Самые прочные металлы в мире: топ-10

9

9-е место в Топ-10 занимает уран. Его отличительной особенностью является слабая радиоактивность. Уран встречается в природе как в чистом виде, так и в виде составного элемента осадочных пород. Среди основных свойств этого металла необходимо выделить хорошую гибкость и ковкость, пластичность, что позволяет использовать его в разных отраслях промышленности.

Урановые сплавы, подверженные тепловой обработке, характеризуются высокой стойкостью к коррозии; изделия из них не изменяют форму при температурных перепадах. Именно поэтому данный металл до середины 30-х годов прошлого века использовали для изготовления инструментальной стали, но позже от этой технологии отказались.

Классификация металлов

К металлам относятся материалы, обладающие совокупностью механических, технологических, эксплуатационных, физических и химических характерных свойств:

• механические подтверждают способность к сопротивлению деформации и разрушению;
• технологические свидетельствуют о способности к разному виду обработки;
• эксплуатационные отражают характер изменения при эксплуатации;
• химические показывают взаимодействие с различными веществами;
• физические указывают на то, как ведет себя материал в разных полях – тепловом, электромагнитном, гравитационном.

Химические, физические и механические свойства тесно взаимосвязаны между собой, так как состав материала устанавливает все остальные его параметры. Например, тугоплавкие металлы являются самыми прочными. Свойства, которые проявляются в состоянии покоя, называются физическими, а под воздействием извне – механическими. Также существуют таблицы классификации металлов по плотности — основному компоненту, технологии изготовления, температуре плавления и другие.

Физические свойства металлов

Твёрдость

Все металлы (кроме ртути и, условно, франция) при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью. Ниже в таблице приводится твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса.

Температура плавления

Температуры плавления чистых металлов лежат в диапазоне от −39 °C (ртуть) до 3410 °C (вольфрам). Температура плавления большинства металлов (за исключением щелочных) высока, однако некоторые металлы, например, олово и свинец, могут расплавиться на обычной электрической или газовой плите.

Плотность

В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³). Самым лёгким металлом является литий (плотность 0,53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия — двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22,6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.

Пластичность

Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связи между ними. Самыми пластичными являются золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако не все металлы пластичны. Проволока из цинка или олова хрустит при сгибании; марганец и висмут при деформации вообще почти не сгибаются, а сразу ломаются. Пластичность зависит и от чистоты металла; так, очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым. Некоторые металлы, такие, как золото, серебро, свинец, алюминий, осмий, могут срастаться между собой, но на это могут уйти десятки лет.

Электропроводность

Все металлы хорошо проводят электрический ток; это обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность; по этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также натрий, в экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.

Теплопроводность

Высокая теплопроводность металлов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей, и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла; широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.

Наименьшая теплопроводность — у висмута и ртути.

Цвет

Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.

Свинцовые сплавы.

Обычный припой (третник) представляет собой сплав примерно одной части свинца с двумя частями олова. Он широко применяется для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Из сурьмяно-свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумуляторов. Сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом могут иметь точку плавления, лежащую значительно ниже точки кипения воды (~70° C); из них делают плавкие пробки клапанов спринклерных систем противопожарного водоснабжения. Пьютер, из которого ранее отливали столовые приборы (вилки, ножи, тарелки), содержит 85–90% олова (остальное – свинец). Подшипниковые сплавы на основе свинца, называемые баббитами, обычно содержат олово, сурьму и мышьяк.

История развития представлений о металлах

См. также: История производства и использования железа

Знакомство человека с металлами началось с золота, серебра и меди, то есть с металлов, встречающихся в свободном состоянии на земной поверхности; впоследствии к ним присоединились металлы, значительно распространенные в природе и легко выделяемые из их соединений: олово, свинец, железо и ртуть. Эти семь металлов были знакомы человечеству в глубокой древности. Среди древнеегипетских артефактов встречаются золотые и медные изделия, которые, по некоторым данным, относятся к эпохе, удаленной на 3000—4000 лет от н. э.

К семи известным металлам уже только в средние века прибавились цинк, висмут, сурьма и в начале XVIII столетия мышьяк. С середины XVIII века число открытых металлов быстро возрастает и к началу XX столетия доходит до 65, а к началу XXI века — до 96.

Ни одно из химических производств не способствовало столько развитию химических знаний, как процессы, связанные с получением и обработкой металлов; с историей их связаны важнейшие моменты истории химии. Свойства металлов так характерны, что уже в самую раннюю эпоху золото, серебро, медь, свинец, олово, железо и ртуть составляли одну естественную группу однородных веществ, и понятие о «металле» относится к древнейшим химическим понятиям. Однако воззрения на их натуру в более или менее определенной форме появляются только в средние века у алхимиков. Правда, идеи Аристотеля о природе: образования всего существующего из четырёх элементов (огня, земли, воды и воздуха) уже тем самым указывали на сложность металлов; но эти идеи были слишком туманны и абстрактны. У алхимиков понятие о сложности металлов и, как результат этого, вера в возможность превращать одни металлы в другие, создавать их искусственно, является основным понятием их миросозерцания.

Лишь Лавуазье выяснил роль воздуха при горении и показал, что прибыль в весе металлов при обжигании происходит от присоединения к металлам кислорода из воздуха, и таким образом установил, что акт горения металлов есть не распадение на элементы, а, напротив, акт соединения, вопрос о сложности металлов был решен отрицательно. Металлы были отнесены к простым химическим элементам, в силу основной идеи Лавуазье, что простые тела суть те, из которых не удалось выделить других тел. С созданием периодической системы химических элементов Менделеевым элементы металлов заняли в ней своё законное место.

Виды редких металлов

Редкие сплавы, металлы можно разделить на несколько групп зависимо от химических, физических характеристик.

Легкие

К ним относятся химические элементы 1 и 2 группы периодической таблицы Менделеева. Их главное сходство — малый удельный вес. Представители — цезий, литий, рубидий, бериллий. Вторая похожая особенность — высокая химическая активность. Для получения проводится металлотермия, электролиз.

Тугоплавкие

Переходные элементы, которые находятся в 4, 5 и 6 группе периодической таблицы Менделеева. Внутренние электронные уровни у этих металлов достраиваются при переходе одного элемента к соседнему. Они образуют твердые, тугоплавкие, химически устойчивые соединения с различными металлоидами, которые обладают небольшим атомным радиусом.

Для получения применяется технология порошковой металлургии. Из расходного сырья получается металлический порошок, который прессуется в специальных формах и спекается для получения однородного материала.

Таблица Менделеева (Фото: Instagram / techade.ru)

Рассеянные

Особенность — малое количество минералов, в которых содержатся эти металлы или их полное отсутствие. Чаще подобные химические элементы встречаются в виде изоморфных примесей. Еще реже их можно встретить в небольшой концентрации в сторонних минералах.

Единственный прибыльный способ получения — переработка отходов производства основных металлов.

Редкоземельные

Второе название — лантаноиды. В этой группе находится 15 химических элементов. Они имеют похожее строение атомов, электронных уровней. В природе редкоземельные металлы часто попадаются рядом друг с другом. Первый этап переработки расходного сырья — выделение разных соединений, в основном смесей окислов.

Радиоактивные

В этой группе находятся естественные радиоактивные металлы. Основные из них — актиноиды, актиний, радий, полоний. К подгруппе актиноидов относятся уран, протактиний, торий.

2 Рутений

Рутений серебристого цвета, характеризуется уникальной особенностью – присутствием в составе фрагментов мышечной ткани живых существ. По мнению ученых, именно столь необычный состав повлиял на свойства металла и сделал его сверхпрочным.
Рутений не только прочен и тверд – он еще и химически устойчив, может вступать в комплексные соединения и играет роль катализатора химических реакций. Описанные выше свойства данного металла делают его незаменимым при изготовлении различных проводков и контактов, лабораторной посуды. Востребован металл и в ювелирном деле. Что касается производства самого рутения, то оно практически полностью сосредоточено в Южно-Африканской Республике.

История развития представлений о металлах

См. также: История производства и использования железа

Знакомство человека с металлами началось с золота, серебра и меди, то есть с металлов, встречающихся в свободном состоянии на земной поверхности; впоследствии к ним присоединились металлы, значительно распространенные в природе и легко выделяемые из их соединений: олово, свинец, железо и ртуть. Эти семь металлов были знакомы человечеству в глубокой древности. Среди древнеегипетских артефактов встречаются золотые и медные изделия, которые, по некоторым данным, относятся к эпохе, удаленной на 3000—4000 лет от н. э.

К семи известным металлам уже только в средние века прибавились цинк, висмут, сурьма и в начале XVIII столетия мышьяк. С середины XVIII века число открытых металлов быстро возрастает и к началу XX столетия доходит до 65, а к началу XXI века — до 96.

Ни одно из химических производств не способствовало столько развитию химических знаний, как процессы, связанные с получением и обработкой металлов; с историей их связаны важнейшие моменты истории химии. Свойства металлов так характерны, что уже в самую раннюю эпоху золото, серебро, медь, свинец, олово, железо и ртуть составляли одну естественную группу однородных веществ, и понятие о «металле» относится к древнейшим химическим понятиям. Однако воззрения на их натуру в более или менее определенной форме появляются только в средние века у алхимиков. Правда, идеи Аристотеля о природе: образования всего существующего из четырёх элементов (огня, земли, воды и воздуха) уже тем самым указывали на сложность металлов; но эти идеи были слишком туманны и абстрактны. У алхимиков понятие о сложности металлов и, как результат этого, вера в возможность превращать одни металлы в другие, создавать их искусственно, является основным понятием их миросозерцания.

Лишь Лавуазье выяснил роль воздуха при горении и показал, что прибыль в весе металлов при обжигании происходит от присоединения к металлам кислорода из воздуха, и таким образом установил, что акт горения металлов есть не распадение на элементы, а, напротив, акт соединения, вопрос о сложности металлов был решен отрицательно. Металлы были отнесены к простым химическим элементам, в силу основной идеи Лавуазье, что простые тела суть те, из которых не удалось выделить других тел. С созданием периодической системы химических элементов Менделеевым элементы металлов заняли в ней своё законное место.

Топ-10 самых тяжелых металлов в мире

Предлагаю ознакомиться с элементами согласно их рейтингу.

Тантал

Считается редким и не очень тяжелым металлом, он обладает плотностью 16,65 г/см³. Его используют хирурги – он практически не поддается разрушению и ржавчине, легок в обработке.

Уран

Плотность урана – 19,07 г/см³. Его основное отличие от собратьев – природная радиоактивность. В процессе трансформации, которые претерпевают атомы урана, вещество превращается в другой излучающий элемент. Цепочка превращений состоит из 14 этапов, один из них – преобразование в радий, последняя стадия – образование свинца. Правда, для полного перехода урана в свинец понадобится не один миллиард лет.

Вольфрам

Вольфрам (19,25 г/см³) в шутку называют идеальным кандидатом для подделки золотых слитков. Это самый тугоплавкий материал, температура плавления приближена к фотосфере Солнца – 3422 °C. Поэтому он лучше всего подходит для спиралей в лампах накаливания.

Золото

Плотность золота – 19,3 г/см³. Мягкое, тягучее, обладающее хорошей тепло- и электрической проводимостью, оно не боится химического воздействия. Золото находится не только на поверхности Земли. В 5 раз больше его содержится в ядре планеты.

Плутоний

Этот элемент – одна из ступеней радиоактивного преобразования урана. В недрах планеты он тоже есть, но в мизерных количествах. Плотность его составляет 19,7 г/см³. Из-за своей радиоактивности плутоний всегда теплый, при этом плохо проводит ток и тепло.

Нептуний

Это еще одно детище урана, полученное в ходе ядерных реакций. Плотность – 20,25 грамм на кубический сантиметр. Нептуний довольно мягкий и ковкий материал, который медленно вступает в реакцию с воздухом и водой.

Рений

Рений – еще один тугоплавкий, ковкий, стойкий к окислению элемент. Температура плавления – 2000 °C. В общей сложности мировые запасы элемента составляют примерно 17 000 тонн. Плотность рения – 21,03 г/см³. Его используют в медицине, ювелирном деле, вакуумной технике, электронных приборах и металлургии.

Платина

Платина – хоть и не самый тяжелый металл, но довольно близок к этому – 21,45 г/см³. Она используется не только ювелирами, но и хирургами, специалистами в области инвестиций, в химической и стекольной промышленности, автомобильном деле, биомедицине и электронике. Платина исключительно вынослива, а изделия из нее трудно поцарапать. Этот элемент встречается в 30 раз реже золота.

Осмий

Плотность 22,6 г/см³ – самый тяжелый в мире металл, он твердый, но довольно ломкий. Как его ни нагревай, свой блеск и серо-голубоватый оттенок он не потеряет ни при каких условиях. Его трудно обрабатывать, в основном залегает в местах падения метеоритов.

Иридий

Разница между иридием и осмием по плотности – в сотых частях грамма. Иридий тугоплавкий, относится к редким, драгоценным. Не взаимодействует с кислотами, воздухом и водой. Применяется для контроля сварочных швов, а в палеонтологии и геологии используется в качестве индикатора слоя, сформировавшегося после падения метеорита.

Какой сплав считается самым прочным в мире

Металлы вместе с легирующими добавками образуют самый прочный сплав. В первую очередь, это касается твердости.

Кроме того, они отличаются рядом показателей, среди которых тепло и электропроводность. Прочные сплавы востребованы в промышленности.

Особенно это касается самолетостроения, где наряду с прочностью требуется легкость. В таких сплавах нуждается автомобилестроение и судостроение.

О металлах в природе

Металлы разделяются на черные и цветные. Классическим представителем первого вида является железо. Цветные образуют более дорогостоящую группу.

Как производят металлы

Металлы в чистом виде в природе не встречаются. Содержатся они в рудах.

Их производство идет по следующим этапам:

• определение месторождений;
• добыча руды:
• извлечение металла.

Самые прочные из металлов

Прочность — это свойство металла противостоять внешним нагрузкам. Сопротивляемость элемента обеспечивается его внутренней структурой, способной создавать внутреннее напряжение, которое противостоит наружному давлению.

К самым прочным металлам относятся:

• титан;
• рений;
• бериллий;
• хром;
• тантал;
• иридий.

Самый прочный сплав

Самые твердые сплавы в мире — вольфрамовые. Основу составляют порошки, состоящие из нескольких карбидов металлов и кобальта. Смешивание ведется в определенной пропорции. Разработанная учеными технология позволяет получать сплавы высокой степени твердости.

Маркируются такие соединения буквенным обозначением: ВК3, где В —принадлежность к вольфрамовой группе. К — содержание кобальта в процентах.

Физические и химические свойства

Основные физические свойства вольфрамовых сплавов:

1. Характерной особенностью является красностойкость. Она составляет 800 градусов. Термин означает, что режущая кромка в состоянии выдерживать такую температуру. Это обеспечивается высокой теплопроводностью. Благодаря чему идет отвод тепла.
2. Высокая твердость, которая составляет 90 единицы по Роквеллу.
3. Температура плавления достигает 2780 градусов.

Химическая стойкость к внешней среде повышается с увеличением процентного содержания кобальта.

Химические свойства титана

Особенности изготовления и сферы применения

Технология получения твердых сплавов из вольфрама состоит из следующих этапов:

1. Сначала формируется грубый порошок вольфрама, который затем измельчается и просеивается.
2. Таким же образом получаются порошки карбида вольфрама и кобальта.
3. Идет их перемешивание с добавлением клея. В этом качестве выступает каучук, растворенный в бензине.
4. Смесь подсушивается и прессуется.
5. Технологический процесс заканчивается двумя спеканиями.

Твердый материал используется в изготовлении следующих изделий:

• резцов для токарных станков;
• клейм;
• валки для прокатки;
• шариков и обоймы для подшипников.
• напайки для инструмента горнодобывающего оборудования;

Любое производство нуждается в обработке изделий. Чтобы обеспечить этот процесс, необходим материал более высокой твердости. Эту функцию выполняют твердые сплавы.

Какой сплав считается самым прочным в мире Ссылка на основную публикацию