Твердый хрупкий металл. Самый твердый металл

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.

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.

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.

Сегодня мы рассмотрим самые прочные металлы в мире и обсудим их свойства. И открывает "рейтинг прочности" титан.

Не самый прочный?

Название металла, предположительно, произошло от имени древнегреческого героя Титана. Поэтому данный металл ассоциируется у нас с несокрушимостью. Многие считают титан самым прочным металлом в мире. Однако на самом деле это далеко не так.

Чистый титан был впервые получен в 1925 году. На новый материал сразу же обратили внимание благодаря ряду свойств. Титан начали очень активно применять в промышленной сфере.

Сегодня титан находится на 10 месте среди природных металлов по распространенности. В земной коре его содержится около 700 млн тонн. То есть нынешнего сырья хватит еще на 150 лет.

Титан отличают превосходные свойства. Это легкий и прочный металл, устойчивый к коррозии. Он с легкостью поддается термической обработке, имеет широкий диапазон применения. Он взаимодействует с другими элементами таблицы Менделеева только при нагревании. В природе содержится в рутиловых и ильменитовых рудах. Чистый титан получают путем спекания руды с хлором.

Он способен выдерживать огромные нагрузки. Отличается металл высокой прочностью и сопротивляемостью ударному действию. Его используют при изготовлении транспортных средств, ракет и даже подводных лодок. Титан выдерживает силу давления даже на больших глубинах.

Популярен он и в медицинской промышленности. Протезы на его основе не взаимодействуют с тканями организма и не подвержены коррозии. Но через годы он начинает изнашиваться, что заставляет заменять протез на новый.

Новые разработки

В 2016 году ученые отыскали способ усовершенствовать свойства титана и сделать его еще более прочным. Основная цель исследований - найти более стойкий материал, при этом совместимый с тканями организма. И тут вспомнили о золоте, которое долгие годы применяется в протезировании.

Сплав титана и золота, после нескольких попыток найти идеальное соотношение составляющих, оказался невероятно прочным. В 4 раза прочнее других металлов, использующихся сегодня для протезирования.

Тантал

Один из самых прочных металлов. Назван в честь древнегреческого бога Тантала, который прогневил Зевса и был низвержен в ад. Имеет серебристо-белый цвет с синеватым отливом. Является характерным элементом гранитной и щелочной магмы. Его добывают из минерала колтана, наиболее крупные месторождения которого находятся в Бразилии и Африке.

Он был открыт в далеком 1802 году. Тогда его считали разновидностью колумбия, но позже установили - это два разных металла, схожих по свойствам. Лишь через 100 лет удалось получить чистый тантал. Стоимость его сегодня достаточно высокая - 150 долларов за 1 кг металла.

Тантал - тугоплавкий металл с достаточно высокой плотностью. С химической точки зрения он стабилен, так как не растворяется в разбавленных кислотах. В виде порошка тантал неплохо горит на воздухе. Используется для изготовления электролитических конденсаторов, нагревателей в вакуумных печах. Танталовые конденсаторы увеличивают срок эксплуатации электронных систем до 10-12 лет. Примечательно, что нашли применение ему даже ювелиры - им заменяют платину.

Испытание металлов на прочность показало - сплав тантала и вольфрама имеет почти стопроцентную крепость.

Осмий - самый-самый...

Осмий - еще один невероятно прочный металл. Он также входит в список самых редких и дорогих. В составе земной коры он присутствует в мизерных количествах. Относится к рассеянным, то есть не имеет собственных месторождений. Поэтому добыча его сопровождается огромными сложностями.

Осмий принадлежит к группе платиновых металлов. Стоимость его составляет около 10 000 долларов за 1 грамм. По цене он уступает лишь искусственному калифорнию. Он состоит из нескольких изотопов, которые невероятно сложно разделить. При этом наиболее востребованным является изотоп осмий-187. Его цена за 1 грамм доходит до 200 000 долларов!

Осмий - рекордсмен по плотности среди металлов. Кроме этого, он является высокопрочным металлом. Сплавы, в составе которых присутствует осмий, приобретают устойчивость к коррозии, становятся более прочными и долговечными. Применяют металл и в чистом виде, к примеру, для изготовления дорогих авторучек, которые практически не изнашиваются и пишут годами.

Хром

Хром, кобальт и вольфрам известны науке еще с 1913 года и объединены под общим названием - стеллиты. Они сохраняют твердость даже при температуре 600 градусов по Цельсию.

В основном этот металл содержится в глубоких слоях Земли. Также он встречается в составе каменных метеоритов, которые считаются аналогами нашей мантии. Промышленную ценность представляют только хромшпинелиды. Многие минералы, в составе которых встречается хром, совершенно бесполезны. Наиболее чистый хром получают путем электролиза концентрированных водных растворов или электролиза сульфата хрома.

Металл в сочетании со сталью значительно усиливает ее прочность, а также добавляет устойчивости к окислению. Он совершенствует характеристики стали, при этом не снижая ее пластичности.

Рутений

Принадлежит к платиновой группе и относится к благородным металлам. Однако из их списка рутений считают наименее благородным... Открыл его ученый Карл-Эрнст Клаус в 1844 году. Примечательно, что профессор постоянно нюхал и пробовал на вкус результаты своих исследований. Однажды он даже получил ожог ротовой полости, когда дегустировал одно из соединений открытого им рутения.

Его мировые запасы на сегодняшний день составляет около 5 000 тонн. Рутений долгое время исследуют, однако многие его свойства пока неизвестны. Вся проблема в том, что пока не было найдено способа полной очистки рутения. Загрязненность сырья мешает исследовать его свойства. Однако медики уверены, что использование металла в обиходе способно повысить заболеваемость среди населения. Поэтому выброс изотопа рутения-106 на Урале вызвал такой резонанс в прессе. Ведь рутений-106 имеет радиоактивные свойства.

При этом стоимость его в 2017 году неожиданно превзошла все платиновые металлы.

Иридий - самый прочный металл

Именно иридий отличается наивысшей прочностью. Да, он уступает осмию по плотности, но имеет высочайший коэффициент прочности. Его также называют самым редким из металлов, однако на самом деле содержание астата в земной коре еще меньше.

Иридий изучали очень осторожно. Спустя 70 лет его основные свойства - невероятная прочность и устойчивость к коррозии, стали известны всему миру. Сегодня он применяется во множестве отраслей. Львиную долю металла эксплуатирует химическая промышленность. Оставшаяся часть распределена на множество других областей, среди которых - медицина и ювелирное дело. Иридий в сочетании с платиной создает качественные и очень долговечные украшения.

Первым металлом, который человечество стало использовать для хозяйственных целей, была медь: легкая в обработке, она встречается в природе довольно часто, поэтому неудивительно, что именно она послужила материалом для первых металлических ножей и топоров. Немного позже люди обнаружили, что, добавляя в медь олово, можно получить значительно более прочный сплав – бронзу. А когда освоили железо, то оказалось, что оно в чистом виде ненамного прочнее меди, а вот в соединении с углеродом приобретает куда лучшие прочностные качества. Средневековые алхимики, помимо поисков философского камня, экспериментировали и со сплавами, стараясь определить, какой самый твердый металл в мире, но все опыты подтверждали: сплавы прочнее чистого металла, каким бы он ни был. А как же обстоит дело сегодня?

Самые твердые

Все наиболее прочные «чистокровные» металлы были открыты человеком довольно поздно. Причина проста: они встречаются куда реже, чем привычные для нас железо или медь. Существует несколько методов определения твердости материалов: по Моосу, по Виккерсу, по Бринеллю и по Роквеллу, данные которых немного разнятся. По шкале Мооса, например, железо имеет значение лишь 4, а наибольшая твердость у алмаза – 10. А десятка металлов, чья твердость от 5 единиц и выше, выглядит так:

• иридий – 5;
• рутений – 5;
• тантал – 5;
• технеций – 5;
• хром – 5;
• бериллий – 5,5;
• осмий – 5,5;
• рений – 5,5;
• вольфрам – 6;
• уран – 6.

Большинство из этой «великолепной десятки» встречаются в природе чрезвычайно редко (например, годовая добыча рутения в мире составляет около 18 тонн, а рения – около 40 тонн) или обладают радиоактивностью, затрудняющей их применение в быту. И все они имеют весьма значительную стоимость, за исключением, пожалуй, хрома. Именно высокая твердость и относительно низкая цена на этот металл сделали его популярным при изготовлении прочных сплавов.

Использование самых твердых металлов

Вследствие того, что большинство самых твердых металлов встречаются в природе очень редко, их прочностные качества остаются невостребованными или востребованными крайне ограниченно, например, для покрытия узлов и частей механизмов, подвергающихся наибольшей нагрузке. А вот применять при изготовлении инструментальной стали или брони добавки из рения или рутения, согласитесь, глупо. Этих металлов просто не хватит на все. Поэтому хром и оказался очень востребованным. Он является важнейшей легирующей добавкой, улучшающей как прочность, так и коррозионную стойкость сплавов.

Некоторые из твердых металлов в очень небольших количествах используются в медицине, при создании космической техники, в качестве катализаторов и в некоторых других областях. В этих случаях востребованной оказалась не их твердость, а другие сопутствующие качества. Вольфрам, например, как самый тугоплавкий металл на планете (температура плавления +3422 по Цельсию), нашел применение при создании нитей накаливания осветительных приборов. В небольших количествах он добавляется в сплавы, которые должны выдерживать действие высокой температуры длительное время – например, в металлургической промышленности.

Уран

Уран, как и вольфрам, – самый твердый металл на Земле, но уран значительно больше распространен на нашей планете, поэтому нашел куда более широкое применение. И его радиоактивность не стала этому помехой. Самое известное применение урана – в качестве «топлива» в атомных электростанциях. Кроме того, он используется в геологии для определения возраста горных пород и в химической промышленности.

Прочностные свойства и высокий удельный вес урана (он в 19 раз тяжелее воды) пригодились при создании бронебойных боеприпасов. В этом случае в ход идет не чистый металл, а его обедненная разновидность, почти полностью состоящая из слаборадиоактивного изотопа уран-238. Тяжелые сердечники из такого металла отлично пробивают даже хорошо бронированные цели. Насколько остаточные явления применения подобных боеприпасов вредят окружающей среде и человеку, достоверно пока не известно, поскольку статистического материала по данному вопросу накоплено слишком мало.