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.
Задаваясь вопросом о самом прочном металле в мире, вы наверняка представляете себе воина с огромным мечем, который рубит все на своем пути. Но для изготовления оружия чаще всего применяют сталь. Во-первых это не металл, а сплав железа с углеродом, а во-вторых он далеко не самый прочный на земле. Самый крепкий металл на земле — это титан.
Точное происхождение названия этого вещества не известно. Некоторые считают, что он был назван в честь Титании — феи из германской мифологии. Главным аргументом сторонников такой точки зрения является плотность титана — металл не только очень прочный, но и очень легкий. Другая точка зрения основывается на созвучии названия металла и имени могучих богов — Титанов. Независимо друг от друга англичан Грегор и немец Клаптор открыли титан в конце XVII века. Сразу после открытия металла, он был добавлен в таблицу Менделеева. Там его можно найти под номером 22.
Титан — самый прочный металл в мире
Первое время у людей возникали проблемы с использованием титана, так как он был очень (парадокс) хрупким. Это было связано с тем, что чистый титан, тот самый крепкий металл, смогли выделить только в 1925 году. До этого он попадался только в естественных сплавах, что и придавало ему хрупкости. Теперь его используют для создания брони, медицинских протезов и в ювелирном деле.
Совсем недавно ученые из Калифорнии рассказали, что им удалось создать самый прочный сплав в мире. Более того, этот сплав может оказаться самым прочным веществом на земле. Состоит он из палладия и небольшого количества серебра и других металлов (точный состав ученые пока не раскрывают). Главной особенностью нового сплава является отсутствие кристаллической решетки в классическом ее виде. В нем молекулы не кристаллизованы, а зажаты в стеклоподобной жидкости.
Один из создателей сплава Мариос Демитру утверждает, что уже через год такой металлический сплав можно будет использовать в медицинский имплантатах и в качестве деталей автомобиля. Но ученым еще предстоит решить главную проблему нового сплава — большую стоимость. По заявлениям Мариоса Демитру, его команда уже начала исследования, которые позволят снизить стоимость сплава более чем на 80%.
Все, что нужно знать о титане, а также о хроме и вольфраме
Многих интересует вопрос: какой самый твердый металл в мире? Это титан. Этому твердому веществу и будет посвящена большая часть статьи. Также немного ознакомимся и с такими твердыми металлами как хром и вольфрам.
9 интересных фактов о титане
1. Существует несколько версий, почему металл получил такое название. Согласно одной теории, его назвали в честь Титанов, бесстрашных сверхъестественных существ. По другой версии, название пошло от Титании, королевы фей.
2. Титан был открыт в конце XVIII века немецким и английским химиком.
3. Титан долго не использовали в промышленности из-за его природной хрупкости.
4. В начале 1925 года, после серии опытов, химики получили титан в чистом виде.
5. Стружка от титана легко воспламеняется.
6. Это один из самых легких металлов.
7. Титан может расплавиться только при температуре выше 3200 градусов.
8. Закипает при температуре 3300 градусов.
9. Титан имеет серебряный цвет.
История открытия титана
Металл, который впоследствии назвали титан, открыли двое ученых – англичанин Уильям Грегор и немец Мартин Грегор Клапрот. Ученые работали параллельно, и между собой не пересекались. Разница между открытиями составляет 6 лет.
Уильям Грегор дал своему открытию название — менакин.
Более чем через 30 лет был получен первый сплав титана, который оказался чрезвычайно хрупким, и не мог нигде использоваться. Считается, что лишь в 1925 году был выделен титан в чистом виде, который стал одним из самых востребованных в промышленности металлов.
Доказано, что российский ученый Кириллов в 1875 году сумел добыть чистый титан. Он опубликовал брошюру, в которой подробно описал свою работу. Однако исследования малоизвестного россиянина остались незамеченными.
Общая информация о титане
Титановые сплавы – спасение для механиков и инженеров. Например, корпус самолета изготовлен из титана. Во время полета он достигает скорости в несколько раз больше, чем скорость звука. Титановый корпус нагревается до температуры выше 300 градусов, и не плавится.
Металл замыкает десятку лидеров «Самых распространенных металлов в природе». Большие залежи обнаружены в ЮАР, Китае и , немало титана в Японии, Индии, на Украине.
Общее количество мирового запаса титанов насчитывает более 700 миллионов тонн. Если темпы добычи останутся прежними, титана хватит еще на 150-160 лет.
Крупнейший производитель самого твердого металла в мире – российское предприятие «ВСМПО-Ависма», которое удовлетворяет треть мировых потребностей.
Свойства титана
1. Коррозийная стойкость.
2. Высокая механическая прочность.
3. Небольшая плотность.
Атомный вес титана составляет 47, 88 а.е.м, порядковый номер в химической таблице Менделеева – 22. Внешне он очень похож на сталь.
Механическая плотность металла в 6 раз больше, чем у алюминия, в 2 раза выше, чем у железа. Он может соединиться с кислородом, водородом, азотом. В паре с углеродом металл образует невероятно твердые карбиды.
Теплопроводность титана в 4 раза меньше, чем у железа, и в 13 раз – чем у алюминия.
Процесс добычи титана
В земле титана большое количество, однако, извлечь его из недр стоит немалых денег. Для выработки используют иодидный метод, автором которого считается Ван Аркель де Бур.
В основе метода – способность металла сочетаться с иодом, после разложения этого соединения можно получить чистый, свободный от посторонних примесей титан.
Самые интересные вещи из титана:
- протезы в медицине;
- платы мобильных устройств;
- ракетные комплексы для освоения Космоса;
- трубопроводы, насосы;
- навесы, карнизы, наружная обшивка зданий;
- большинство деталей (шасси, обшивка).
Сферы применения титана
Титан активно используют в военной сфере, медицине, ювелирном деле. Ему дали неофициальное название «металл будущего». Многие говорят, что он помогает превратить мечту в реальность.
Самый твердый металл в мире изначально стали применять в военной и оборонной сфере. Сегодня основным потребителем титановых изделий является авиастроение.
Титан – универсальный конструкционный материал. Долгие годы он применялся для создания турбин самолетов. В авиационных двигателях из титана делают элементы вентилятора, компрессоры, диски.
Конструкция современного летательного аппарата может содержать до 20 тонн титанового сплава.
Основные сферы применения титана в авиастроении:
- продукция пространственной формы (окантовка дверей, люков, обшивка, настил пола);
- агрегаты и узлы, которые подвержены сильным нагрузкам (кронштейны крыльев, стойки шасси, гидроцилиндры);
- части двигателя (корпус, лопатки для компрессоров).
Благодаря титану человек смог пройти сквозь звуковой барьер, и ворваться в Космос. Его использовали для создания пилотируемых ракетных комплексов. Титан может выдержать космическую радиацию, перепады температур, скорость движения.
Этот металл имеет небольшую плотность, что важно в судостроительной сфере. Изделия из титана легкие, а значит, снижается вес , увеличивается его маневренность, скорость, дальность хода. Если корпус корабля обшить титаном, его не нужно будет красить много лет – титан не ржавеет в морской воде (коррозийная стойкость).
Чаще всего этот металл в судостроении используют для изготовления турбинных двигателей, паровых котлов, конденсаторных труб.
Нефтедобывающая отрасль и титан
Перспективной сферой использования сплавов из титана считается сверхглубокое бурение. Для изучения и добычи подземных богатств есть необходимость проникнуть глубоко под землю – свыше 15 тысяч метров. Буровые трубы из алюминия, например, разорвутся из-за собственной тяжести, и только сплавы из титана могут достигнуть действительно большой глубины.
Не так давно титан стал активно использоваться для создания скважин на морских шельфах. Специалисты применяют титановые сплавы в качестве оборудования:
- нефтедобывающие установки;
- сосуды высокого давления;
- глубоководные насосы, трубопроводы.
Титан в спорте, медицине
Титан крайне популярен в спортивной сфере из-за своей прочности и легкости. Несколько десятилетий назад из титановых сплавов сделали велосипед, первый спортивный инвентарь из самого твердого материала в мире. Современный велосипед состоит из титанового корпуса, такого же тормоза и пружин сидений.
В Японии создали титановые клюшки для игры в гольф. Эти приспособления легкие и долговечные, но крайне дорогие по цене.
Из титана делают большинство предметов, которые лежат в рюкзаке альпинистов и путешественников – столовая посуда, наборы для приготовления еды, стойки для укрепления палаток. Титановые ледорубы – очень востребованный спортивный инвентарь.
Этот металл очень востребован в медицинской отрасли. Из титана делают большинство хирургических инструментов – легких и удобных.
Еще одна сфера применения металла будущего – создание протезов. Титан превосходно «сочетается» с организмом человека. Медики назвали этот процесс «настоящее родство». Конструкции из титана безопасны для мышц и костей, редко вызывают аллергическую реакцию, не разрушаются под воздействием жидкости в организме. Протезы из титана стойкие, выдерживают огромные физические нагрузки.
Титан – удивительный металл. Он помогает человеку достичь невиданных высот в различных сферах жизни. Его любят и почитают за прочность, легкость и долгие годы службы.
Одним из самых твердых металлов является и хром
Интересные факты о хроме
1. Название металла происходит от греческого слова «chroma», что в переводе означает краска.
2. В естественной среде хром в чистом виде не встречается, а только в виде хромистого железняка, двойного оксида.
3. Самые большие месторождения металла расположены в ЮАР, России, Казахстане и Зимбабве.
4. Плотность металла – 7200кг/м3.
5. Хром плавится при температуре 1907 градусов.
6. Закипает при температуре 2671 градусов.
7. Совершенно чистый без примесей хром характеризуется тягучестью и вязкостью. В сочетании с кислородом, азотом или водородом металл становится ломким и очень твердым.
8. Этот металл серебристо-белого цвета открыл француз Луи Никола Воклен в конце XVIII века.
Свойства металла хрома
У хрома очень высокая твердость, им можно разрезать стекло. Он не окисляется воздухом, влагой. Если металл нагреть, окисление произойдет только на поверхности.
В год потребляют более 15 000 тон чистого хрома. Лидером по производству чистейшего хрома считается английская компания «Bell Metals».
Больше всего хрома потребляют в США, западных странах Европы и Японии. Рынок хрома нестабилен, и цены охватывают широкий диапазон.
Сферы использования хрома
Чаще всего применяется для создания сплавов и гальванических покрытий (хромирование на транспорт).
Хром добавляют в сталь, что улучшает физические свойства металла. Эти сплавы – наиболее востребованы в черной металлургии.
Сталь самой популярной марки состоит из хрома (18%) и никеля (8%). Такие сплавы отлично противостоят окислению, коррозии, прочны даже при высоких температурах.
Из стали, которая содержит треть хрома, изготавливают нагревательные печи.
Что еще делают из хрома?
1. Стволы огнестрельного оружия.
2. Корпус подводных лодок.
3. Кирпичи, которые используют в металлургии.
Еще одним чрезвычайно твердым металлом является вольфрам
Интересные факты о вольфраме
1. Название металла в переводе с немецкого («Wolf Rahm») означает «пена волка».
2. Это наиболее тугоплавкий металл в мире.
3. Вольфрам имеет светло-серый оттенок.
4. Металл был открыт в конце XVIII века (1781г) шведом Карлом Шееле.
5. Вольфрам плавится при температуре 3422 градусов, кипит – при 5900.
6. Металл имеет плотность 19.3 г/см³.
7. Атомная масса – 183.85, элемент VI группы в периодической системе Менделеева (порядковый номер – 74).
Процесс добычи вольфрама
Вольфрам относится к большой группе редких металлов. В нее входит также рубидий, молибден. Для этой группы характерна небольшая распространенность металлов в природе и малые масштабы потребления.
Получение вольфрама состоит из 3 этапов:
- отделение металла от руды, скапливание его в растворе;
- выделение соединения, его очистка;
- выделение чистого металла из готового химического соединения.
- Исходный материал для получения вольфрама – шеелит и вольфрамит.
Сферы применения вольфрама
Вольфрам является основой большинства прочных сплавов. Из него делают авиационные двигатели, детали электровакуумных приборов, нити накаливания.
Высокая плотность металла позволяет использовать вольфрам для создания баллистических ракет, пуль, противовесы, артиллерийские снаряды.
Соединения на основе вольфрама применяют для обработки других металлов, в горнодобывающей промышленности (бурение скважин), лакокрасочной, текстильной сфере (как катализатор органического синтеза).
Из сложных вольфрамовых соединений делают:
- проволоки – используются в нагревательных печах;
- ленты, фольгу, пластины, листы – для прокатки и плоской ковки.
Титан, хром и вольфрам возглавляют список «Самые твердые металлы в мире». Их используют во многих сферах деятельности человека – авиа и ракетостроении, военной области, строительстве, и при этом, это далеко не полный спектр применения металлов.
Многие из нас даже не представляют какой метал самый твердый.
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.
Титан – самый твёрдый и прочный металл в мире.
Механическая прочность титана в два раза выше прочности железа
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.
* Одними из самых твердых металлов, так же, являются осмий и иридий.
* Еще один из твердых из чистейших металлов на планете – хром.
Немного о титане:
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.
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.
