20 самых тяжелых металлов

Обновлено: 21.09.2024

Репетитор по Химии
Конспекты

На этой странице Вы можете найти конспект на тему "Тяжелые металлы." и оценить уровень подготовленного материала. Я надеюсь, что Вы, обращаясь ко мне за помощью, уже не будете покупать кота в мешке. Вы будете знать, что Вашего ребенка или Вас учит знающий свое дело специалист - репетитор по химии. Более подробную информацию обо мне Вы сможете прочитать здесь.

С уважением,
доктор биологических наук,
ведущий научный сотрудник НИИ акушерства и гинекологии им. Д.О.Отта
репетитор по химии и биологии
Соколов Дмитрий Игоревич

Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.

Термин тяжелые металлы, характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение. В различных научных и прикладных работах авторы по-разному трактуют значение этого понятия. В связи с этим количество элементов, относимых к группе тяжелых металлов, изменяется в широких пределах. В качестве критериев принадлежности используются многочисленные характеристики: атомная масса, плотность, токсичность, распространенность в природной среде, степень вовлеченности в природные и техногенные циклы. В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам (например, мышьяк).

В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорировании тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагнификации. Практически все металлы, попадающие под это определение (за исключением свинца, ртути, кадмия и висмута, биологическая роль которых на настоящий момент не ясна), активно участвуют в биологических процессах, входят в состав многих ферментов. По классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см 3 . Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg.

Формально определению тяжелые металлы соответствует большое количество элементов. Однако, по мнению исследователей, занятых практической деятельностью, связанной с организацией наблюдений за состоянием и загрязнением окружающей среды, соединения этих элементов далеко не равнозначны как загрязняющие вещества. Поэтому во многих работах происходит сужение рамок группы тяжелых металлов, в соответствии с критериями приоритетности, обусловленными направлением и спецификой работ. Так, в ставших уже классическими работах Ю.А. Израэля в перечне химических веществ, подлежащих определению в природных средах на фоновых станциях в биосферных заповедниках, в разделе тяжелые металлы поименованы Pb, Hg, Cd, As. С другой стороны, согласно решению Целевой группы по выбросам тяжелых металлов, работающей под эгидой Европейской Экономической Комиссии ООН и занимающейся сбором и анализом информации о выбросах загрязняющих веществ в европейских странах, только Zn, As, Se и Sb были отнесены к тяжелым металлам. По определению Н. Реймерса отдельно от тяжелых металлов стоят благородные и редкие металлы, соответственно, остаются только Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. В прикладных работах к числу тяжелых металлов чаще всего добавляют Pt, Ag, W, Fe, Au, Mn.

Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В зависимости от условий среды (pH, окислительно-восстановительный потенциал, наличие лигандов) они существуют в разных степенях окисления и входят в состав разнообразных неорганических и металлорганических соединений, которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить в состав минеральных и органических взвесей.

Истинно растворенные формы металлов, в свою очередь, весьма разнообразны, что связано с процессами гидролиза, гидролитической полимеризации (образованием полиядерных гидроксокомплексов) и комплексообразования с различными лигандами. Соответственно, как каталитические свойства металлов, так и доступность для водных микроорганизмов зависят от форм существования их в водной экосистеме.

Многие металлы образуют довольно прочные комплексы с органикой; эти комплексы являются одной из важнейших форм миграции элементов в природных водах. Большинство органических комплексов образуются по хелатному циклу и являются устойчивыми. Комплексы, образуемые почвенными кислотами с солями железа, алюминия, титана, урана, ванадия, меди, молибдена и других тяжелых металлов, относительно хорошо растворимы в условиях нейтральной, слабокислой и слабощелочной сред. Поэтому металлорганические комплексы способны мигрировать в природных водах на весьма значительные расстояния. Особенно важно это для маломинерализованных и в первую очередь поверхностных вод, в которых образование других комплексов невозможно.

Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю свободных и связанных форм металла.

Переход металлов в водной среде в металлокомплексную форму имеет три следствия:

1. может происходить увеличение суммарной концентрации ионов металла за счет перехода его в раствор из донных отложений;

2. мембранная проницаемость комплексных ионов может существенно отличаться от проницаемости гидратированных ионов;

3. токсичность металла в результате комплексообразования может сильно измениться.

Так, хелатные формы Cu, Cd, Hg менее токсичны, нежели свободные ионы. Для понимания факторов, которые регулируют концентрацию металла в природных водах, их химическую реакционную способность, биологическую доступность и токсичность, необходимо знать не только валовое содержание, но и долю связанных и свободных форм.

Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами служат сточные воды гальванических цехов, предприятий горнодобывающей, черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов. Тяжелые металлы входят в состав удобрений и пестицидов и могут попадать в водоемы вместе со стоком с сельскохозяйственных угодий.

Повышение концентрации тяжелых металлов в природных водах часто связано с другими видами загрязнения, например, с закислением. Выпадение кислотных осадков способствует снижению значения рН и переходу металлов из сорбированного на минеральных и органических веществах состояния в свободное.

Прежде всего представляют интерес те металлы, которые в наибольшей степени загрязняют атмосферу ввиду использования их в значительных объемах в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец , ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель , медь , олово, сурьму, ванадий, марганец , хром, молибден и мышьяк.

ТОП-20 самых тяжелых металлов в мире

Из 104 известных химических элементов 82 составляют металлы. Они задействованы в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, хозяйственной деятельности человека. К категории тяжелых относят металлы с плотностью от 5 г/см3. Еще одна определяющая характеристика — атомный вес (свыше 50 г/моль).

Осмий

Занимает лидирующую позицию в мире по плотности. Его открыли в 1803 году. Одновременно за осмий «сражались» два ученых. Но в итоге более детальное описание сделал химик Смитсон Теннант. Температура плавления/кипения осмия составляет 2466 0С/4428 0С.

Редкий металл почти не поддается механическому воздействию из-за высокого показателя плотности. Обработка осмия требует больших затрат. Вот его свойства:

тугоплавкость;
непластичность;
не поддается ковке;
хлористый запах.

Осмий причислен к группе платиновых металлов. При застывании он кристаллизуется и становится ярко-голубым. Металл выдерживает сильное трение, механические воздействия, поэтому часто добавляется при изготовлении деталей, подвижных узлов оборудования для промышленности. Цена редкого металла за грамм превышает 10 000 долларов.

Иридий

Этот металл на 0,09 г/см3 уступает осмию по плотности и занимает второе место в рейтинге. Они были открыты одновременно, имеют идентичные температуры плавления и кипения. Иридий тоже относится к редким металлам. Он не взаимодействует с водой, кислотами, воздухом. Иридий имеет белый цвет с серебристым отливом, зеркальной поверхностью. За год добывают не больше десяти тонн этого металла.

Иридий эксплуатируется в машиностроении, геологии, палеонтологии. Его выбирают для получения электричества, при изготовлении протезов (нервная электростимуляция). Иридий служит индикатором выявления слоев горных пород, для покрытия поверхностей по сложной технологии.

Платина

В рейтинге по «тяжести» она на третьей позиции. Платина — драгоценный, редкий элемент. Даже в самородной форме она включает железо, иридий и осмий, реже медные вкрапления. Платина — металл инертный, не вступающий в реакцию с агрессивными химикатами. Она имеет температуру плавления/кипения 1768 0С /3825 0С соответственно.

Платину используют в химической промышленности, ювелирном деле, автомобилестроении, при разработке и выпуске космолетов. Запасы этого драгоценного металла сосредоточены в пяти странах мира, включая Россию, Америку, Китай.

Рений

Это один из редчайших элементов на планете. О нем узнали в 1925 году благодаря немецким химикам Вальтеру и Иде Нодаккам. Серебристо-белый металл назвали в честь знаменитой реки Рейн в Германии. Рений имеет ряд особенностей:

температура плавления — 3186 градусов Цельсия;
сохранение прочностных характеристик при частом остывании и нагревании;
температура кипения — 5596 градусов;
ковкость;
серебристо-белый цвет.

Эксплуатируется этот металл в авиационном и дорожном строительстве, подходит для изготовления деталей ракетных установок.

Нептуний

Этот радиоактивный элемент был получен при проведении ядерных реакций экспериментальным путем. Его открыли Макмиллан Э., Абельсон Ф. Название связано с восьмой по величине планетой Солнечной системы.

Нептуний плавится при 640 градусах Цельсия, а закипает при 3235 градусах. Это первый трансурановый элемент, который характеризуется хорошей ковкостью, быстро окисляется, но в реакцию с воздухом почти не вступает. При распаде этот металл опасен для человеческого организма, до 80 % частиц поражает костные ткани. Главная сфера применения — получение плутония.

Плутоний

Высокий уровень радиоактивности — главная отличительная особенность металла. В естественных условиях его почти не добывают. Основная доля получения плутония приходится на многоступенчатое урановое преобразование. Он имеет огромный военный потенциал, используется при создании ядерного оружия. Плутоний служит и энергетическим источником для космических кораблей. К характеристикам относятся:

температура кипения — 3235 градусов;
плохая токо- и теплопроводность;
температура плавления — 640 градусов.

Из-за радиоактивности плутоний всегда кажется теплым. Он стал первым химическим элементом искусственного происхождения, производство которого достигло промышленных масштабов.

Золото

Это один из самых пластичных металлов. Золото отлично проводит электрический ток и имеет высокую плотность. Если бы не высокая стоимость металла, его бы активно использовали в процессе производства микросхем. Но золото занимает ведущие позиции в ювелирном деле. Вот его ключевые характеристики:

температура плавления-кипения — 1064-2856 градусов Цельсия;
мягкость, тягучесть;
высокая теплопроводность;
не взаимодействует с кислородом;
устойчивость к химическим воздействиям.

Самые крупные запасы драгоценного металла зафиксированы на американском континенте. Золото применяется в стоматологии, гомеопатии, банковском деле, разных сферах промышленности. Это гарант валютной стабильности

Вольфрам

Блестящий металл светло-серого цвета является самым тугоплавким на планете. Вольфрам — «лидер» и по максимально высокой температуре кипения на земле. Она достигает 3745 градусов. Плавится металл при 3422 градусах Цельсия. Вольфрам хорошо проводит тепло и электрическую энергию, не боится воздействия кислоты, легко поддается ковке. Используют его при производстве авиационных моторов, вакуумных систем. Именно вольфрам служит основой для выработки жаропрочных сплавов, применяется для создания нитей накаливания.

Уран

В естественных условиях этот радиоактивный элемент проходит многоступенчатый процесс преобразования в свинец. Все четырнадцать этапов его трансформации могут длиться миллионы лет. Уран обладает следующими свойствами:

высокая пластичность (почти как у стали);
быстрое окисление;
самовоспламенение при 150 градусах Цельсия;
самая большая на планете атомная масса;
температура плавления/кипения — 1132 0С /3745 0С;
ковкость;
серебристо-белый или коричневатый окрас.

Уран активно используют при производстве ядерного оружия, реакторов, силовых установок. Ядерная промышленность — основная сфера эксплуатации этого вещества. Сейчас уран добывают преимущественно из морской воды.

Тантал

Редкий белый металл с синеватым оттенком, который обнаружен в начале девятнадцатого века. Но до середины 19 столетия его отождествляли с ниобием. Тантал — один из самых тугоплавких металлов. Температура плавления — 3017 градусов Цельсия, кипения — 5458 градусов. Тантал легко обрабатывается, почти не поддается разрушению, коррозии. Он вступает в контакт с воздухом только при температуре +280 градусов. К другим свойствам относятся:

устойчивость к агрессивным средам;
пластичность;
парамагнетизм.

В атомной промышленности, медицине, военной отрасли — тантал используется повсеместно.

Ртуть

металл с серебристым отливом, при комнатной температуре находится в жидком состоянии, имеет ядовитые пары. Это один из древнейших металлов, который находили в самородном виде. Ртуть получали и путем обжига киновари. Ее выделение в чистом виде было описано химиком Брандтом Д в 1734 году. Твердую ртуть впервые открыли Браун и Ломоносов. Ученые смогли заморозить ее и выделить следующие свойства:

электропроводность;
ковкость;
высокая токсичность;
температура плавления/кипения — 234К/629К.

Ртуть присутствует во многих сульфидных минералах — особенно в рудах и антимонитах. Ее используют при производстве барометров, термометров, манометров, вакуумных насосов, ламп.

Родий

Редкий металл с белым блеском относится к элементам платиновой группы. Родий эффективно противостоит коррозии. Он присутствует в природе в виде сплава или свободного металла, содержится в никелевых и платиновых рудах. Родий был открыт Уильямом Волластоном в 1803 году. Металл не окисляется при нагревании, не подвергается кислотному воздействию. Температура плавления/кипения — 1964/3695 градусов Цельсия.

Свыше 80 % мировых запасов родия уходит на производство катализаторов. Применяется он и при создании ядерных реакторов, в ювелирном деле. Из родия в сплавах с палладием и платиной делают покрытия, которым не страшна коррозия.

Рутений

Этот металл из платиновой группы встречается как второстепенный компонент руд. Твердый элемент белого цвета легко подвергается воздействию окислителей, растворяется в щелочах. Но рутений не способны разрушить кислоты — даже «царская водка». Температура плавления — 2334 градуса, а кипения — 4150 градусов Цельсия.

Рутений сплавляют с металлами, не относящимися к платиновой группе, для улучшения их свойств. Его используют в микроэлектронике, в турбинных реактивных силовых агрегатах, в качестве катализаторов.

Палладий

Редчайший минерал серебристого цвета не тускнеет на воздухе. Он был обнаружен в самородках в 1803 году. Ковкий, тягучий металл растворяется в азотной, серной кислотах, прокатывается до состояния проволоки. Парамагнитный элемент не отличается стойкостью к действию окислителей.

Температура плавления — 1554 градуса, кипения — 2940 градусов Цельсия. В земельных недрах доля достигает 6 %. Основные залежи — на Кольском полуострове, на Урале. Палладий используется как катализатор, востребован в аэрокосмической промышленности. Он входит в состав конденсаторов, задействован в медицине для изготовления протезов, кардиостимуляторов.

Таллий

Это тяжелый металл с голубоватым оттенком, который быстро окисляется от соприкосновения с воздухом из-за высокой химической активности. Таллий открыли в 1861 году в Великобритании спектральным методом. Он тускнеет на воздухе, присутствует в земной коре и морской воде — до 10 %. Таллий плавится уже при 304, а кипит — при 1473 градусах.

Металл применяется в медицинской сфере для кардиологических исследований, в приборах ночного видения и осветительном оборудовании.

Торий

Слаборадиоактивный металл серебристого цвета, который при длительном пребывании на воздух становится черным. Торий был выделен ученым Берцелиусом Й. Из торита в 1828 году и назван именем бога грома скандинавской мифологии. Он содержится в монаците, торианите, эвксените и других минералах. Основные месторождения сосредоточены на Шри-Ланке, в Индии, Австралии, США. Выделим свойства металла:

плохо растворяется в кислотах, не взаимодействует с едкими щелочами;
ковкость;
медленное корродирование в холодной воде;
легко воспламеняется;
температура плавления/кипения — 1750/4788 градусов.

Торий применяется в медицине (рентгеноконтрастные препараты), в металлургической промышленности и атомной энергетике.

Свинец

Легкоплавкий тяжелый серебристый металл с синеватым отливом. Это ковкий, токсичный элемент. Он легко обрабатывается, пластичен. Свинец получают из руд, в которых содержится галенит.

Металл обладает низкой теплопроводностью, подвергается механическим повреждениям, на воздухе покрывается тонкой оксидной пленкой. Он плавится при 327 градусах, а кипит — при 1749 градусах Цельсия. Свинец активно используется в медицине, геологии, для производства взрывчатки, аккумуляторных батарей.

Серебро

Это пластичный серебристо-белый благородный металл, который обладает высокой ковкостью. Он плавится при 962 градусах. Температура кипения — 2162 градуса Цельсия. Серебро содержится в земной коре (до 70 г/т), глинистых сланцах, входит в сульфиды меди.

Этот драгоценный металл широко эксплуатируется в медицинской отрасли, при производстве диагностического оборудования, в фотографии, при изготовлении катодов, в качестве дезинфектора.

Тулий

Занимает предпоследнее место в рейтинге самых тяжелых металлов в мире. Тулий относится к группе лантаноидов. Это серебристый металл с белым отливом, который легко обрабатывается. Соли тулия окрашены в зеленый цвет. Элемент открыл химик из Швеции Клеве Т. В в 1879 году. В коре земли тулия не больше 2,7 %. Температура плавления/кипения — 1818К/2220К.

Тулий используют для производства магнитных носителей информации, лазерных материалов, в атомной энергетике.

Самарий

Высокоактивный редкоземельный металл серебристого цвета был открыт в 1847 году русским горным инженером Самарским В.Е. и назван его именем. Самарий медленно окисляется на воздухе, растворяется в кислотах, вступает в реакцию с азотом, кремнием, углеродом и бором. Температура плавления — 1350К, кипения — 2064К.

Самарий применяется при изготовлении сверхмощных магнитов, тензочувствительных датчиков, в ядерной энергетике, при конструировании магнитных холодильников, в стекольном деле, в качестве огнеупорных материалов.

Таблица самых тяжелых металлов (список по убыванию плотности)

Рейтинг самых тяжелых металлов в мире

Металлы являются неотъемлемой частью нашей жизни. Люди производят из них современные средства передвижения (автомобили, мотоциклы, велосипеды и т.п.), бытовую технику, посуду и многое другое. По сути, они стали основой основ во всех сферах жизни человека: производстве, строительстве, медицине и т.д. Область применения зависит от самого металла и его свойств, в том числе от тяжести. Под тяжестью обычно подразумевается отношение его массы к объему, то есть плотность. Однако также характеризовать металлы по весу можно основываясь на их относительной атомной массе. Исходя из этой характеристики, уран и плутоний самые тяжелые из всех известных в настоящее время металлов.

Если рассматривать плотность как меру определения тяжести, то рейтинг самых тяжелых металлов выстроится следующим образом:

10 место: Тантал. Плотность 16,67 г/см³.

Тантал редкий метал голубовато-серого, но чаще свинцового цвета. Он очень твердый и тугоплавкий. Однако несмотря на высокую температуру плавления (3017 °С) тантал остается очень пластичным, из-за чего легко поддается механической обработке. Благодаря своим физическим свойствам тантал широко применяется при производстве высокотехнологичных устройств и оборудования: конденсаторов, мобильных устройств, компьютерной техники, в военной отрасли.

9 место: Уран. Плотность 19,05 г/см³.

По относительной атомной массе уран самый тяжелый на планете. Цвет вещества серебристо-коричневый или серебристо-белый, глянцевитый. Уран весьма ковкий, гибкий и плотный. Широко применяется в ядерных реакторах и при производстве ядерного оружия.

8 место: Вольфрам. Плотность 19,29 г/см³.

Помимо одной из самых высоких плотностей в мире, вольфрам характеризуется высокой тепло- и электропроводностью, повышенной устойчивостью к истиранию и воздействию кислот. Исключительной особенностью вольфрама является его тугоплавкость. У него самая высокая температура плавления (3422 °C). Выше только у углерода. При этом кипит вольфрам при 5555 °C. Для понимания серьезности этих цифр: температура поверхности Солнца 5500 °C. В чистом виде вольфрам серебристо-белый, легко поддающийся ковке. Является спутником оловянной руды, но при выплавке олова превращает его в шлаковую пену, за что был назван «волчьими сливками».

7 место: Золото. Плотность 19,29 г/см³.

Драгоценный металл, значимый во всем мире. Исторически так сложилось, что его покупают и продают, когда-то даже могли убить ради золота. В настоящее время золото не менее востребовано, ведь золотым фондом подкрепляют денежное благосостояние страны. Самые крупные запасы этого металла зафиксированы в Америке. Навряд ли когда-нибудь наступит время, когда золото перестанет быть таким востребованным. Разве что его потеснит какой-нибудь другой драгоценный металл.

Занимательный факт: кто-то может себе представить, что золото растет на деревьях? А вот может! Например, в листьях эвкалипта, растущего на золотоносной почве, концентрируется небольшое количество этого драгоценного металла.

6 место: Плутоний. Плотность 19,80 г/см³.

Плутоний – самый тяжелый металл на земле и самое важное вещество в производстве ядерного оружия. Этот металл обладает впечатляющей цветовой палитрой, ведь при окислении (в зависимости от степени окисления и самих кислот) он подобно хамелеону демонстрирует цветовую гамму от светло-фиолетового, шоколадного, до светло-оранжевого или зеленого.

5 место: Нептуний. Плотность 20,47 г/см³.

Впервые металл был экспериментально выведен в первой половине 20 века американскими исследователями: химиком Э. Макмилланом и геохимиком Ф. Абельсоном. Свое название он получил по имени восьмой планеты Солнечной системы — Нептун. Нептуний получают из продуктов длительного облучения урана в ядерных реакторах при синтезе плутония.

4 место: Рений. Плотность 21,01 г/см³.

Canon 100mm EF macro

Еще один значимый и редкий, а следовательно дорогой металл. Открыт рений был в 1922 году в Германии немецкими химиками-супругами Идой и Вальтером Ноддаками, подарившими металлу название в честь реки Рейн.

Сам металл обладает серебристо-белым цветом, он очень плотный и твердый. Благодаря высоким температурам кипения (5869 °С) и плавления (3186 °С), рений может быть подвержен многократным перегревам и охлаждениям, сохраняя прочностные характеристики. Из-за этих свойств рений в сплавах с вольфрамом и молибденом применяется в авиации и ракетном строительстве.

3 место: Платина. Плотность 21,40 г/см³.

Платина относится к благородным металлам и используется различных сферах человеческой деятельности: изготовление ювелирных изделий, стоматология, приборостроение и другие отрасли. Общая добыча платины за год в России достигает 25 тонн, при этом передовиком в этой области является ПАО «Норникель».

2 место: Осмий. Плотность 22,61 г/см³.

Осмий — серебристо-белый металл с голубоватым оттенком. Он очень твердый, но хрупкий. Без примесей его практически не используют. Как правило, осмий перемешивают с подобными плотными металлами, например, платиной. Получившаяся многокомпонентная металлическая смесь используется при изготовлении медицинского оборудования, например, в хирургии.

Названия металла переводится как «запах». Это связано с появлением специфического хлористого аромата при растворении щелочного сплава осмия и иридия. Осмий крайне тяжелый металл, вес которого вдвое превышает вес свинца.

1 место: Иридий. Плотность 22,65 г/см³.

По плотности иридий можно назвать самым тяжелым из известных металлов. Но некоторые исследователи до сих пор не могут сойтись во мнении, плотность иридия, или же осмия выше? Это связано с тем, что чистое вещество получить крайне тяжело, а примеси значительно снижают плотностные характеристики.

Плотность иридия почти в 3 раза больше плотности железа, и в 2 раза тяжелее ртути.

Открытие иридия произошло благодаря трудам англичанина Смитсона Теннанта в 1803 году. Он был химиком и обнаружил иридий совершенно случайно, растворяя платину. В оставшемся нерастворимом остатке он обнаружил незнакомое вещество, известное нам теперь как иридий.

Название «иридий» означает «радуга». Такое название было выбрано из-за радужного цвета солей, находящихся в нем. Как правило в земной коре иридий практически не встречается, в отличии от космических объектов. Поэтому его нахождение в земле в большом количестве может свидетельствовать о происходивших метеоритных бомбардировках на конкретной территории.

Сплав иридия и платины обычно применяется для производства устройств, которые должны подвергаться большим температурным нагрузкам. Обычно он появляется как побочное вещество при добыче никеля. За год в мире добывается в среднем 10 тысяч кг иридия, при этом больше всего добычи происходит в Южной Африке.

ТОП-20 самых прочных и крепких металлов

Прочность металла — это его устойчивость к нагрузкам, способность внутренней структуры противостоять внешнему воздействию. Для выявления самого крепкого металла за основу можно взять предел прочности или текучести в МПа. Эти величины показывают, какое усилие нужно приложить для нарушения молекулярных связей в материалах. Чем выше предел прочности, тем крепче металл. Наиболее устойчивые к воздействиям материалы активно применяются в машиностроительной и оборонной промышленности, в самолето-, ракетостроении, в строительстве и при сооружении металлоконструкций, спецтехники для индустриальных комплексов. В нашем ТОП-20 собраны самые крепкие металлы в мире с учетом показателей предела прочности.

Иридий

В России его ставят на одну планку с драгоценными. Иридий входит в платиновую группу. Этот металл открыл в 1803 году британец Теннант. Свое название («радуга» в пер. с греческого) иридий получил из-за красочных солей разных оттенков, которые выпадают в осадок при вступлении в реакции с ним. К особенностям металла относятся:

высокая твердость — иридий является одним из немногих металлов, которые сложно обрабатывать;
плавление материала при + 2466, закипание при +4428 градусах;
сохранение инертности — при подогреве.

Иридий применяется для авиа-, космической промышленности. Без этого материала не обходится изготовление высокопрочных автомобильных деталей.

Рений

Название этого крепкого металла имеет «речное» происхождение. Свое наименование рений получил в честь немецкой реки Рейн. Официально металл был открыт в 1928 году, но только через два года его производство приобрело промышленные масштабы. Рений извлекается из молибденовых руд и обладает следующими свойствами:

тугоплавкость — расплавить металл можно только при +3200 градусах Цельсия;
высокая пластичность;
кипит только при +5600 градусах;
выдерживает много циклов охлаждения и последующего нагрева без потери прочности;
сравнительно высокая плотность — 21 грамм на куб. сантиметр.

Рений используют при сооружении ракет, подготовке высокопрочных сплавов, в электронике и электротехническом оборудовании.

Вольфрам

История этого прочного металла началась в 50-х годах 18 века. Но только в 1780 году он был официально открыт химиками Элюар из Испании. Братья провели ряд исследований элемента и выявили его важнейшие свойства. Крупнейшие залежи металла в виде окисленных соединений базируются в Канаде и США, на территории Казахстана. Из-за высокой прочности этот материал поддается обработке только порошковым методом. Среди свойств выделяются:

термостойкость — плавиться вольфрам начинает при температуре от +2450 градусов;
парамагнетизм;
отличная звукопроводность — 4 300 метров за секунду.

Тугоплавкий металл используют в лампах накаливания, вакуумных системах, в оружейной промышленности. Он незаменим везде, где нужно выдерживать экстремальные температуры.

Цирконий

Серо-белый цирконий обладает повышенной устойчивостью к воздействию кислот, кроме горячей серной, не боится коррозии. Первооткрывателем стал Клапрот в 1789 году. Но лишь через 35 лет после этого металл обнаружили в аморфной среде. Кипит цирконий при +4377 градусах, а плавится — при +1855.

Этот металл встречается в земной коре в виде пяти изотопов — одного радиоактивного и четырех стабильных. Высокая химическая стойкость позволяет эксплуатировать цирконий для изготовления качественной посуды с отличными гигиеническими показателями. Применяется он при производстве хирургических инструментов, протезов.

Молибден

Первооткрывателем молибдена стал Карл Шееле в 1778 году. Но в металлической форме его получили только через три года. В чистом виде молибден был выделен в 1817 году путем восстановления оксида водородом. Крупнейшие месторождения находятся в США, Мексике, Норвегии и Канаде.

Молибден парамагнитен, имеет низкий коэффициент теплового расширения, плавится при 2 620 градусах Цельсия. В природе встречается в виде семи изотопов. Этот металл нужен для легирования сталей, при создании жаростойких сплавов, используется в вакуумных печах в форме нагревательных элементов. Чистый молибден выбирают для лазерного оборудования.

Хром

Этот металл с голубоватым оттенком был получен в 1797 году в форме карбида. Первооткрывателем стал французский химик Воклен. Один из самых твердых элементов сложно назвать редким — его содержание в земной коре превышает 0,03 грамма на тонну от общей массы. Но в чистом виде хром не встречается. Среди свойств выделяются:

парамагнетизм — проявляется при температуре выше +37 градусов Цельсия, антиферромагнитные свойства — при температуре ниже указанного значения;
отсутствие реакции с кислотами — элемент не подвергается их воздействию;
температура плавления — 1857 градусов.

Хром добавляется в легированные стали для увеличения их прочности в два-три раза. Он используется и при окрашивании, нанесении покрытий, производстве тугоплавких материалов, как катализатор в процессе обработки углеводорода.

Титан

Этот элемент стал открытием 1791 года — одновременно в Германии и во Франции. Но его выделили в чистом виде только через тринадцать лет в Швеции. В 1940 году после получения патента на восстановление титана из тетрахлорида началось производство металла в промышленных масштабах. Залежами этого металла богаты страны Россия, Канада.

Титан — металл пластичный, но крепкий. Степень его прочности зависит от обработки. Плавится материал при +1700 градусах Цельсия. Используют титан для производства бронированных жилетов и обшивки подводных лодок, при изготовлении трубопроводов и реакторов, медицинских протезов и имплантов. Он добавляется и в легированные стали для упрочнения.

Уран

Это элемент, который слабо вступает в реакции с другими веществами. В чистом виде его удалось выделить лишь в 1840 году. Радиоактивный металл является одним из самых прочных на планете. К его свойствам относятся:

парамагнетизм;
температура плавления +1100 градусов;
большой удельный вес — 18,7 граммов на куб. см.

Уран имеет глянцевую поверхность с бело-серебристым оттенком. Она активно применяется в ядерной энергетике (при производстве топлива), для медицинского синтеза. Используют уран и при подготовке оружия в оборонной промышленности.

Никель

Это отличный катализатор, который обладает высокой прочностью и при повышенных температурных показателях. Никель — пластичный и ковкий ферромагнетик. Он устойчив к коррозии, окислению на воздухе, твердый и вязкий, хорошо полируется. Плавится металл при +1452 градусах Цельсия.

Никель — элемент с серебристо-белым окрасом, который был открыт в 1751 году шведским минерологом Кронстедтом. Из руды ученый выделил зеленый оксид, который в результате был восстановлен до никеля. Сейчас металл широко применяется в промышленности, на его основе делают суперсплавы с высокими эксплуатационными свойствами. Никель используется в монетном деле, при производстве аккумуляторных батарей, медицине. Никелирование защищает поверхности других металлов от коррозии.

Ниобий

Тугоплавкий и устойчивый к ржавлению материал относится к группе металлов. Он имеет серо-серебристый окрас, плавится при +2467 градусах Цельсия. К другим свойствам ниобия относятся:

плотность — 8,57 граммов на кубический сантиметр;
температура кипения — 4742 градуса.

В природе встречается единственный изотоп ниобия. Этот элемент открыли в Британии в начале девятнадцатого века. Он получил название колумбита. Только в 1952 году ниобий официально получил нынешнее обозначение. Месторождения материала находятся в Японии, на Кольском полуострове и в США. Применяется ниобий для изготовления деталей авиационной техники, легирования цветмета, в электронике и вычислительной технике.

Тантал

Металл сочетает серебристый и белый окрас, имеет плотную оксидную пленку. Тантал в чистом виде был получен в 1844 году немцем Розе. Но открыли его еще за сорок лет до этого. Содержание тантала в земной коре — до 0,000002 грамма на тонну от общей массы. Этим обусловлена его высокая цена — больше 250 долларов за грамм. Тантал плавится при температуре свыше +3000 градусов Цельсия, пластичен как золото, но очень крепок, имеет высокую плотность и не боится ржавчины. Он применяется в лабораторной посуде, хирургических инструментах, при создании жаростойких сплавов. Используется тантал и в системах ядерной энергетики, в автомобильной промышленности, электронике.

Железо

Это один из самых распространенных металлов (свыше 90 % в земном ядре), который сам по себе не отличается большой прочностью. Но в комбинации с углеродом и другими компонентами железо образует очень крепкие соединения — к примеру, сталь. К свойствам металла причисляют:

способность намагничиваться;
температуру плавления +1538 градусов Цельсия, закипания — более +2850 градусов;
полиморфизм (четыре кристаллические модификации).

Среди сфер применения железа наиболее распространены машиностроение, сооружение крепежных элементов, производство стройматериалов и металлоконструкций.

Кобальт

Твердый, блестящий, тягучий металл визуально напоминает железо. Кобальт плавится при +1768 градусах Цельсия. Этот металл был открыт в 1735 году, но окончательно его позиционировали в качестве самостоятельного элемента только через 46 лет. Французский химик Макер определил металлургический метод получения кобальта. Кстати, его название происходит от слова «коболд», что означает гном или домовой. При обжиге некоторых кобальтовых минералов выделяются ядовитые окислы мышьяка.

Доля кобальта в земной коре составляет 4-10 % от общей массы. Этот металл используется в атомной промышленности, растениеводстве, при получении магнитов и сплавов повышенной прочности.

Медь

Медь — распространенный, прочный материал, хороший проводник электричества и тепла, компонент металлических сплавов, используемых в ювелирной промышленности. Плавится она при +1083 градусах Цельсия, а закипает — при +2562 градусах. Ковкая пластичная чистая медь имеет розовато-оранжевый окрас. Она подлежит вторичной переработке без потери качества.

Медь находится в тройке лидеров по объему мирового потребления и производства. Она применяется в химической промышленности, при производстве автомобилей и электроприборов, цифровой и бытовой техники, в тензометрических датчиках и монетном деле.

Осмий

Он стал известен в 1803 году благодаря британскому химику Теннанту. Осмий выделили в форме осадка после растворения платины в смеси азотной и соляной кислот. Осмий — металл голубовато-серого цвета, имеющий высокую удельную массу и прочность. Он сохраняет блеск и под воздействием экстремальных температур, Добывают металл в Сибири и на Урале, в США и Колумбии. Тугоплавкий осмий содержится в платиновых минералах и растворах с иридием. В земной коре — 0,007 грамма металла на тонну.

Осмий плавится при +3033 градусах. Это самый плотный элемент на планете (22,6 г/см3). Он почти не применяется в чистом виде — исключительно с легирующими добавками. Металл из платиновой группы широко распространен в ядерной промышленности.

Магний

Это легкий металл, имеющий небольшую плотность, малый вес. Он подвергается разным методам обработки — от ковки и прокатки до сварки и штамповки. Открыли магний в 1809 году в Великобритании. Химик Гемфри Дэви получил металл путем электролиза смеси из оксида ртути и магнезии. Температура кипения магния — 1090 градусов, а плавится он при +650 градусах Цельсия. Металл отлично прессуется, прокатывается, поддается резке при высокой чистоте.

Магний используется в качестве огнеупорного материала, при создании ракет в военном деле, в медицине, фотографии, при изготовлении аккумуляторных батарей. Его запасы сосредоточены в Норвегии, США и Китае.

Бериллий

Относительно распространенный металл был открыт французским химиком Вокленом в 1798 году. Его содержание в земной коре достигает четырех граммов на тонну в общей массе. Ключевые месторождения сосредоточены вблизи вулканов — в США, Китае и Казахстане. Бериллий обладает:

высокой упругостью;
максимальной звукопроводимостью — 12,5 метра в секунду;
высокой токсичностью.

Металл обладает канцерогенным действием. Но его успешно эксплуатируют в акустике, ядерной энергетике, при изготовлении лабораторных тиглей, в аэрокосмической технике, при создании вакуумных труб и огнеупорных материалов.

Алюминий

Это один из ключевых элементов для промышленности, самый используемый цветной металл в мире. Земная кора состоит из алюминия на 8 %. Он плавится при +660 градусах. Низкая плотность (всего 2,6 грамма на куб. см), устойчивость к коррозии за счет образования плотных оксидных пленок позволяют эксплуатировать алюминий в аэрокосмической промышленности, при конструировании судов, автомобилей, катеров.

Этот металл относится к группе легких, хорошо проводит тепло и электрический ток. Впервые алюминий был получен в 1825 году датчанином Эрстедом. Позднее другой химик Велер использовал калий для восстановления другого чистого металла.

Кадмий

Кадмий — тягучий и ковкий металл в бело-серебристом окрасе. Он плавится при +321 градусе, а закипает — при 765 градусах Цельсия. В 1817 году немец Штромейер открыл кадмий при исследовании свойств цинковых оксидов. Металл получил название по греческому обозначению руды. Кадмий прочнее олова, но поддается резке ножом. Теряет упругость он при +80 градусах Цельсия.

Кадмий используют при создании солнечных батарей, нанесении антикоррозийных покрытий на иные металлы, при производстве аккумуляторов.

Олово

Сравнительно пластичный металл в белом цвете с серебристым отливом. Он наименее твердый из всех перечисленных материалов. Олово плавится при +232 градусах Цельсия, не окисляется, не ржавеет при комнатной температуре. Особенно часто его используют в сплавах — припоях, где содержание самого металла не превышает 60 %. Вместе с медью олово образует бронзу — один из наиболее ценных материалов.

К сферам применением олова относят электронику, изготовление пищевой тары, производство белой жести, подшипников, трубопроводов.

ТОП-20 самых твердых металлов в мире

Всего в мире насчитывается 94 вида металлов, различающихся по пластичности, ковкости, электропроводности, прочности. Ниже мы представим «двадцатку» самых твердых и перечислим их уникальные особенности.

Это самый твердый металл на планете. Он почти не поддается обработке, но это не мешает его использованию в разных сферах промышленности. Из иридия делают комплектующие к ракетам и автомобильные детали. Его открыл в начале девятнадцатого века английский химик. Самый твердый в природе металл имеет следующие характеристики:

температура плавления — 2 466 градусов;
бело-серебристый окрас;
температура кипения — 4 428 градусов.

В природе встречается мало иридия. Ученые предполагают, что его залежи располагаются ближе к ядру Земли.

Металл серебристого оттенка, открытый русским химиком в 1844 году, полностью инертен. Он относится к платиновой группе и является самым редким на земле. Ученые установили, что всего в мире не более пяти тысяч тонн рутения. В году удается добывать до 18 тонн. Из-за сравнительно большой цены рутений почти не применяют в промышленности, но его выбирают:

для каталитических реакций;
защиты титана от коррозии;
создания устойчивого сплава с платиной.

Высокопрочный тугоплавкий металл позволяет образовывать сложные химические соединения. Он придает золоту черный оттенок и применяется в аэрокосмической сфере.

Открыт химиком из Швеции в 1804 году. Но выделить в чистом виде его смогли лишь через 120 лет и в Германии. Залежи редкого металла можно найти на западе Австралии. Сплавы с танталом не боятся попадания в агрессивную среду. Материал используют в авиакосмической и электронной промышленности, для создания атомной энергии, в составе медицинских протезов. Его считают самым плотным в мире — гарантировано высочайшее сопротивление коррозии.

Хром

Самый твердый и блестящий металл, который не боится кислотно-щелочного влияния, имеет голубоватый оттенок. Залежи хрома можно найти в Казахстане, Африке, на территории РФ. Открыт он был в России в 1763 году на Северном Урале.

Хром имеет высокую температуру плавления — до 1 856 градусов. Его добывают из кимберлита. По распространенности на планете занимает 22 позицию. На производство металлических сплавов приходится до 85 % запасов хрома. Используют его и в машиностроении, при проведении научных исследований, в синтезе искусственных рубинов.

Бериллий

Твердый металл, открытый французскими химиком в 1798 году, имеет серебристо-белый оттенок. Бериллий — высокотоксичный, может спровоцировать аллергические реакции. К нему нельзя приближаться без средств защиты. Но зато металл подходит для упрочнения стали — достаточно добавить 0,5 %, чтобы изделия выдерживали температуру красного каления. Бериллий выбирают для создания огнеупорных материалов, реактивного топлива. Из него создают экраны для аэрокосмической промышленности.

Этот тугоплавкий и твердый металл был открыт в Великобритании в 1803 году. Он включен в платиновую группу и не боится агрессивного воздействия. Осмий используется в медицине при производстве кардиостимуляторов, легочных клапанов, в военном деле и химической промышленности. Это самый тяжелый и твердый металл в таблице Менделеева. Он плохо поддается обработке.

Один из самых редких тугоплавких металлов высокой прочности на планете. Его открыли в 1925 году химики из Германии, но первое предположение о существовании этого элемента высказывал еще Д.И. Менделеев в конце девятнадцатого века. Количество ежегодной добычи металла сейчас достигает сорока тонн. Его используют для производства катализаторов, самоочищающихся электрических контактов. Температура плавления достигает 2 000 градусов Цельсия. Металл находит применение в авиационных и ракетных двигателях.

Серебристо-серый цвет и высокая тугоплавкость этого металла определяют сферы его применения. Вольфрам был открыт в 1781 году шведским химиком. Его используют для изготовления элементов накаливания, хирургических инструментов, контейнеров для хранения радиоактивных материалов. Этот металл плавится при температуре до 3422 градусов Цельсия. Способность сохранять эксплуатационные свойства при экстремально высоких температурах сделала вольфрам востребованным в военной промышленности.

Один из наиболее твердых металлов в мире был открыт в 1840 году, но о его высоких радиоактивных свойствах узнали только через 56 лет. Французский химик Беккерель потратил годы на исследование уранового излучения.

Залежи этого элемента в природе очень велики. Урановую руду активно добывают в Казахстане, Австралии, разных регионах России. Запасы радиоактивного элемента природного происхождения распространены в земной коре.

Титан

Это самый легкий и твердый металл из всех в мире. Титан удалось получить лишь в 1825 году шведским химиком. Его отличают серебристо-белый оттенок, высокая стойкость к механическим и коррозийным воздействиям. К другим свойствам относятся:

температура плавления — до 1 668 градусов Цельсия;
низкая электропроводность;
высокая прочность на разрыв.

Титан выступает в роли легирующего элемента во многих сплавах, применяется в судостроительной отрасли и аэрокосмической промышленности, в медицине и машиностроении. Он содержится в виде оксидов в большей части магматических пород.

В ТОП самых твердых металлов входит и родий — самый дорогой из платиновой группы. Он имеет голубовато-серебристый оттенок. Родий — благородный металл с холодным, аристократическим блеском. Он содержится в никелевых и платиновых рудах, распространен в Южной Америке.

До 81 % всех запасов направляют на изготовление каталитических фильтров-нейтрализаторов. Родий устойчив кфизическому воздействию. Механическая обработка возможна только при нагревании до 810-900 градусов Цельсия. Серная кислота и раскаленная царская водка не способны растворить этот металл. Родий легко сплавляется с другими платиноидами.

Благородный металл серебристого цвета из платиновой группы. Крупнейшие месторождения находятся в Норильске (Россия), на Аляске, в Австралии, Африке и Канаде.

Палладий используют для производства искусственных волокон, постоянных магнитов, электрических контактов в приборах. Это ковкий, тягучий металл, который не тускнеет на воздухе. Редкий элемент был открыт английским химиком в 1803 году — его обнаружили в самородной платине. Температура плавления составляет 1 554 градуса Цельсия.

Железо

Уникальный ковкий металл, составляющий большую часть ядра нашей планеты. Это наиболее распространенный элемент земной коры. Железо в чистом виде — довольно пластичный металл серебристо-серого цвета, который используется в разных направлениях промышленности. Он имеет малую стоимость. К характеристикам относятся:

плотность — 7,84 г/см3;
температура кипения — 2 862 градуса Цельсия;
температура плавления — 1 538 градусов Цельсия.

Сталь

Высокая твердость сплава железа с углеродом, устойчивость к коррозийному воздействию позволяют использовать разные марки инструментальной стали в промышленности. Это самый твердый металл для ножа, из которого делают сверла и другие части инструментов, механизмы для строительной сферы. Легированная высокоуглеродистая сталь относится к наиболее твердым. Помимо железа и углерода она может включать молибден, марганец, ванадий, хром.

Редкий драгоценный металл, который встречается в магматических месторождениях. Платина имеет цвет, переходящий от серо-стального к темно-серому. Этот минерал редко встречается в чистом виде, содержит примеси иридия и никеля, палладия. Разведанные запасы составляют около 80 000 тонн и распределяются по ЮАР, США и России.

Платина применяется в качестве катализатора, легирующей добавки для высокопрочных сталей, в ювелирной промышленности, для производства постоянных магнитов, в виде покрытия для деталей СВЧ-техники.

Никель

В природе никель встречается в минералах с высоким содержанием серы или мышьяка. Это переходный элемент, который используется в металлопрокате для производства сталей. На это уходит до 68 % от общего объема добычи. Никель выбирают и для чеканки монет, при разработке аккумуляторных батарей и в гальванике, в музыкальной промышленности, медицине, химических и радиационных технологиях.

Крупные запасы располагаются в Индонезии, на территории России, на Филиппинах. Никель плавится при температуре 1 453 градуса Цельсия. Он был открыт в Швеции в 1751 году.

Бронза

Это сплав меди с оловом, марганцем и другими добавками, включая свинец и фосфор. Его температура плавления варьируется от 930 до 1 140 градусов Цельсия. Бронза — пластичная и твердая. Оттенки варьируются в зависимости от состава. Различают золотистую и серебристую, красную, серую и черную бронзу. Она используется при производстве:

фурнитуры и элементов декора;
деталей для механизмов и машин;
многочисленных фитингов (переходники, муфты, тройники);
ювелирных изделий.

Медь

Это один из немногих элементов, которые встречаются в природе в пригодной для использования форме. Медь не требует предварительного извлечения из минеральных руд, поэтому она стала пригодной для эксплуатации очень давно. Еще до нашей эры ее использовали с оловом для получения бронзы. Сейчас медь применяется при производстве кровельных материалов, сантехнического оборудования, кабелей и электрических проводов. Этот металл плавится при температуре 1083 градуса Цельсия. Предел его текучести достигает 340 мПа.

Алюминий

Это широко используемый в разных отраслях промышленности и строительства цветной металл. Из него состоит около 8 % всей земной коры. Алюминий используется в аэрокосмической промышленности, при развитии городской инфраструктуры, для производства металлургического оборудования. К его главным характеристикам относятся:

устойчивость к коррозийному воздействию;
низкая плотность;
текучесть — до 120 мПа;
температура плавления — до 660 градусов.

Один из самых востребованных в ювелирном деле драгоценных металлов. Исторически сложилось, что золото используется в медицине, электронной промышленности и для изготовления денег. Свыше 10 % всех мировых запасов идет на производство коррозийно-стойких элементов. Геологи уверены, что недра нашей планеты скрывают свыше 80 % золотых запасов. Температура плавления металла — 1064 градуса Цельсия, а его текучесть — до 30 мПа. Золото характеризуется:

высокой плотностью, тягучестью;
хорошей полируемостью и отражающей способностью;
большим удельным весом;
низким сопротивлением электризации.

Таблица по твёрдости Мооса

Самые твердые металлы по шкале Мооса представлены в таблице по убыванию значений:

Читайте также: