Макс Невелов Хром (Chromium)
Согласно недавнему исследованию, хром является вторым по прочности металлом на планете. Этот металл с атомным номером 24 имеет блестящий серо-стальной цвет. Хром используется для создания сплава нержавеющей стали. А из-за своей устойчивости к коррозии и твердости металлический хром имеет более высокую цену. Температура плавления хрома составляет 1907 градусов, а его химический символ — Cr. Вы можете быть незнакомы с Chromium, но вы, вероятно, знакомы с нержавеющей сталью. Основным компонентом нержавеющей стали является хром. По этой причине он находит применение во многих областях.
Хром
Хром — это металл из группы переходных элементов, относящийся к 6-й группе периодической таблицы, и имеющий атомный номер 24. Он получил свое название от греческого слова «chroma», что означает «цвет», так как хром в разных соединениях может обладать различными оттенками.
Хром имеет серебристо-белый цвет и высокую полированность, что делает его очень популярным в промышленности. Он также обладает высокой твердостью и стойкостью к коррозии, что делает его незаменимым материалом для производства различных изделий.
Благодаря своим свойствам, хром находит широкое применение в различных отраслях промышленности. Он используется для производства нержавеющей стали, литейных сплавов, а также для хромирования поверхности различных изделий, чтобы защитить их от коррозии и придать им привлекательный внешний вид.
Хром также широко используется в производстве автомобилей, где его применяют для создания деталей двигателя, облицовки и декоративных элементов. Он также добавляется в сплавы для улучшения их прочности и стойкости к нагрузкам.
В медицине хром используется для производства инструментов, имеющих контакт с кровью, так как он не вызывает аллергических реакций и обладает высокой стерильностью. Хромовые сплавы также используются в стоматологии для создания прочных и эстетически привлекательных протезов.
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 – 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.
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.
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.
Время прочтения:
5
мин.
Металлы сопровождают человечество почти всю его сознательную жизнь. Началось это, конечно же, с меди, так как это самый податливый к обработке материал и доступный в природе.
Эволюция помогла людям значительно развиться в техническом плане и со временем они начали изобретать сплавы, которые становились все прочнее и прочнее. В наше же время эксперименты продолжаются, и каждый год появляются новые прочные сплавы. Рассмотрим же наилучшие из них.
Легкий прочный металл серебристо-белого цвета
По одной версии, металл получил свое название от Титанов, могучих и бесстрашных детей богини Земли Геи. Но по другой версии, серебристое вещество названо в честь королевы фей Титании.
Титан открыли немецкий и английский химики Грегор и Клапрот независимо друг от друга с разницей в шесть лет. Произошло это в конце 18-го века. Вещество тут же заняло место в периодической системе Менделеева. Спустя три десятилетия был получен первый образец металлического титана. И довольно долго металл не использовали из-за его хрупкости. Ровно до 1925 года – именно тогда, после ряда опытов, иодидным методом был получен чистый титан. Открытие стало настоящим прорывом
Титан оказался технологичным, на него тут же обратили внимание конструкторы и инженеры. И сейчас металл из руды получают, в основном, магниетермический способом, который предложили в 1940 году.
Если затрагивать физические свойства титана, то можно отметить его высокую удельную прочность, прочности при высоких температурах, маленькую плотность и коррозийную стойкость. Механическая прочность титана в два раза выше прочности железа и в шесть – алюминия. При высоких температурах, где легкие сплавы уже не работают (на основе магния и алюминия), на помощь приходят титановые сплавы. К примеру, самолет на высоте в 20 километров развивает скорость в три раза выше, чем скорость звука. И температура его корпуса при этом около 300 градусов по Цельсию. Нагрузки такие выдерживает только титановый сплав.
По распространенности в природе металл занимает десятое место. Титан добывают в ЮАР, России, Китае, Украине, Японии и Индии. И это далеко не полный перечень стран.
Титан – прочный и легкий металл в мире
Перечень возможностей применения металла вызывает уважение. Это военная промышленность, остепротезы в медицине, ювелирные и спортивные изделия, платы мобильных телефонов и многое другое. Постоянно возносят титан конструкторы ракето, авиа, кораблестроения. Даже химическая промышленность не оставила металл без внимания. Титан отличен для литья, ведь очертания при отливке точны и имеют гладкую поверхность. Расположение атомов в титане аморфное. И это гарантирует высокую прочность при растяжении, ударную вязкость, превосходные магнитные свойства.
Элементы: Титан – самый прочный металл
Дата: 15.05.2019
Металл, который в итоге назвали «титан», открыли в конце 18 века независимо друг от друга Уильям Грегор (Англия) и Мартин Клапрот (Германия). Грегор новый элемент назвал «менакин», а Клапрот – «титан». Позже выяснилось, что в обоих случаях это был не чистый металл, а его диоксид – минерал рутил. В 1805 году французский учёный Луи Воклен обнаружил титан в минерале анатазе, доказав, что рутил и анатаз — полиморфные разновидности диоксида титана с одинаковой химической формулой ТіО2.
Анатаз (ТіО2), кристалл 2,7 х 2,1 х 2 см. Провинция Хордаланн (Норвегия).
Относительно чистый титан из-за сложности очистки был получен только в 1825 году шведским химиком Якобом Берцелиусом. Предложенное Клапротом название «титан» в честь титанов, персонажей древнегреческой мифологии, позже и утвердилось за этим элементом. И лишь в 1925 году голландские учёные ван Аркель и де Бур получили титан высокой степени чистоты – 99,9 %. Хотя на самом деле чистый титан был впервые получен в 1875 г. русским ученым Д.К. Кирилловым. Результаты его опытов были опубликованы в статье «Исследования над титаном». Но работа малоизвестного российского химика осталась незамеченной.
Титановый кристаллический пруток высокой чистоты (99,99 %), масса 283 г.
После получения титана высокой степени чистоты выяснилось, что его свойства напрямую зависят от степени очистки от примесей. Чистый титан обладает значительной твердостью: в 12 раз тверже алюминия и в 4 раза твёрже железа и меди. В чистом виде титан (Ti) – серебристо-серый лёгкий металл № 22 в Таблице Менделеева с атомной массой 47,86. Он отличается самым большим отношением прочности к массе из всех элементов таблицы. Это значит, что пластина из титана будет весить на 50% меньше, чем из стали, при одинаковой прочности.
По распространённости в земной коре титан находится на 10-м месте, где его среднее содержание (кларк) составляет 5,7 кг/т. Известно более 100 титановых минералов, важнейшими из которых являются: рутил(анатаз) TiO2, ильменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3 + Fe3O4, перовскит CaTiO3, титанит (сфен) CaTiSiO5.
Ильменит (титанистый железняк, FeTiO3) – весьма распространённый минерал лунных горных пород. Эти данные были получены после изучения образцов пород, доставленных на Землю по программе «Аполлон» (НАСА) в 1969-72 годах.
Ильменит (FeTiO3), кристалл 10 см, Ильменские горы, Ю. Урал.
Анализ данных, полученных с лунных орбитальных станций последних лет, позволяет утверждать, что концентрации титана в отдельных областях Луны соизмеримы с концентрациями этого элемента на земных месторождениях. Так как титан в виде сплавов является важнейшим конструкционным материалом в авиа- ,ракето – и кораблестроении, потребности промышленности в этом металле с каждым годом будут расти.
Россия обладает вторыми в мире, после Китая, запасами этого элемента. Минерально-сырьевую базу титана России составляют 20 месторождений, равномерно рассредоточенных по территории страны. Самое крупное из разведанных месторождений – Ярегское, находится в 25 км от города Ухта (Республика Коми). Запасы месторождения оцениваются в 2 миллиарда тонн руды со средним содержанием диоксида титана около 10 %.
Лютеций (Lutetium)
Одним из самых редких металлов на Земле является лютеций. Это означает, что это один из самых дорогих металлов. Температура плавления 1663 градуса по Цельсию.
Лютецийоченьдорогополучатьвполезныхколичествах, ипоэтомуон мало где находит свое применение. Это редкоземельный металл и, пожалуй, самый дорогой из всех редких элементов. Он содержится в небольших количествах со всеми редкоземельными металлами, и его очень трудно отделить от других редких элементов. Во многом это связано с тем, как он встречается в природе. Лантаниды встречаются в природе в составе ряда минералов. Наиболее важными являются ксенотим, монацит и бастнезит. Первые два представляют собой ортофосфатные минералы LnPO 4 (Ln обозначает смесь всех лантанидов, кроме прометия, который встречается очень редко), а третий представляет собой фтористый карбонат LnCO 3 F. Наиболее распространенными лантаноидами в этих минералах являются, по порядку, церий, лантан, неодим и празеодим. Монацит также содержитторий и иттрий, что затрудняет обращение, поскольку торий и продукты его разложения радиоактивны.
ОсновнымирайонамидобычиявляютсяКитай, США, Бразилия, ИндияиАвстралия. Общиемировыезапасыоцениваютсяпримернов200000тонн. Мировоепроизводстволютециясоставляетоколо10тоннвгодввидеоксидалютеция.
Гадолиний (Gadolinium)
Атомный номер гадолиния — 64. После удаления оксида металл имеет серебристый цвет и является земным металлом. Кроме того, это пластичный и ковкий редкоземельный металл. Гадолиний, в частности, имеет замечательную прочность на разрыв 430 x 106 Па. Этот металл имеет температуру плавления 1312 градусов по Цельсию и температуру кипения 3250 градусов по Цельсию.
Гадолиний — мягкий, блестящий, пластичный металл серебристого цвета, относящийся к группе лантанидов периодической таблицы. В сухом воздухе металл не тускнеет, но во влажном воздухе образуется оксидная пленка. Гадолиний медленно реагирует с водой и растворяется в кислотах. Гадолиний становится сверхпроводящим при температуре ниже 1083 К. Он сильно магнитится при комнатной температуре.
Гадолиний нашел применение в регулирующих стержнях ядерных реакторов и атомных электростанций, а его соединения используются для изготовления фосфора для цветных телевизионных трубок. Металлический гадолиний редко используется в качестве самого металла, но его сплавы используются для изготовления магнитов и электронных компонентов, таких как записывающие головки для видеомагнитофонов. Он также используется для производства компакт-дисков и компьютерной памяти.
Гадолиний — один из наиболее распространенных редкоземельных элементов. Он никогда не встречается в природе в свободном виде, но содержится во многих редких минералах. Основными районами добычи являются Китай, США, Бразилия, Шри-Ланка, Индия и Австралия, запасы которых, как ожидается, превысят один миллион тонн. Мировое производство чистого гадолиния составляет около 400 тонн в год.
Как определяется самый крепкий металл: вопрос через призму физики
Один из основополагающих вопросов – по какому признаку судить силу металлического вещества. Слово «крепкий» лишь косвенно дает понять, на сколько вещество соответствует представлениям человека в отношении прочности.
Прочность в физике – это способность внутренней структуры элемента противостоять внешнему давлению за счет созданного напряжения. Чем оно выше, тем больше элемент способен противостоять природным/искусственным факторам влияния. Детальнее о параметрах для вычисления «крепости» металла расскажет таблица ниже.
| Шкала Мооса | Специальная десятибалльная шкала по твердости, в основе которой лежат минералы. Используется для приблизительной оценки твердости путем нанесения царапин. В зависимости от глубины повреждения, делается вывод о количестве присваиваемых баллов элементу. Эталоном абсолютной твердости в таблице считается алмаз с показателем в 1 600 баллов. | ★★★★ |
| метод Шора | Часто способ называют также методом «отскока». Хорошо себя показывает при исследовании металлических элементов. Суть – измерять высоту отскока бойка от испытуемого образца. Боек перемещается по трубке склерометра, а на его конце размещен мелкий алмаз. Метод не дает сверхточных значений из-за влияния вторичных параметров (толщина материала, шероховатость и так далее), но в промышленности вариант определения твердости металла более чем приемлем. | ★★★ |
| Метод Виккерса | Официально признанный метод определения твердости металлических элементов + их сплавов. Имеется регламентация по ГОСТ 2999-75 и даже ISO 6507. Принцип измерения – вдавить в металл пирамидальной формы шип с алмазным напылением. Углы пирамиды между напротив лежащими гранями на уровне 136 градусов. Ключевыми измерительными показателями является прилагаемое давление и тайминг по выдержке от 12 до 16 секунд. | ★★★★ |
| Метод Роквелла | Один из простейших методов просчета твердости металлов и прочих элементов таблицы Менделеева, поддающихся физической обработке. Суть схожа с методов Виккерса – в пластину определённой толщины вдавливается наконечник с алмазной головкой при одинаковом уровне нагрузки. Цифровые приборы Роквелла имеются у 80% технологов, заведующих металлургийными цехами, и отделами, связанными с обработкой черных/цветных металлов. | ★★★★★ |
| Метод Бринелля | Метод относится к основным в области физики по отношению к выявлению уровня твердости материалов, в том числе чистых металлов и сплавов. По сути – это еще одна разновидность шкалы вдавливания. Образец подносят к индентору (шарики из сплавов твёрдых металлов), вдавливают на протяжении 3-7 секунд, и удерживают на пиковом значении давления до 15 секунд. После того, как материал убрали, производятся замеры диаметра вогнутой области на месте отпечатка. Расчёты производятся оп одному из 2 способов – восстанавливаемый или невосстанавливаемый отпечаток. | ★★★★★ |
| Модуль Юнга | Это уже не метод, а физическая величина, являющаяся модулем упругости по продольной. То есть, на сколько сильно металлический элемент способен противостоять растяжению/сжатию в процессе деформации упругого типа. Величина измеряется в ньютонах/метр квадратный, либо через Паскали. | ★★★★ |
| Предел текучести | Параметр относят к механической характеристике по металлическим веществам. Показываемое значение – это напряжение, при котором последующий процесс деформирования протекает без действия внешней нагрузки. Хорошо себя показывает с мягкими металлами. Измеряется в Паскалях. | ★★★ |
| Предел прочности | Еще одна величина, основанная на механическом напряжении. Показывается пиковая допустимая нагрузка на вещество, после преодоления которой происходит разрушение кристаллической решетки материала. Выделяют 2 классификации предела прочности – статистический/динамический и на сжатие/растяжение. | ★★★ |
Основным источником металлов является руда, встречающаяся в природе. Процесс имеет массу технологических особенностей, но, если говорить вкратце, путь твердого химического элемента проходит 3 больших этапа – поиск месторождения, добыча руды, и в конце извлечение металлических частиц с дальнейшей обработкой (плавка, прессовка, химические реакции и так далее).
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.
Места природного залегания
Залежи самого плотного металла Iridium в мире природы ничтожно малы, их намного меньше, чем запасов платины. Предположительно самое тяжелое вещество сместилось к ядру планеты, поэтому объемы промышленной добычи элемента невелики (около трех тонн в год). Изделия из сплавов с иридием могут прослужить до 200 лет, драгоценности станут более долговечными.
Самородков самого тяжелого металла с неприятным запахом Osmium в природе не найти. В составе минералов можно обнаружить следы осмистого иридия вместе с платиной и палладием, рутением. Залежи осмистого иридия разведаны на территории Сибири (Россия), некоторых штатов Америки (Аляска и Калифорния), в Австралии и Южной Африке.
Если обнаружены залежи платины, удастся выделить осмий с иридием для укрепления и усиления физических либо химических соединений различных изделий.
Ванадий (Vanadium)
Это серебристо-белый металл один из самых твердых металлов на земле. Он редко встречается в природе в виде свободного элемента, но его можно найти в комбинированном состоянии почти в 65 различных минералах, таких как магнетит, ванадинит, карнотит и патронит, а также в месторождениях угля, нефти и фосфоритов. По твердости ванадий уступает только железу. Кроме того, он не подвержен коррозии. Ванадий имеет температуру плавления 1910 градусов.
Этот малоизвестный металл обладает такими свойствами, как хорошая структурная прочность, ковкость, пластичность, естественная стойкость к коррозии и устойчивость к щелочам, кислотам и соленой воде, что делает его чрезвычайно ценным в обрабатывающей промышленности. Он также демонстрирует очень красочные и разнообразные степени окисления. Его также называют пластиком 21 века, так как он создает сверхвысокопрочные и сверхлегкие сплавы.
Наиболее важным применением этого материала является создание специальных стальных сплавов. Легируется сталью и железом для быстрорежущей инструментальной стали, высокопрочной низколегированной стали, пружинной стали, износостойкого чугуна. Добавление ванадия в стали удаляет окклюдированные кислород и азот, тем самым повышая прочность материалов. Примерно 80 процентов материалов, производимых во всем мире, легировано железом для создания ударопрочной и коррозионно-стойкой добавки к стали под названием феррованадий. Феррованадий состоит из от 1 до 6 процентов ванадия. Обогащенные этой добавкой сплавы ванадия и стали используются для изготовления прочных инструментов и компонентов, таких как циркулярные пилы, сверла, автомобильные шестерни, оси, броневые пластины, пружины, режущие инструменты, поршневые штоки и коленчатые валы. Это связано с тем, что ванадиевая сталь сохраняет свою твердость при высоких температурах,
Ванадий способствует мелкозернистости, увеличивает прокаливаемость и улучшает износостойкость за счет осаждения карбидов и нитридов. Эти эффекты используются в различных сталях, в том числе в конструкционных легированных, науглероживающих, рельсовых, жаропрочных инструментальных и штамповых сталях, а также в так называемых супер-12% нержавеющих сталях. Однако на сегодняшний день наибольшее количество тоннажа ванадия применяется в качестве мощного упрочнителя микролегирования в высокопрочных низколегированных (HSLA) сталях. Использование ванадия продолжает расти в связи с быстро расширяющимся применением сталей HSLA как в плоском прокате, так и в новых классах марок для ковки и холодной высадки. Ванадий занимает шестую строчку в рейтинге самых твердых металлов.
Общая информация
На протяжении веков люди занимались изучением полезных свойств самых распространенных металлов на планете. Больше всего сведений наука хранит о золоте серебре и меди. Со временем человечество познакомилось с железом, более легкими металлами – оловом и свинцом. В мире Средневековья люди активно пользовались мышьяком, а болезни лечили ртутью.
Благодаря стремительному прогрессу, сегодня самыми тяжелыми и плотными металлами считается не один элемент таблицы, а сразу два. Под номером 76 расположен осмий (Os), а под номером 77 – иридий (Ir), вещества имеют следующие показатели плотности:
- осмий тяжелый, благодаря плотности 22,62 г/ см³;
- иридий не намного легче – 22,53 г/ см³.
Для наглядности можно сравнить вес обыкновенной пробки с весом пробки из самого тяжелого металла в мире. Чтобы уравновесить чаши весов с пробкой из осмия либо иридия, потребуется более сотни обычных пробок.
Сплавы против металлов
Сплавы представляют собой комбинации металлов, и основной причиной их создания является получение более прочного материала. Наиболее важным сплавом является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода.
Чем выше прочность сплава — тем лучше. И обычная сталь тут не является «чемпионом». Особенно перспективными представляются металлургам сплавы на основе ванадиевой стали: несколько компаний выпускают варианты с пределом прочности до 5205 МПа.
А самым прочным и твердым из биосовместимых материалов на данный момент является сплав титана с золотом β-Ti3Au.
Когда речь идет о твердом и прочном металле, то в своем воображении человек сразу же рисует воина с мечом и в доспехах. Ну или с саблей, и обязательно из дамасской стали. Но сталь, хоть и прочный, но не чистый металл, ее получают путем сплава железа с углеродом и некоторыми другими металлами-добавками. И при необходимости сталь подвергают обработке, чтобы изменить ее свойства.
Твердые металлы с наибольшей плотностью
Иридий открыли в 1803 году. Обнаружил металл химик из Англии Смитсон Теннат, во время исследования природной платины из Южной Америки. Кстати, с древнегреческого «иридий» переводится как «радуга».
Самый твердый металл добыть довольно сложно, поскольку в природе его почти нет. И часто металл находят в метеоритах, которые упали на землю. По словам ученых, на нашей планете содержание иридия должно быть намного больше. Но из-за свойств металла – сидерофильности – он находится на самой глубине земных недр.
Иридий довольно сложно обработать и термическим, и химическим способом. Металл не вступает в реакцию с кислотами, даже сочетаниями кислот при температуре меньше 100 градусов. При этом, вещество подвержено процессам окисления в царской водке (это смесь соляной и азотной кислот).
Интерес, как к источнику электрической энергии, представляет изотоп иридия 193 m 2. Поскольку период полураспада металла составляет 241 год. Нашел широкое применение иридий в палеонтологии и промышленности. Его используют при изготовлении перьев для ручек и определение возраста разных слоев земли.
А вот осмий открыли на год позже, чем иридий. Этот твердый металл нашли в химическом составе осадка платины, которая была растворена в царской водке. И название «осмий» получилось из древнегреческого слова «запах». Металл не подвержен механическому воздействию. При этом, один литр осмия в разы тяжелее, чем десять литров воды. Впрочем, это свойство пока осталось без применения.
Осмий добывают на американских и российских рудниках. Богато его месторождение и в ЮАР. Довольно часто металл находят в железных метеоритах. Для специалистов представляет интерес осмий-187, который экспортируется только из Казахстана. С его помощью определяют возраст метеоритов. Стоит отметить, что всего один грамм изотопа стоит 10 тысяч долларов.
Ну а используют осмий в промышленности. И не в чистом виде, а в виде твердого сплава с вольфрамом. Производят из вещества лампы накаливания. Осмий является катализатором при изготовлении нашатырного спирта. Редко из металла изготавливают режущие части для нужд хирургии.
