атомами. Ниже мы перечислили 7 самых тяжелых элементов, найденных на Земле в соответствии с их атомными массами.

Примечание: мы не упомянули элементы, свойства которых неизвестны или еще не подтверждены, такие как московия, флеровия, нихония и мейтнерия.

7. Резерфордий

Атомная масса: 267

Резерфордий (Rf) был первым сверхтяжелым элементом, который был обнаружен [в 1964 году]. Он очень радиоактивен, и его самый стабильный изотоп 267Rf имеет период полураспада около 78 минут.

Резерфордий — это искусственный элемент, созданный в лаборатории путем бомбардировки калифорния-249 ядрами углерода-12. Всего было зарегистрировано 16 изотопов с атомными массами между 253 и 270. Большинство из них быстро распадаются через пути самопроизвольного деления.

Ожидается, что этот элемент будет твердым при нормальных условиях и предположительно будет иметь химические свойства, подобные гафнию. Он был создан только в незначительных количествах и используется только для научных исследований.

6. Дубний

Атомная масса: 268

Дубний (Db) — радиоактивный элемент, впервые синтезированный в 1968 году в Объединенном институте ядерных исследований, Россия. Он имеет семь признанных изотопов, из которых наиболее стабильным является 268Db с периодом полураспада 32 часа.

Дубний можно получить бомбардировкой калифорния-249 азотом или америция-243 неоном. Ограниченный анализ химии Дубния подтвердил, что этот элемент ведет себя больше как ниобий, а не тантал, нарушая периодические тенденции.

Поскольку элемент не найден в природе свободным и не создан в больших количествах в лаборатории, у него нет других применений, кроме научных исследований.

5. Сиборгиум

Атомная масса: 269

Seaborgium (Sg) был впервые синтезирован в 1974 году в лаборатории Лоуренса в Беркли, штат Калифорния. Исследовательская группа подвергла бомбардировке калифорний-249 ядрами кислорода-18 для получения сиборгия-263.

Это радиоактивный элемент, чей самый стабильный изотоп (269Sg) имеет период полураспада около 14 минут. Только несколько атомов сиборгия когда-либо были произведены, и его использование исключительно для научных исследований.

Небольшое исследование, проведенное на этом синтетическом химическом элементе, указывает на то, что сиборгий является плотным тяжелым металлом в нормальных условиях.

Читайте также  Токарный станок из дрели

В 2014 году японские исследователи впервые установили химическую связь между атомом углерода и сиборгием, открывая новые двери для анализа влияния относительности Эйнштейна на структуру периодической таблицы.

4. Борий

Атомная масса: 270

Bohrium (Bh) — это искусственно созданный радиоактивный элемент, названный в честь известного физика Нильса Бора. Он синтезируется путем бомбардировки висмута ионами хрома.

Поскольку он очень быстро разлагается за счет испускания альфа-частиц (период полураспада 270Bh составляет 61 секунду), изучать этот элемент очень сложно.

Борий не встречается в природе, и только несколько атомов были получены до настоящего времени. Возможно, он никогда не будет изолирован в наблюдаемых количествах.

3. Хассий

Атомная масса: 270

Обнаруженный немецкими физиками в 1984 году, калий (Hs) является одним из самых тяжелых и плотных элементов периодической таблицы. Все 9 изотопов элемента имеют очень короткие периоды полураспада: самый стабильный (270Hs) имеет период полураспада 10 секунд.

Пока что получено всего несколько атомов хасция. Таким образом, его свойства еще не известны. Хотя точная температура плавления, температура кипения и плотность не подтверждены, элемент считается твердым при комнатной температуре.

Этот радиоактивный переходный металл может реагировать с другими элементами [своей группы], если он производится в больших количествах. На данный момент он не имеет коммерческого использования, кроме научных исследований.

2. Tennessine

Атомная масса: 294

Tennessine (Ts) является вторым наиболее тяжелым известным элементом, обнаруженным российско-американским коллаборацией в 2010 году. Это радиоактивный, искусственно произведенный элемент. Хотя его классификация неизвестна, ожидается, что он будет надежным.

Теннессин был получен реакцией синтеза кальция-48 с берклием-249. Во всех проведенных экспериментах его атомы длились десятки и сотни миллисекунд.

Использование tennessine ограничено исследовательскими целями из-за его незначительного производства. Его самый стабильный изотоп (294Ts) имеет период полураспада около 80 миллисекунд, который распадается из-за альфа-распада.

1. Оганесон

Атомная масса: 294

Впервые синтезированный в 2002 году, Oganesson (Og) — самый тяжелый элемент периодической таблицы. Этот высокорадиоактивный элемент является членом группы благородных газов. Удивительно, но это первый благородный газ, который химически реактивен.

С 2005 года было идентифицировано только 6 атомов Oganesson. Он проявляет очень необычные физические и химические свойства, большинство из которых еще недостаточно изучены.

Поскольку Oganesson очень нестабилен (с периодом полураспада около 0,89 миллисекунд) и не происходит естественным путем, почти нет причин для рассмотрения его опасности для здоровья.

Тяжелый элемент природного происхождения: Уран

Урановое стекло светится под ультрафиолетовым светом | Предоставлено: Wikimedia Commons.

Атомная масса: 238,0289

На протяжении более 6 десятилетий уран (U) использовался в качестве богатого источника концентрированной энергии. Это самый тяжелый элемент в земной коре, он встречается в 500 раз чаще, чем золото, и в 40 раз чаще, чем серебро.

Хотя уран является радиоактивным элементом, скорость его распада значительно ниже, чем у других элементов, связанных с радиоактивностью. Его наиболее естественная форма (уран-238) имеет период полураспада около 4,5 миллиардов лет.

Уран в основном используется в качестве ядерного топлива для производства электроэнергии на атомных электростанциях. Один килограмм урана-235 может генерировать около 80 тераджоулей энергии, что эквивалентно энергии, генерируемой 3000 тонн угля.

Это чрезвычайно токсичный элемент: прием соединений шестивалентного урана может привести к повреждению иммунной системы и врожденным дефектам.

История открытия металлов

Оба элемента были открыты на заре XIX века ученым Смитсоном Теннантом. Многие исследователи того времени занимались изучением свойств сырой платины, обрабатывая ее «царской водкой». Только Теннанту удалось обнаружить в полученном осадке два химических вещества:

  • осадочный элемент со стойким запахом хлора ученый назвал осмием;
  • субстанция с меняющейся окраской получила название иридий (радуга).

Оба элемента были представлены единым сплавом, который ученому удалось разделить. Дальнейшим исследованием самородков платины занялся русский химик К. Клаус, тщательно исследовавший свойства осадочных элементов. Сложность определения самого тяжелого металла в мире заключается в невысокой разности их плотности, которая не является величиной постоянной.

8. Вольфрам — 19,29 г/см³

Абсолютный чемпион по тугоплавкости. Кипит при температуре 5555 °C (такая же — в фотосфере Солнца).

Слово вольфрам означает «пожирающий олово, как волк овцу». Это наименование появилось не случайно. Вольфрам, находясь среди оловянных руд, мешал выплавке олова.

Используется для создания обручальных колец. Своей прочностью символизирует устойчивость личных отношений. К тому же, отполированный вольфрам ничем не поцарапать.

Применяется в производстве нитей накаливания в различных осветительных приборах.

Какой металл самый тяжелый?

Чтобы определить, что тяжелее, надо сравнить атомный вес и посмотреть, что обладает более высокой плотностью. По этим показателям на сегодняшний день самыми тяжелыми считаются осмий и уступающий ему на доли кубических сантиметров иридий. Представьте: кубик осмия с восьмисантиметровыми сторонами весит почти 12 кг!

Предлагаю взглянуть на фото самого тяжелого металла:

Красавцы, не правда?

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.

Читайте также  Гибкий вал своими руками

Обзор топа самых высокопрочных металлов на Земле

Самые прочные металлы на планете Земля встречаются довольно редко. Большинство из них стоят значительно дороже золота. Эксперты Zuzako составили рейтинг износостойких металлов. Всего их 10.

А что из этого предпочтете Вы?

Иридий

Иридий не только самый прочный металл на планете Земля, он имеет наибольший удельный вес. В чистом виде иридий практически не существует, попадается в соединениях с осмием. Металл без преувеличения можно называть космическим, поскольку он содержится в метеоритах в больших количествах.

Существует гипотеза, что иридия в земной коре значительно больше. Просто он под собственной тяжестью постепенно погружается в менее плотные слои, опускаясь к ядру земли.

  • плотность 22.65 г/см 3 ;
  • цвет серебристо-белый;
  • температура плавления 2 466 ⁰C;
  • кипит при 4 428 ⁰C;
  • высокая коррозионная устойчивость;
  • устойчив к воздействию кислот, щелочей и других химических веществ;
  • не поддаётся механической обработке.

Иридий добавляют в другие металлы, чтобы придать им устойчивости к воздействию химически активных веществ. Используют при изготовлении термоизмерительных приборов, электрооборудования, медицинского инструмента.

Рутений

Высокопрочный металл относится к платиновой группе, несмотря на свою твёрдость, содержится в мышечных тканях всех живых существ. В переводе с древнего языка рутений означает Россия.

Тяжёлый металл открыл в 1844 году профессор Карл Клаус в лабораториях Казанского университета. Добывал он его из платиновой руды, привезённой с Урала. Сейчас металл получают из отходов, образующихся при очистке платины и разложении ядерных веществ.

  • плотность 12.4 г/см 3 ;
  • плавится при 2 334 ⁰C;
  • температура кипения 4 077 ⁰C;
  • химически инертный.

При добавлении рутения золото приобретает чёрный цвет. Металл используется как добавка к сплавам при изготовлении деталей для космической отрасли, медицины, электроники.

Вольфрам

На земном шаре самый твердый металл, хотя и мало распространенный в его недрах, но входящий в состав инструментальных и самых тугоплавких сплавов, вольфрам (Wolframium) или W. В основе строения лежит объемно-центрированная кубическая решетка, что дает возможность сохранять металлу гибкость.

Свойства

Wolframium светло-серого цвета, похож на сталь. Характеристики позволяют использовать его для жаропрочных сверхтвердых сплавов и сталей, эксплуатируемых в предельно высокотемпературном поле. Другие физические характеристики.

Свойство

Параметр

Плотность, (г/ см3)

линейного термического расширения (10 в минус 6) (м/мК)

Как видно, вольфрам имеет наименьший коэффициент линейного расширения, что объясняется постоянством атомной решетки. Прочность возрастает при холодной деформации. Из недостатков: низкая пластичность, высокая вероятность ломкости при отрицательных температурах, плохая свариваемость и обрабатываемость резанием, невысокая окалиноустойчивость. Нивелировать эти недостатки помогает процесс легирования.

Области применения

Металл востребован как в чистом виде, так и в твердых, жаропрочных, контактных и износостойких сплавах на основе карбида вольфрама. Коррозионная устойчивость способствует применению в жидкометаллических составах ртути, лития, натрия, калия, востребованных в энергоустановках, а также в других областях:

  • как легирующий или основной компонент инструментальных, быстрорежущих сталей (Р6М5, Р6М5К5, Р6М5Ф3);
  • производство сверел, фрез, пуансонов, штампов;
  • как основной компонент для нитей накаливания, неплавящихся сварочных электродов дуговой сварки, катодов и деталей конструкций мощных электровакуумных приборов;
  • производство сопловых вкладышей твердотопливных двигателей;
  • изготовлении деталей электростатического ионного двигателя из порошка вольфрама;
  • заготовки – штабики/слитки – для проволоки, прутков, ленты.

В чистом виде Wolframium нашел применение в электронике, текстильной, горнодобывающей и химической промышленности, медицине, в производстве катодов и анодов электронных устройств.

Один из редчайших изотопов. Его необычайно сложно добыть. Весь процесс занимает не меньше 9 месяцев. Осмий-187 – это кристаллизованный порошок черного цвета с фиолетовым отблеском. Назван он в честь вещества с наибольшей плотностью. Однако несмотря на столь внушительную прочность, металл остается крайне хрупким. Его можно растолочь в самой обычной ступе.

Высокая цена дорогого металла обусловлена важным научно-исследовательским значением. Осмий-187 – это катализатор, необходимый для химических реакций. Он активно используется в ходе производства измерительных приборов, а также применяется в медицинской сфере. Казахстан – единственный экспортер драгоценного металла.

1. Калифорний-252

Возглавляет ТОП дорогих металлов в мире изотоп калифорния. Стоимость ресурса превышает отметку в 10 миллионов долларов за 1 грамм. Столь высокий ценник более чем оправдан. За год в среднем добывается не больше 40 микрограммов калифорния-252. Суммарный мировой запас данного элемента не превышает 5 граммов.

Создается калифорний-252 в лабораторных условиях с помощью ядерных реакторов, расположенных в США и РФ. Впервые ресурс был добыт в середине XX века в Университете Калифорнии. Уникальность этого элемента заключается не только в большой стоимости, но и уникальных свойствах. Изотоп вырабатывает энергию, которая эквивалентна мощности среднестатистического атомного реактора.

Калифорний-252 используется для проведения различных исследований в области ядерной физики и медицинской отрасли. Этот изотоп является мощнейшим источником нейтронов. С его помощью можно обрабатывать злокачественные опухоли, что существенно увеличивает эффективность лучевой терапии.

С помощью изотопа просвечиваются отдельные элементы реакторов, самолетов. Поэтому можно с легкостью обнаружить повреждения, которые необычайно тщательно скрыты от рентгеновских лучей. Калифорний-252 активно применяется для поиска ценных ресурсов: месторождений нефти, золота и других драгоценных металлов.

Теперь вы знаете, какой самый дорогой металл в мире. Наибольшей ценностью обладают искусственно выведенные изотопы. Ключевым фактором при определении стоимости металлов остается уровень спроса, который зависит от доступных сфер применения ресурса.