Какой из металлов обладает наибольшей плотностью

Обновлено: 28.09.2024

Мы все любим металлы. Машины, велосипеды, кухонная техника, банки для напитков и множество других вещей - все они состоят из металла. Металл - краеугольный камень нашей жизни. Но иногда он бывает очень тяжелым.

Когда мы говорим о тяжести того или иного метала, то обычно имеем в виде его плотность, то есть соотношение массы к занимаемому объёму.

Еще одним способом измерения «веса» металлов является их относительная атомная масса. Самыми тяжелыми металлами по относительной атомной массе являются плутоний и уран.

Если вы хотите узнать, какой металл самый тяжелый, если рассматривать его плотность, то мы рады вам помочь. Вот топ-10 самых тяжелых металлов на Земле с указанием их плотности на кубический см.

10. Тантал - 16,67 г/см³

Десятую строчку в рейтинге занимает синевато-серый, очень твердый металл со сверхвысокой температурой плавления. Несмотря на свою твердость он пластичен, как золото.

Тантал является важным компонентом во многих современных технологиях. В частности, он используется для производства конденсаторов, которые применяются в компьютерной технике и мобильных телефонах.

9. Уран - 19,05 г/см³

Это самый тяжелый элемент на Земле, если учитывать его атомную массу - 238,0289 г/моль. В чистом виде уран представляет собой серебристо-коричневый тяжелый металл, который почти вдвое плотнее свинца.

Как и плутоний, уран служит необходимым компонентом для создания ядерного оружия.

8. Вольфрам - 19,29 г/см³

Считается одним из самых плотных элементов в мире. В дополнение к своим исключительным свойствам (высокая теплопроводность и электропроводность, очень высокая стойкость к воздействию кислот и истиранию) вольфрам также отличается тремя уникальными свойствами:

После углерода он имеет самую высокую температуру плавления - плюс 3422 ° C. А его температура кипения - плюс 5555 ° C, эта температура примерно сопоставима с температурой поверхности Солнца.

Сопровождает оловянные руды, однако препятствует выплавке олова, переводя его в пену шлаков. За это и получил свое название, которое в переводе с немецкого означает «волчьи сливки».
Вольфрам имеет самый низкий коэффициент линейного расширения при нагревании из всех металлов.

7. Золото - 19,29 г/см³

С давних времен люди покупают, продают и даже убивают за этот драгоценный металл. Да что люди, целые страны занимаются скупкой золота. Лидером государств с самыми крупными запасами золота на данный момент является Америка. И вряд ли наступит пора, когда в золоте не будет нужды.

Говорят, что деньги не растут на деревьях, но золото - растет! Небольшое количество золота можно найти в листьях эвкалипта, если тот находится на золотоносной почве.

6. Плутоний - 19,80 г/см³

Шестой самый тяжелый металл в мире - один из самых нужных компонентов для ядерных держав мира. А еще он - настоящий хамелеон в мире элементов. Плутоний демонстрирует красочное состояние окисления в водных растворах, при этом их цвет варьируется от светло-фиолетового и шоколадного до светло-оранжевого и зеленого. Цвет зависит от степени окисления плутония и солей кислот.

5. Нептуний - 20,47 г/см³

Этот металл с серебристым блеском, названный в честь планеты Нептун, был открыт химиком Эдвином Макмилланом и геохимиком Филиппом Абельсоном в 1940 году. Он используется для получения шестого номера в нашем списке, плутония.

4. Рений - 21,01 г/см³

Слово «Рений» происходит от латинского Rhenus, что означает «Рейн». Нетрудно догадаться, что этот металл был обнаружен в Германии. Честь его открытия принадлежит немецким химикам Иде и Вальтеру Ноддакам. Это последний из открытых элементов, у которого есть стабильный изотоп.

Из-за очень высокой температуры плавления рений (в виде сплавов с молибденом, вольфрамом и другими металлами) применяется для создания компонентов ракетной техники и авиации.

3. Платина - 21,40 г/см³

Один из самых драгоценных металлов в этом списке (кроме Осмия и Калифорния-252) используется в самых разных областях - от ювелирного дела до химической промышленности и космической техники. В России лидером по добыче платинового металла является ГМК «Норильский никель». В год в стране добывается около 25 тонн платины.

2. Осмий - 22,61 г/см³

Хрупкий и при этом крайне твердый металл редко используется в чистом виде. В основном его смешивают с другими плотными металлами, такими как платина, для создания очень сложного и дорогого хирургического оборудования.

Название «осмий» происходит от древнегреческого слова «запах». При растворении щелочного сплава осмиридия в жидкости появляется резкое амбре, похожее на запах хлора или подгнившей редьки.

И осмий и иридий (первое место рейтинга) весят примерно в два раза больше свинца (11,34 г/см³).

1. Иридий - 22,65 г/см³ – самый тяжелый металл

Этот металл с полным правом может претендовать на звание элемента с наибольшей плотностью. Однако споры о том, какой же металл тяжелее - иридий или осмий, все-таки ведутся. А все дело в том, что любая примесь может снизить плотность этих металлов, а их получение в чистом виде - очень тяжелая задача.

Теоретическая расчетная плотность иридия составляет 22,65 г/см³. Он почти втрое тяжелее, чем железо (7,8 г/см³). И почти вдвое тяжелее, чем самый тяжелый жидкий металл - ртуть (13,6 г/см³).

Как и осмий, иридий был открыт английским химиком Смитсоном Теннантом в начале 19 века. Любопытно, что Теннант нашел иридий вовсе не целенаправленно, а случайно. Он был обнаружен в примеси, оставшейся после растворения платины.

Иридий в основном используется в качестве отвердителя платиновых сплавов для оборудования, которое должно выдерживать высокие температуры. Он перерабатывается из платиновой руды и является побочным продуктом при добыче никеля.

Название «иридий» переводится с древнегреческого как «радуга». Это объясняется наличием в металле солей разнообразной окраски.

Самый тяжелый металл в периодической таблице Менделеева очень редко встречается в земных веществах. Поэтому его высокая концентрация в образцах породы - маркер их метеоритного происхождения. За год во всем мире добывают около 10 тысяч килограмм иридия. Крупнейший его поставщик - Южная Африка.

Самые прочные металлы в мире: топ-10

Можете ли вы представить, что произошло, если бы наши предки не обнаружили важные металлы, такие как серебро, золото, медь и железо? Наверное, мы бы до сих пор жили в хижинах, используя камень в качестве основного инструмента. Именно крепость металла сыграла важную роль в формировании нашего прошлого и теперь работают как основа, на которой мы строим будущее.

Некоторые из них очень мягкие и буквально тают в руках, как самый активный металл в мире. Другие - настолько твердые, что их невозможно согнуть, поцарапать или сломать без применения спецсредств.

А если вам интересно, какие металлы самые твердые и прочные в мире, мы ответим на этот вопрос, учитывая различные оценки относительной твердости материалов (шкала Мооса, метод Бринелля), а также такие параметры как:

Модуль Юнга: учитывает эластичность элемента при растяжении, то есть способность объекта к сопротивлению при упругой деформации.
Предел текучести: определяет максимальный предел прочности материала, после которого он начинает проявлять пластичное поведение.
Предел прочности при растяжении: предельное механическое напряжение, после которого материал начинает разрушаться.

10. Тантал

У этого металла сразу три достоинства: он прочный, плотный и очень устойчив к коррозии. Кроме того, этот элемент относится к группе тугоплавких металлов, таких как вольфрам. Чтобы расплавить тантал вам придется развести огонь температурой 3 017 °C.

Тантал в основном используется в секторе электроники для производства долговечных, сверхмощных конденсаторов для телефонов, домашних компьютеров, камер и даже для электронных устройств в автомобилях.

9. Бериллий

А вот к этому металлическому красавцу лучше не приближаться без средств защиты. Потому что бериллий высокотоксичен, и обладает канцерогенным и аллергическим действием. Если вдыхать воздух, содержащий пыль или пары бериллия, то возникнет заболевание бериллиоз, поражающее легкие.

Однако бериллий несет не только вред, но и благо. Например, добавьте всего 0,5 % бериллия в сталь и получите пружины, которые будут упругими даже если довести их до температуры красного каления. Они выдерживают миллиарды циклов нагрузки.

Бериллий применяют в аэрокосмической промышленности для создания тепловых экранов и систем наведения, для создания огнеупорных материалов. И даже вакуумная труба Большого Адронного Коллайдера сделана из бериллия.

8. Уран

Это естественное радиоактивное вещество очень широко распространено в земной коре, но сконцентрировано в определенных твердых скальных образованиях.

Один из самых твердых металлов в мире имеет два коммерчески значимых применения - ядерное оружие и ядерные реакторы. Таким образом, конечной продукцией урановой промышленности являются бомбы и радиоактивные отходы.

7. Железо и сталь

Как чистое вещество железо не такое твердое по сравнению с другими участниками рейтинга. Но из-за минимальных затрат на добычу оно часто комбинируется с другими элементами для производства стали.

Сталь - это очень прочный сплав из железа и других элементов, таких как углерод. Это наиболее часто используемый материал в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. И даже если вы не имеете к ним никакого отношения, то все равно используете сталь каждый раз, когда режете продукты ножом (если он, конечно, не керамический).

6. Титан

Титан - это практически синоним прочности. Он обладает впечатляющей удельной прочностью (30-35 км), что почти вдвое выше, чем аналогичная характеристика легированных сталей.

Будучи тугоплавким металлом, титан обладает высокой устойчивостью к нагреву и истиранию, поэтому является одним из самых популярным сплавов. Например, он может быть легирован железом и углеродом.

Если вам нужна очень твердая и при этом очень легкая конструкция, то лучше чем титан металла не найти. Это делает его выбором номер один для создания различных деталей в авиа- и ракетостроении и судостроении.

5. Рений

Это очень редкий и дорогой металл, который хотя и встречается в природе в чистом виде, обычно идет «довеском»-примесью к молибдениту.

Если бы костюм Железного человека был сделан из рения, он мог бы выдержать температуру в 2000 ° C без потери прочности. О том, что стало бы с самим Железным человеком внутри костюма после такого «фаер-шоу» мы умолчим.

Россия - третья страна в мире по природным запасам рения. Этот металл используется в нефтехимической промышленности, электронике и электротехнике, а также для создания двигателей самолетов и ракет.

4. Хром

По шкале Мооса, которая измеряет устойчивость химических элементов к царапинам, хром находится в пятерке лучших, уступая лишь бору, алмазу и вольфраму.

Хром ценится за высокую коррозионную стойкость и твердость. С ним легче обращаться, чем с металлами платиновой группы, к тому же он более распространен, поэтому хром является популярным элементом, используемым в сплавах, таких, как нержавеющая сталь.

А еще один из прочнейших металлов на Земле используется при создании диетических добавок. Конечно, вы будете принимать внутрь не чистый хром, а его пищевое соединение с другими веществами (например, пиколинат хрома).

3. Иридий

Как и его «собрат» осмий, иридий относится к металлам платиновой группы, и по внешнему виду напоминает платину. Он очень твердый и тугоплавкий. Чтобы расплавить иридий, вам придется развести костер температурой выше 2000 °C.

Иридий считается одним из самых тяжелых металлов на Земле, а также одним из самых устойчивых к коррозии элементов.

2. Осмий

Этот «крепкий орешек» в мире металлов относится к платиновой группе и обладает высокой плотностью. Фактически это самый плотный природный элемент на Земле (22,61 г/см3). По этой же причине осмий не плавится до 3033 ° C.

Когда он легирован другими металлами платиновой группы (такими как иридий, платина и палладий), он может использоваться во многих различных областях, где необходимы твердость и долговечность. Например, для создания емкостей для хранения ядерных отходов.

1. Вольфрам

Самый прочный металл, который только есть в природе. Этот редкий химический элемент также самый тугоплавкий из металлов (3422 ° C).

Впервые он был обнаружен в форме кислоты (триоксида вольфрама) в 1781 году шведским химиком Карлом Шееле. Дальнейшие исследования привели двух испанских ученых - Хуана Хосе и Фаусто д'Эльхуяра - к открытию кислоты из минерала вольфрамита, из которого они впоследствии изолировали вольфрам с помощью древесного угля.

Помимо широкого применения в лампах накаливания, способность вольфрама работать в условиях сильной жары делает его одним из наиболее привлекательных элементов для оружейной промышленности. Во время Второй мировой войны этот металл сыграл важную роль в инициировании экономических и политических отношений между европейскими странами.

Вольфрам также используется для изготовления твердых сплавов, а в аэрокосмической промышленности - для изготовления ракетных сопел.

Таблица предела прочности металлов

Металл	Обозначение	Предел прочности, МПа
Свинец	Pb	18
Олово	Sn	20
Кадмий	Cd	62
Алюминий	Al	80
Бериллий	Be	140
Магний	Mg	170
Медь	Cu	220
Кобальт	Co	240
Железо	Fe	250
Ниобий	Nb	340
Никель	Ni	400
Титан	Ti	600
Молибден	Mo	700
Цирконий	Zr	950
Вольфрам	W	1200

Сплавы против металлов

Сплавы представляют собой комбинации металлов, и основной причиной их создания является получение более прочного материала. Наиболее важным сплавом является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода.

Чем выше прочность сплава - тем лучше. И обычная сталь тут не является «чемпионом». Особенно перспективными представляются металлургам сплавы на основе ванадиевой стали: несколько компаний выпускают варианты с пределом прочности до 5205 МПа.

А самым прочным и твердым из биосовместимых материалов на данный момент является сплав титана с золотом β-Ti3Au.

Топ-10 самых тяжелых по плотности металлов

Тантал

Плотность: 16,64 г/см 3

Температура плавления/кипения: 3017 0 С/5458 0 С

Очень редкий металл, но далеко не самый тяжелый в мире. В естественных условиях представляет собой серебристо-белое твердое вещество с легким синеватым оттенком (оксидная пленка). Был обнаружен в далеком 1802 году, но сразу выделить его не удалось: до 1844-го его отождествляли с другим металлом – ниобием.

Тантал – один из самых тугоплавких в мире (по этому показателю он превосходит даже самый тяжелый металл планеты) и не вступает в реакцию с воздухом: окисление его поверхности наступает только при повышении температуры воздуха до 280 0 С, что в естественных условиях невозможно.

Одной из интересных особенностей тантала считается его парамагнетизм (при попадании в магнитное поле металл намагничивается в направлении этого поля). Кроме того, тантал поражает своей устойчивостью к воздействию агрессивных сред: его поверхность не «поддается» даже 70%-ной азотной кислоте. Применяется этот необычный металл в военной отрасли (при создании боеприпасов), медицине (при производстве протезов), в атомной промышленности (при создании ядерных реакторов) и пр.

Интересный факт: несмотря на высокую прочность, тантал очень пластичен (его можно сопоставить с золотом), поэтому чистый металл очень удобен в работе.

Фото: See page for author, Public domain, via Wikimedia Commons

Плотность: 18,92 г/см 3

Температура плавления/кипения: 1132 0 С /3745 0 С

Главное и не лучшим образом характеризующее этот твердый металл отличие от других представителей рейтинга – его радиоактивность. Уран, будучи в естественных условиях, проходит долгий этап трансформации, состоящий из 14 этапов и завершающийся его преобразованием в свинец. Правда, процесс этот длится миллиарды лет.

В чистом виде уран обладает большим весом, серебристо-белым цветом, высокой пластичностью (он чуть мягче стали) и слабовыраженными парамагнитными свойствами. Уран легко окисляется при контакте с воздухом, а порошкообразное вещество самовоспламеняется при температуре около 150 0 С.

Основное и явное применение урана – ядерная промышленность. Активным «потребителем» металла считается ядерная энергетика (производство реакторов, силовых установок и пр.). В последние годы особую ставку начали делать на разработку методов добычи урана из морской воды, где концентрация твердого вещества – 3 мкг/л).

Вольфрам

Плотность: 19,21 г/см 3

Температура плавления/кипения: 3422 0 С /3745 0 С

Свое довольно оригинальное название (в переводе с лат. – «волчья пена») получил оттого, что при сопровождении оловянной руды мешал выплавке олова, превращая его в пену шлака. То есть фактически пожирал как волк овцу.

Вольфрам представляет собой блестящее твердое вещество светло-серого цвета. Это – самый тугоплавкий металл на планете: температура его плавления близка к солнечной фотосфере. Кроме того, имеет самую высокую доказанную температуру кипения на планете. Правда, недавно появился «конкурент» – сиборгий с более высокой (предполагаемой) температурой плавления, но достоверно это пока неизвестно ввиду небольшой длительности существования металла.

В свое время вольфрам произвел настоящий фурор в промышленности и сегодня его используют как обязательную основу для жаропрочных сплавов. Кроме того, высокая прочность обеспечивает этому металлу широкое применение в различных сферах человеческой деятельности: его используют в авиационных двигателях, нитях накаливания, электровакуумном оборудовании и пр.

Золото

Плотность: 19,85 г/см 3

Температура плавления/кипения: 1064 0 С /2856 0 С

Один из самых твердых металлов на земле, но при этом отличающийся невероятной пластичностью: из него можно сделать лист толщиной всего 0,1 мкм (так называемое сусальное золото). Именно по этой причине благородный желтый металл нашел достойное место в ювелирном деле. Но при этом золото имеет высокую плотность, что значительно упрощает процесс его добычи.

Золото обладает очень высоким показателям электропроводимости, что могло бы сделать этот металл незаменимым в процессе создания микросхем, но – увы: стоимость исходного сырья весьма велика, а распространенность – мала.

Золото не вступает в реакцию с кислородом и большинством элементов. Металл не поддается воздействию кислот и щелочей (исключение – царская водка, которая служит для проверки чистоты металлов). Золото – один из немногих металлов, используемых не только в промышленности, но и на благо человеку (его активно применяют в гомеопатии, стоматологии). Кроме того, благородный металл нашел активное применение в банковском деле: он до сих пор является гарантом стабильности любой валюты и надежным инвестиционным инструментом.

Плутоний

Фото: United States DOE, Public domain, via Wikimedia Commons

Температура плавления/кипения: 640 0 С /3235 0 С

«Младший брат» урана и обладатель высокой радиоактивности. В естественных условиях добывают, но мало и редко, поскольку это попросту нецелесообразно, зато его легко получить в процессе многоступенчатого преобразования урана. Стал первым химически искусственным веществом, производим в промышленных масштабах.

Для получения плутония используется уран обогащенного и природного типа. Несколько лет назад сообщалось о закрытии в 2010 году последнего в мире реактора, производящего плутоний (в России). Но в тот же год в Японии запустили ядерный реактор. Правда, долго проработать ему не пришлось по причине произошедшей через пару месяцев после запуска аварии: реактор остановили, а после трагедии на Фукусима-1 и вовсе передумали запускать. В 2016 было принято решение об утилизации реактора.

Из-за очевидного военного потенциала плутоний стали активно использовать при производстве ядерного оружия (так называемый оружейный плутоний), как источник энергии для космических кораблей и в качестве топлива для ядерных реакторов.

Нептуний

Фото: Los Alamos National Lab., Public domain, via Wikimedia Commons

Плотность: 20,48 г/см 3

Еще одно радиоактивное «детище» урана, полученное в ходе проведения ядерных реакций. Считается первым трансурановым элементом. Относительно мягкое вещество отличается хорошей ковкостью, медленно вступает в реакцию с воздухом, быстро окисляясь при высокой его температуре. На земле этот металл встречается в следовом количестве, поэтому его добыча в естественных условиях попросту бессмысленна.

Нептуний опасен для человека при радиоактивном распаде: около 70-80% его частиц оседает в костной ткани, что приводит к полному ее поражению (степень поражения зависит от валентности изотопов). Основное его применение – получение плутония.

Рений

Фото: Alchemist-hp (talk) (pse-mendelejew.de), FAL, via Wikimedia Commons

Плотность: 21,01 г/см 3

Температура плавления/кипения: 3186 0 С /5596 0 С

Обнаружение плотного металла серебристого цвета было предсказано Менделеевым в далеком 1871 году, а фактическое его открытие произошло лишь спустя полтора столетия (в 1925-м). Рений стал последним среди открытых элементов со стабильным изотопом: все открытые позднее таковых не имели.

Рений – один из самых редких элементов нашей планеты. По своим геохимическим свойствам похож на вольфрам. Серебристо-белый металл считается одним из самых твердых и плотных среди всех существующих. В чистом виде рений пластичен уже при комнатной температуре, но при этом полностью сохраняет свою прочность даже при многократном нагреве или охлаждении.

Рений труднодоступен, а его получение весьма материалозатратно, поэтому металл является одним из самых дорогих: цена за 1 кг колеблется от 1000 до 10000 долларов. «Добыча» рения происходит преимущественно в процессе переработки молибденового и медного сырья.

Сфера применения рения обусловлена рядом его свойств (тугоплавкостью, устойчивостью к большинству реагентов и пр.). При этом учитывается его дороговизна: применение металла ограничено теми случаями, когда он дает преимущество перед использованием других. В основном, рений применяют при производстве ракетных деталей (в особенности, реактивных и ракетных двигателей).

Платина

Плотность: 21,44 г/см 3

Температура плавления/кипения: 1768 0 С /3825 0 С

«Выносливая» и твердая платина практически достигла вершины нашего рейтинга, что неудивительно: это один из самых тяжелых металлов в мире. Драгоценное вещество считается также одним из редчайших на планете. Кстати, даже так называемый самородный металл нельзя считать чистым: в нем содержится до 20% железа, а также родий, иридий, осмий, реже – медь.

Платина считается одним из самых инертных металлов, не вступающим в реакцию с кислотами и щелочами. Блестящий серебристый металл активно применяют в ювелирном и стекольном деле, медицине (хирургии), химической промышленности, автомобилестроении, а благодаря устойчивости к вакууму – еще и при создании космических аппаратов.

Интересный факт: преимущественная часть платиновых запасов мира «спрятана» в недрах всего лишь 5 стран – России, Китая, Зимбабве, ЮАР и США.

Иридий

Плотность: 22,53 г/см 3

Температура плавления/кипения: 2466 0 С/4428 0 С

Фактически иридий делит первое место с осмием – разница в плотности этих веществ – сотые доли грамма. Тем не менее этот «тяжеловес», все же, на эту самую малость легче. Это – очень редкий, ценный металл, абсолютно не взаимодействующий с кислотами, водой и даже воздухом. Иридий (как и лидер рейтинга самых тяжелых металлов) – тугоплавкое вещество, плохо поддающееся обработке.

В переводе с греческого означает «радуга», что неудивительно, ведь иридиевые соли отличаются невероятной цветовой гаммой: от медно-красного до ярко-синего. Белый с легким серебристым, словно зеркальным оттенком иридий считается самым прочным и одним из редчайших на планете: за год добывается не более 10 тонн, причем большинство месторождений расположены в месте падения метеоритов.

Применяется в высокоточном машиностроении в качестве индикатора герметичности сварочных швов. Активно используется палеонтологами и геологами в качестве временного индикатора обнаруженного слоя той или иной породы. Нередко один из самых тяжелых металлов на планете применяют и для получения электроэнергии. В последние годы иридий получил довольно неожиданное и необычное применение: для электростимуляции нервов и при создании протезов глазного и ушного аппарата человека.

Осмий

Плотность: 22,62 г/см 3

Самый тяжелый «представитель» периодической таблицы Менделеева, и, соответственно, самый тяжелый в мире металл. Год 1803-й стал для этого элемента фактически поворотным, поскольку в этот период времени его открытие происходило буквально в гоночных условиях: два ученых параллельно открыли осмий – Теннант и де Фуркруа. Но Теннант, все же, добился более четких и глубоких результатов, и в официальных документах, поданных королевскому обществу Лондона, указал, что найденный элемент условно делится на два металла – иридий и осмий.

Добыча осмия требует немалых затрат, поскольку он редкий и сложно поддающийся воздействию. Отсюда и внушительная стоимость – 15000 долларов за 1 грамм вещества. Плотность осмия лишь чуть-чуть превышает аналогичный показатель иридия, хотя свойства обоих видов пока не до конца изучены. Самый тяжелый металл в мире «недружелюбен» к высоким температурам: он очень тугоплавкий.

Осмий входит в группу платиновых элементов и условно благородный. И, хотя при застывании осмий образует красивые серебристо-голубые кристаллы, для создания ювелирных изделий он не подходит, поскольку абсолютно непластичен и плохо поддается ковке. Отличается специфическим запахом – чесночно-хлорная смесь.

Высоко ценится из-за своей прочности: металл часто добавляют в состав для изготовления узлов, подвергающихся частому и сильному трению. Такие сплавы становятся невероятно прочными и устойчивыми к любому воздействию.

Читайте также: