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.
Удивительный металл
Природа подарила человечеству удивительный металл - пластичный, вязкий, ковкий и тягучий в чистом виде, но становящийся твёрдым и хрупким благодаря примесям углерода, азота, водорода и т.д. Это – хром, самый твёрдый металл, имеющий голубовато-белый цвет. Хром (Cr) – тяжёлый, тугоплавкий, жаропрочный и устойчивый к коррозии металл. Твёрдость хрома по Бринеллю - 70-90 кгс/см2, температура плавления - 1907°С, плотность - 7200 кг/м3, температура кипения - 2671°С.
Обычно самый твёрдый металл встречается в природе в виде хромистого железняка. Хром достаточно распространённый элемент, в земной коре его содержится примерно 0,02%, - это высокий показатель. Крупнейшие месторождения хрома находятся в ультраосновных горных породах. Ультраосновные породы считаются наиболее близкими по своему составу к мантии Земли. Каменные метеориты также богаты хромом. В воде же содержание этого металла очень мало – всего 0,00005 мг/л.
Биогенное вещество
Хром – это биогенное вещество и входит в состав тканей живых организмов. Поступление хрома происходит с пищей, нехватка этого микроэлемента приводит к увеличению холестерина в крови, снижению темпа роста, снижению чувствительности тканей к инсулину. В организмах животных содержание хрома ничтожно мало - от десятитысячных до десятимиллионных долей процента. В тканях растений этого металла содержится примерно 0,0005%, 92-95% из которых приходится на корни. Высшие растения не переносят высокое содержание хрома, тогда как у планктона коэффициент его накопления составляет 10 000-26 000.
Самый твёрдый металл и соединения хрома используют в промышленности: в основном, для выплавки хромистых сталей, нихрома и т.д. Широкое применение хром получил как декоративное коррозионностойкое покрытие.
Вред хрома
Некоторые соединения хрома токсичны, например, гальванические покрытия, легирующие добавки, сплавы, огнеупоры. При длительных контактах с вирулентным (ядовитым) соединением хрома могут проявляться начальные признаки отравления – сухость, боль в носу, першение в горле, затруднённость дыхания. Обычно лёгкая степень отравления исчезает, если человек прекращает контактировать с хромом, в противном случае интоксикация переходит в хроническую стадию.
Этот процесс характеризуется следующими признаками - слабость, головная боль, диспепсия, потеря в весе, нарушение функций желудка, печени и поджелудочной железы, возможны бронхиальная астма, бронхит, диффузный пневмосклероз. При попадании токсичных соединений хрома на кожу могут появиться дерматит, экзема.
Не прекращаются дебаты о том, какой из металлов должен быть удостоен звания самого прочного и ценного в мире. Причиной споров стало различие в их характеристиках и особенностях.
Cеребристо-белый, крайне тугоплавкий металл, относящийся к платиновой группе, возглавляет наш рейтинг прочности. Открыли его только в 1803 году. В природе встречается крайне редко, основной источник добычи иридия – упавшие на планету малые небесные тела. Объемы мировой добычи иридия не превышают 3 тонны.
По словам ученых, его залежи имеются и на нашей планете, расположены они в самых глубинах земных недр, что делает их добычу на сегодняшний день крайне затруднительной.
Иридий добавляют к тугоплавким металлам: титан, вольфрам, хром, чтобы повысить их сопротивляемость кислотам, используют при производстве ювелирных и канцелярских изделий. Активно используются возможности иридия и в промышленности, производятся свечи для двигателей внутреннего сгорания, детали для космических аппаратов.
Из-за редкости цена благородного металла крайне высока, на октябрь 2016 года она составляет более 20$ за грамм.
Один из прочнейших металлов с высокой атомной плотностью имеет свинцовый оттенок, обеспеченный оксидной пленкой на поверхности. В чистом виде добыт только в начале 20 века.
Для получения 1 тонны тантала приходится перерабатывать около 3000 тонн руды. Основные залежи расположены во Франции, Австралии, Китае и Египте. При всей твердости обладает высокими показателями пластичности, сравнимыми с золотом.
Плавиться начинает на сверхвысоких температурах (около 3000 ⁰С), устойчив к химическим реагентам и практически ко всем кислотам, кроме смеси азотной и плавиковой кислоты.
Если после открытия, использовался тантал исключительно для производства проволоки для ламп накаливания, то сейчас его устойчивость к механическим, термическим воздействиям оценена по достоинству.
Он нашел широкое применение в различных отраслях промышленности, машиностроении и космической отрасли. Из него изготавливают сверхпроводники, используют при производстве костных протезов, военной брони.
Сложность добычи тантала обеспечивает его высокую цену, составляющую на октябрь 2016 года около 300$ за килограмм.
Один из самых твердых металлов, принадлежит к платиновой группе, поэтому считается благородным, отличается высокой температурой плавления (2334 ⁰С), редкостью, устойчивостью к внешним воздействиям.
Кристаллы рутения довольно хрупки и без проблем толкутся в ступке. Добывается в основной массе в ЮАР, имеет приятный голубо-серый оттенок. Из породы рутений выделяется путем сложной химической обработки, но в чистом виде практически не используется из-за хрупкости.
В основном добавляют в соединения с различными металлами для улучшения таких характеристик, как твердость (к платине и палладию в ювелирных украшениях), сопротивляемость агрессивной среде (к титану), повышения эффективности электрических контактов, термопар, используется также для производства лабораторной посуды.
Относится не только к самым твердым, но и самым дорогим металлам, цена превышает 20$ за грамм.
Твердый металл серебристо-белого цвета, не встречающийся в чистом виде, а добываемый из хромистого железняка. Плавится при температуре 1907 ⁰С, проявляет стойкость при воздействии щелочей и кислот, не подлежит коррозии.
Благодаря свойствам нашел широкое применение в легкой промышленности, используется для производства металлорежущих инструментов, оружия. Стоимость металла нестабильна и колеблется в весьма широком диапазоне.
Твердый, прочный, легкий и очень токсичный металл светло серого оттенка. Отравившись бериллиевыми парами, можно умереть. Нашел применение в ядерной промышленности при производстве отражателей нейтронов, добавляется в сплавы для придания им дополнительной прочности, устойчивости к коррозии.
Также используется в атомной промышленности, металлургии, аэродинамике. Цена бериллия в 2016 году составила 5500-6000$ за килограмм
Прочный и плотный металл серебристо-голубого цвета, по весу в 3 раза тяжелее свинца. В чистом виде встречается редко, как правило, добывается из других представителей платиновой группы, в тандеме с иридием или в составе упавших на Землю космических тел.
Имеет яркий неприятный аромат. Встречается в ряде регионов России, Северной и Южной Америке. От прочих примесей отделяется путем сложных химических реакций, длительность которых составляет до 9 месяцев. Нашел широкое применение в различных отраслях.
В связке с вольфрамом используют для производства нитей накаливания, а с платиной – для кардиостимуляторов и хирургических инструментов. Из-за сложности добычи и ограниченного количества имеет высокую цену, 100 г осмия стоит около 7700$.
Является побочным сырьем при производстве меди и молибдена. Используется в современном самолетостроении, производстве высокоточной электроники, при синтезе высокооктанового бензина.
Расширению сфер применения рения мешает сложность добычи и рассеянность по поверхности земной коры. Этот же фактор обеспечивает металлу высокую стоимость (до 4000$ за кг).
Светло-серый металл, напоминающий платину, отличается высокой плотностью и тугоплавкостью. В природе достаточно распространен, встречается в виде соединений горных пород, носящих название вольфрамит.
Несмотря на твердость вольфрама, он прекрасно поддается ковке при температурах выше 1600 ⁰С, что позволяет использовать его в тяжелой промышленности в качестве основы для тугоплавких металлов.
Вольфрамовые элементы используются при создании телевизоров и осветительных приборов. На октябрь 2016 года цена за килограмм вольфрама составлет 150$.
Один из наиболее прочных металлов в мире, являющийся слабым радиоактивным элементом. Распространен повсеместно, встречается как в чистом виде, так и в составе осадочных пород.
Процесс производства чистого урана достаточно трудоемок, разделен на несколько этапов, в результате которых из тонны урановой руды получают лишь несколько грамм металла. Используется для производства ядерного топлива, сердечников для бронебойных снарядов, а также для окрашивания стекол.
Стоимость урана на 2016 год составляет около 60$ за кг.
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.
Использование металлов в повседневной жизни началось на заре развития человечества, и первым металлом являлась медь, поскольку является доступной в природе и легко поддается обработке. Недаром археологи при раскопках находят различные изделия и домашнюю утварь из этого металла. В процессе эволюции люди постепенно учились соединять различные металлы, получая все более прочные сплавы, пригодные для изготовления орудий труда, а позже и оружия. В наше время продолжаются эксперименты, благодаря которым можно выявить самые прочные металлы в мире.
Открывает наш рейтинг титан – высокопрочный твердый металл, который сразу же привлек к себе внимание. Свойствами титана являются: высокая удельная прочность; стойкость к высоким температурам; низкая плотность; коррозийная стойкость; механическая и химическая стойкость
9 Уран
Самый известный элемент, который считается одним из самых прочных металлов в мире, и в нормальных условиях представляет собой слабый радиоактивный металл. В природе находится как в свободном состоянии, так и в кислых осадочных породах. Он достаточно тяжел, широко распространен повсеместно и обладает парамагнитными свойствами, гибкостью, ковкостью, и относительной пластичностью. Уран применяется во многих сферах производства.
8 Вольфрам
Известен как самый тугоплавкий металл из всех существующих, и относится к самым прочным металлам в мире. Представляет собой твердый переходный элемент блестящего серебристо-серого цвета. Обладает высокой прочностью, отличной тугоплавкостью, стойкостью к химическим воздействиям. Благодаря своим свойствам поддается ковке, и вытягивается в тонкую нить. Известен в качестве вольфрамовой нити накаливания.
Среди представителей данной группы считается переходным металлом высокой плотности серебристо-белого цвета. В природе встречается в чистом виде, однако встречается в молибденовом и медном сырье. Отличается высокой твердостью и плотностью, и имеет отличную тугоплавкость. Обладает повышенной прочностью, которая не теряется при многократных перепадах температур. Рений относится к дорогим металлам и имеет высокую стоимость. Используется в современной технике и электронике.
Блестящий серебристо-белый металл со слегка голубоватым отливом, относится к платиновой группе и считается одним из самых прочных металлов в мире. Аналогично иридию имеет высокую атомную плотность высокую прочность и твердость. Поскольку осмий относится к платиновым металлам, имеет схожие с иридием свойства: тугоплавкость, твердость, хрупкость, стойкость к механическим воздействиям, а также к влиянию агрессивных сред. Нашел широкое применение в хирургии, электронной микроскопии, химической промышленности, ракетной технике, электронной аппаратуре.
5 Бериллий
Относится к группе металлов, и представляет собой элемент светло-серого цвета, обладающий относительной твердостью и высокой токсичностью. Благодаря своим уникальным свойствам бериллий применяется в самых различных сферах производства: ядерной энергетике; аэрокосмической технике; металлургии; лазерной технике; атомной энергетике. Из-за высокой твердости бериллий используется при производстве легирующих сплавов, огнеупорных материалов.
4 Хром
Следующим в десятке самых прочных металлов в мире является хром – твердый, высокопрочный металл голубовато-белого цвета, стойкий к воздействию щелочей и кислот. В природе встречается в чистом виде и широко применяется в различных отраслях науки, техники и производства. Хром Используется для создания различных сплавов, которые используются при изготовлении медицинского, а также химического технологического оборудования. В соединении с железом образует сплав феррохром, который используется при изготовлении металлорежущих инструментов.
Бронзу в рейтинге заслуживает тантал, поскольку является одним из самых прочных металлов в мире. Он представляет собой серебристый металл с высокой твердостью и атомной плотностью. Благодаря образованию на его поверхности оксидной пленки, имеет свинцовый оттенок. Отличительными свойствами тантала являются высокая прочность, тугоплавкость, стойкость к коррозии, воздействию агрессивных сред. Металл является достаточно пластичным металлом и легко поддается механической обработке. Сегодня тантал успешно используется: в химической промышленности; при сооружении ядерных реакторов; в металлургическом производстве; при создании жаропрочных сплавов.
2 Рутений
Вторую строчку рейтинга самых прочных металлов в мире занимает рутений – серебристый металл, принадлежащий к платиновой группе. Его особенностью является наличие в составе мышечной ткани живых организмов. Ценными свойствами рутения являются высокая прочность, твердость, тугоплавкость, химическая стойкость, способность образовывать комплексные соединения. Рутений считается катализатором многих химических реакций, выступает в роли материала для изготовления электродов, контактов, острых наконечников.
1 Иридий
Рейтинг самых прочных металлов в мире возглавляет именно иридий – серебристо-белый, твердый и тугоплавкий металл, который относится к платиновой группе. В природе высокопрочный элемент встречается крайне редко, и часто входит в соединение с осмием. Из-за своей природной твердости он плохо поддается механической обработке и обладает высокой стойкостью к воздействию химический веществ. Иридий с большим трудом реагирует на воздействие галогенов и перекиси натрия. Этот металл играет важную роль в повседневной жизни. Его добавляют к титану, хрому и вольфраму для улучшения стойкости к кислым средам, применяют при изготовлении канцелярских принадлежностей, используют в ювелирном деле для создания ювелирных изделий. Стоимость иридия остается высокой из-за ограниченного присутствия в природе.
