Какой металл лучше плавится

Обновлено: 30.04.2024

Тугоплавкие металлы выделяются в отдельную категорию по признаку минимальной температуры плавления – от +200 °С. Кроме этого, все подобные металлы относятся к редкоземельным, то есть их процентное содержание в земной коре крайне мало – 2-3 %. Их сложно обрабатывать в чистом виде, но значение в сплавах сложно переоценить. Например, именно благодаря тугоплавким металлам работают лампы накаливания.

Причина устойчивости к сверхвысокой температуре кроется в структуре атомов, электроны на их орбитах расположены очень близко друг к другу. Тугоплавкие металлы также устойчивы к деформации. Подробнее о свойствах и применении тугоплавких металлов читайте в нашем материале.

Получение тугоплавких металлов

Тугоплавкие металлы проявляют высокую химическую активность, легко взаимодействуя с другими элементами. Это осложняет их добычу, так как металлы этой группы редко сохраняются в чистом виде.

При добыче элементов этой группы сначала получают металл в виде порошка, применяя специальное оборудование. На сегодняшний день нет технологий, позволяющих эффективно добывать металлы из группы тугоплавких, отделяя их от примесей. Химические соединения тугоплавких металлов отличаются нестабильностью, что осложняет их применение в промышленности и снижает качество конечной продукции.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Методы добычи тугоплавких металлов

Восстановление через триоксид водорода

Эта технология для получения тугоплавких металлов в виде порошка требует постоянной температуры в диапазоне от +800 до +1000 °С, для чего используют специальные печи. Чаще всего эту многоэтапную методику применяют для добычи вольфрама и молибдена

Восстановление перренатов водородом

Выделение рения по такой технологии в промышленных масштабах производят при температуре в диапазоне от +480 до +520 °С. Для вымывания из порошка щелочи используют смесь соляной кислоты с горячей водой

Через металлические соли

Технологию чаще всего применяют при добыче молибдена. В процессе выделения металла смесь металлической соли с порошком металла подвергают нагреву от +550 до +900 °С в защитной среде из инертного газа. Далее молибден восстанавливают водородом при +820…+980 °С

В основном, все методики получения тугоплавких металлов основаны на так называемой порошковой металлургии. После получения исходного материала в виде порошка из него методом химического восстановления водородом выделяется нужный металл. Далее получают гексафторид металла и уже из него выделяют металл в чистом виде.

Плавление тугоплавких металлов в виде порошка производят в специальных печах, после чего металл проковывают (протягивают) в проволоку или листы. Помимо нагрева, специальное оборудование попутно прессует металл, придавая ему необходимую форму. Все операции из-за высокой химической активности сырья проходят в защитной среде из инертных газов.

Сферы применения тугоплавких металлов

Тугоплавкие металлы широко используются в промышленности:

Как легирующие добавки при выплавке стали.
В станкостроении, машиностроении и в производстве автомобилей.
В производстве комплектующих для электротехники – электродов, нитей накаливания и других жаростойких деталей.
В самолетостроении при производстве реактивных двигателей.
В военной промышленности, особенно при производстве ракет.
В производство особо прочных сплавов для снарядов, элементов брони военной техники и другой военной продукции от оружия до защитного снаряжения.
В производстве красок, огнестойких покрытий и еще многих областях производства.
В атомной энергетике, где оборудование работает в экстремальных температурных режимах. Применение металлов из группы тугоплавких позволяет обеспечить стабильную и безопасную эксплуатацию АЭС.

Свойства рения (Re)

Рений расположился на 75-й позиции в периодической таблице химических элементов. По тугоплавкости из металлов в чистом виде (речь не идет о сплавах) уступает только вольфраму. При стандартных условиях он обладает плотной структурой и серебристым цветом. Месторождения рения найдены по всему миру, но первоначально его открыли в Германии, своим названием металл обязан реке Рейн.

Официальной датой открытия этого элемента считают 1925 год, когда Уолтер Ноддак обнаружил элемент, существование которого задолго до этого предсказывал Менделеев. В 1928 году Ида Тэкке и Отто Берг смогли получить из молибденовой руды килограмм рения, затратив при этом на каждый грамм полученного вещества более 650 г сырья.

Физические свойства:

При плотности 21 г/см3 рений стоит на 4-м месте по твердости.
Рений плавится при температуре +3200 °С, а закипает при +5600 °С.
Чистый рений в порошке пластичен, однако по мере обработки его твердость начинает резко расти. Этот металл легко выдерживает многократные нагревы и охлаждения, не теряя своей прочности.
По удельному сопротивлению рений вне конкуренции в своей группе.

Металл находят повсюду, однако в таких мизерных количествах, что его по праву считают одним из самых редких элементов таблицы Менделеева. Отсюда и стоимость металла: в зависимости от химической чистоты порошок стоит от 1 300 до 12 000 долларов за килограмм. Лидерами по добыче металла сегодня являются США и Российская Федерация. Разведанные запасы на 2020 год составляли около 13 000 тонн, по расчетам этого количества хватит на 150–200 лет.

Рений применяют:

Для создания покрытий, защищающих металл от коррозии и механических повреждений. Однако покрытия на основе сплавов рения в разы дороже хромовых.;
В химической промышленности – им покрывают внутренние стенки емкостей для хранения кислот.
В качестве добавки в жаропрочных сплавах.
При строительстве ракет и самолетов в качестве легирующей добавки, а также для создания жаропрочного покрытия на поверхности турбинных лопаток или сопел двигателей.

В целом рений относительно мало применяют в промышленности из-за его редкости и дороговизны.

Причины востребованности тантала (Ta)

Этот металл занимает 73-ю позицию в периодической системе элементов. При стандартных условиях тантал представляет собой серебристый металл, иногда с голубоватым оттенком, который ему придает оксидная пленка. В 1802 году шведский ученый А. Г. Экеберг обнаружил тантал в двух образцах породы: из Швеции и Финляндии. В чистом виде металл смогли получить только через 42 года. Отсюда название – в честь мифического героя, которого боги обрекли на вечные страдания.

Почти через 100 лет после открытия Экеберга немецкий исследователь Болтон выделил пластичную форму этого металла.

температура плавления тантала +3000 °С, а кипения +5500 °С;
при сравнимой с золотом пластичности тантал обладает очень высокой плотностью – порядка 17 г/см3;
тантал отлично поглощает газ и при нагреве до +800 °С способен поглотить 740 объемов газа;
при охлаждении до температуры ниже 4,5 К тантал переходит в сверхпроводящее состояние;
тантал – парамагнетик при температуре до -3420 °С, при более низкой температуре он становится ферромагнетиком.

Главные месторождения танталовой руды расположены во Франции, Египте и Таиланде. В земной коре процентное содержание этого редкого металла составляет 0,0002 %. Один килограмм тантала стоит в среднем около 250 долларов США. Если же речь идет об очищенном до 99,9 % металле, его цена превышает 4000 $.

Применение тантала в промышленности:

компонент антикоррозионных и жаростойких покрытий;
устойчивые к воздействию агрессивных химических агентов предметы лабораторной посуды;
теплообменники атомных электростанций (тантал не вступает в реакцию с парами цезия);
сверхпроводящие стержни в криотронах.

В последние годы тантал нашел еще одно необычное применение. Благодаря способности этого элемента образовывать на поверхности прочную и красивую радужную оксидную пленку, этот металл полюбили ювелиры.

Для того чтобы получить 1 тонну чистого (от 80 %) тантала, понадобится переработать около 3 000 тонн породы.

Тугоплавкий металл Ниобий (Nb)

Занимающий 41-ю позицию в периодической таблице Менделеева ниобий выделил из колумбита в начале XIX века англичанин Хэтчет. На первых порах ниобий посчитали вариантом тантала, так как эти два металла очень похожи. В 1844 году исследователь из Германии Генрих Розе, назвал металл в честь любимой дочки.

Добыча ниобия из руды происходит в три этапа: вскрытие концентрата, разделение ниобия и тантала и химическое восстановление чистого ниобия. В промышленности используют карботермическую, алюмотермическую и натрийтермическую технологии добычи ниобия из руды. Все изотопы ниобия, кроме одного, радиоактивны. Взаимодействие человека с пылью металла приводит к раздражению слизистых, отравлению и даже параличу конечностей в тяжелых случаях.

Области применения ниобия:

легирующая добавка в стали, применяемые в авиапромышленности;
легирующая добавка в сплавах цветных металлов;
изготовление сверхпроводящей проволоки для криотронов;
изготовление электролитических конденсаторов высокой удельной теплоемкости;
чеканка памятных монет.

Основные объемы ниобия добывают в Северной Америке, Японии и Бразилии. В нашей стране добыча ниобия ведется на Кольском полуострове.

Сферы применения молибдена (Мо)

Честь открытия этого тугоплавкого металла принадлежит шведскому ученому Карлу Шееле, который в 1778 году, прокаливая молибденовую кислоту, получил триоксид молибдена. Металлический молибден в виде порошка в 1817 году получил Йенс Якоб Берцелиус путем восстановления оксида водородом. Молибден представляет собой мягкий пластичный металл серебристо-белого цвета. Земная кора по оценкам ученых содержит 3×10−4 % молибдена.

мягкий пластичный металл с твердостью по шкале Мооса 4.5 балла;
парамагнетик;
крайне низкий коэффициент теплового расширения;
температура плавления +2 600 °С, кипения +4 650 °С.

Крупнейшие современные месторождения молибдена – в США, Канаде, Мексике, Австралии, Норвегии, России и Чили. Крупные запасы молибдена (7 % от мировых) найдены в Армении.

Применение молибдена:

в качестве легирующей добавки при выплавке жаропрочных нержавеющих сталей;
катализатором реакций в химической промышленности;
в качестве компонента зеркал газодинамических лазеров;
как нагревательный элемент в высокотемпературных вакуумных печах.

В человеческом организме молибдену отведена крайне важная роль: он участвует в тканевом дыхании, усиливая работу антиоксидантов. А вот вдыхание молибденовой пыли ведет к пневмокониозу – неизлечимой болезни легких.

Самый тугоплавкий металл Вольфрам (W)

В группе тугоплавких металлов лидирует вольфрам. Поспорить с ним в термостойкости может только один неметаллический элемент таблицы Менделеева – углерод. В периодической системе вольфраму принадлежит 74-я позиция. Название металла, в переводе означающее «волчья пена», досталось ему от минерала вольфрамита, который затруднял выплавку олова, превращая руду в шлак. Вольфрам был открыт в 1783 году братьями Элюар, по другой версии честь открытия принадлежит Карлу Шееле.

Физические особенности свойств вольфрама:

блестящий металл, сероватого оттенка;
температура плавления +3400 °С, а кипения + 5 555 °С;
плотность 19,25 г/см3, что делает его одним из наиболее плотных элементов;
парамагнетик;
твердость 7,5 баллов по шкале Мооса;
пластичен, хорошо куется, протягивается в нити или пластинки.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Легкоплавкие металлы – список, особенности и значение для человека

Однозначности в классификации этой группы металлов у специалистов нет. Их главное свойство содержится в названии – легкоплавкие металлы.

Что представляет собой

Как понятно из названия, легкоплавким считается металл с малой температурой плавления.

В номенклатуре, принятой Международным союзом теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), термин «легкоплавкие металлы» отсутствует.

У специалистов единства тоже нет. Одни выставляют «порог плавления» в 500°С. Для других легкоплавким металлом является металл, расплавляющийся при менее 600°С.

Перечень

В соответствии с основной классификацией (температура плавления не более 500°С), к списку легкоплавов причислены следующие элементы:

Название	Температура плавления (°С)
Цинк	419
Палладий	327
Свинец	327
Кадмий	321
Таллий	303
Висмут	271
Полоний	254
Олово	232
Индий	157
Натрий	98
Калий	63
Рубидий	39
Галлий	30
Цезий	28
Ртуть	– 39

Ртуть – самый легкоплавкий металл. Она единственная из группы плавится на морозе.

Галлий называют металлом, тающим в руках (нормальная температура тела человека выше точки плавления вещества почти на семь градусов).

Классификация

Легкоплавы подразделяются на две группы:

Тяжелые легкоплавкие металлы – кадмий, кобальт, свинец, ртуть. легкоплавкие металлы – кадмий, олово, галлий, индий, таллий, полоний, висмут.

К драгоценным элементам причислен палладий.

Палладий

Легкие элементы полоний и висмут радиоактивны .

Висмут

Олово, таллий, свинец, цезий – мягкие легкоплавы.

Свинец

Самый мягкий легкоплавкий металл – цезий (0,2 по шкале твердости Мооса).

Где и как применяются

Для всех сфер применения решающее преимущество данной группы – низкая температура плавления.

Особенности использования

На основании этого свойства легкоплавких металлов определены способы использования:

Мягкие легкоплавы – материал пайки микросхем. Пайка обычным припоем исключена, поскольку создает перегрев, который их расплавит.
Гораздо чаще используются сплавы. Они легкоплавки, но плотные, прочные на разрыв, химически инертны.
Самые востребованные соединения: свинцовые, оловянные, кадмиевые, цинковые, ртутные. А также с висмутом, таллием, индием, галлием как базисным компонентом.

Легкоплавкие сплавы – это конгломерат металлов с температурой плавления не выше «оловянной» (232°С). Нижний предел – минус 61°C. На таком холоде плавится амальгама таллия.

Области применения

Сферы применения материала: энергетика, машиностроение, электро-, радиотехника, химпром:

Основа жидких теплоносителей, смазка.
Выплавка моделей сложной конфигурации.
Пожарный сегмент: термодатчики, клапаны тушения огня, другая аппаратура раннего оповещения о возгораниях.
Основа термометров разных видов и предназначения.
Верхний слой, предохранители, термодатчики микроэлектроники.
Медицина. Материал протезов, фиксатор при переломах.

Это также проводники, антикоррозионные покрытия, компонент антифрикционных сплавов.

Используются уникальные свойства отдельных позиций из списка легкоплавов:

Свинец – материал подшипников, предохранителей, аккумуляторов, оболочка кабеля. Это щит от радиоактивного излучения.
Олово – защитный слой стали.
Цинк – компонент латуней, анодное покрытие стальных изделий с высоким КПД.
Галлий – заменитель ртути, сохраняющий вакуум в аппаратуре.

Легко плавящиеся сплавы образуют также щелочные металлы. На практике такие материалы используются мало из-за чрезмерной химической активности.

Биологическое воздействие

Влияние легкоплавов на организм человека различно:

Без калия как удобрения растения чахнут, плохо плодоносят. В организме человека работает в дуэте с натрием. Под его контролем жизненно важные процессы.
Микродозы кадмия содействуют метаболизму. Однако вещество, его растворимые соединения токсичны.
Висмут токсичен, но безопасен для биологических организмов. Это радиоактивное вещество, поэтому аптечные препараты с ним нужно применять строго по инструкции.
О токсичности галлия точки зрения противоположны – от малой до высокой степени. Но интоксикация веществом реальна.
Бесполезные для человека как биологического объекта свинец и ртуть токсичны. Особенно опасна ртуть из разбившегося домашнего градусника.

На особом счету таллий. Мягкое серебристое с сероватой голубизной вещество – сильнейший яд. Его «вывела в свет» как средство получения наследства, решения других проблем Агата Кристи. Описание яда, технологии его применения содержит десяток романов королевы английского детектива.

Легкоплавкие металлы

С легкоплавкими металлами большинство из нас сталкивается в быту. Всем давно известен ртутный термометр, который позволяет измерять температуру тела человека. За счет низкой температуры плавления ртуть быстро расширяется и демонстрирует, стоит ли срочно принимать жаропонижающее или же перед нами обычный пример «воспаления хитрости».

Ну, а без свинца опытные рыбаки вообще не выходят из дома. Да, удилища просто необходимы, но для утяжеления лески применяются свинцовые грузила, которым можно легко придать форму обычными ручными инструментами. А где еще применяют легкоплавкие металлы?

Какие металлы являются самыми легкоплавкими

Легкоплавкие – это металлы с малой температурой плавления. В номенклатуре, принятой Международным союзом теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), такого термина не существует. Специалисты не могут прийти к общему мнению относительно температуры, которая является показателем легкоплавкости: одни говорят о пороге плавления +500 °C, вторые – +600 °C.

И все же основной считается классификация, устанавливающая температуру плавления не более +500 °C. В таблице указаны наиболее распространенные и самые легкоплавкие металлы:

Температура плавления (°С)

Ртуть является наиболее легкоплавким металлом, так как единственная способна менять агрегатное состояние при минусовой температуре. Галлий известен как тающий в руках металл, ведь точка его плавления почти на 7 °C ниже нормальной температуры тела человека.

Среди легкоплавких металлов принято выделять две группы:

Тяжелые, то есть кадмий, кобальт, свинец, ртуть.
Легкие, в число которых входят олово, галлий, индий, таллий, полоний, висмут.

К драгоценным элементам относится палладий.

Легкоплавкие металлы в приведенном ниже списке названий могут оказывать разное воздействие на живых существ и человеческий организм:

Калий необходим растениям в качестве удобрения, иначе они начинают болеть и плохо плодоносят. В организме людей этот элемент отвечает за жизненно важные процессы и работает вместе с натрием.
Кадмий в микродозах положительно влияет на метаболизм, хотя является токсичным, как и его растворимые соединения.
Висмут токсичен и радиоактивен, при этом входит в состав аптечных препаратов. Их важно принимать только по инструкции, чтобы не навредить организму.
Галлий токсичен, правда, специалисты расходятся во мнении относительно его опасности – от малой до высокой степени.
Свинец и ртуть также токсичны и являются бесполезными для человеческого организма даже в малых дозах. Наибольшую опасность представляет собой ртуть из разбившегося медицинского градусника.
Таллий является сильнейшим ядом, несмотря на то, что выглядит достаточно привлекательно – это мягкое серебристое или серовато-голубое вещество. Он стал широко известен благодаря произведениям Агаты Кристи, ведь в десятке ее романов содержится описание яда, за счет применения этого легкоплавкого металла ее герои часто решали свои проблемы.

Свойства легкоплавких металлов, активно применяемых в промышленности и быту

Известно немало металлов, плавящихся при температуре до +600 °C, но лишь некоторые из них активно используются в промышленности и быту. На остальные приходится в пределах 10 % рынка цветных и черных металлов. Остановимся на наиболее распространенных легкоплавких металлах.

Впервые металл упоминается в неявном виде еще древними греками и египтянами. В те времена его использовали как компонент латуни. В промышленных масштабах производить цинк начали в 1743 году в Бристоле, а в 1746-м появился отдельный способ его получения. Он предполагал прокаливание окиси смеси с углем без доступа кислорода и последующее охлаждение паров в холодильном оборудовании.

Цинк отличается такими химическими и физическими особенностями:

имеет серебристо-белый цвет, высокую пластичность при +100…+150 °C;
при комнатной температуре настолько хрупкий, что даже незначительные сгибания вызывают различимый хруст;
плавится при +419 °C;
количество примесей непосредственно влияет на хрупкость этого легкоплавкого металла;
способен образовывать амфотерные соединения;
под действием воздуха на поверхности цинка формируется оксидная пленка.

Известно свыше 65 минералов, содержащих цинк. Его доля в земной коре исчисляется в пределах 8*10^(-3) %. Цинк есть и в воде, он активно мигрирует в термальных потоках, как и свинец. Крупнейшие месторождения этого металла находятся в Иране, Австралии, Боливии, Казахстане.

Примеры использования данного легкоплавкого металла:

как антикоррозийное покрытие железа/стали;
в качестве компонента аккумуляторов и элементов питания сухого типа;
в типографском деле, где металл используется в виде листов;
как составляющая сплавов в полупроводниках.

В человеческом организме цинк выполняет функцию катализатора, является компонентом инсулина. Основными источниками этого элемента являются молоко, мясо и яйца. При недостаточном содержании цинка в почве растения начинают болеть. В чистом виде металл является малотоксичным.

Свинец

Это серебристый легкоплавкий металл, который может иметь беловатый или голубоватый отлив. Он широко распространен и прост в обработке, поэтому применялся человеком еще за 6 400 лет до н. э. К промышленному производству свинца приступили в 1840 году, а к концу XX века спрос на него стал падать, так как появились менее опасные для здоровья материалы. В результате пришлось снизить темпы его добычи.

Физические свойства

Химические свойства

Имеет низкую теплопроводность в пределах 35 Вт/(м*к) при 0 °C

Образует оксиды при взаимодействии с кислородом

Отличается высокой пластичностью – свинцовые изделия можно царапать, разрезать ножом, сгибать

Является хорошим реагентом для кислот

Обладает температурой плавления – +328 °C, кипения – +1750 °C

Вступает в реакцию с растворами щелочей

Относится к тяжелым металлам, имея плотность 11,34 г/см3, но данный показатель снижается при повышении температуры

Ряд соединений свинца имеет повышенные кислотные свойства, из-за чего вещество считается окислителем

При достижении 7,26 °K превращается в сверхпроводник

Свинец добывают из руды с галенитом методом флотации, чтобы получить концентрат с 50–80 % чистого вещества. После чего используют один из четырех методов, чтобы изготовить черновой свинец. Основные месторождения данного легкоплавкого металла находятся в США, Китае, России.

Сферы применения свинца:

изготовление взрывчатки – в ход идет нитрат свинца;
черная промышленность – выполняет функцию компонента тяжелых жидкостей по обогащению руд;
катодный материал в источниках тока химического типа;
термоэлектрический материал – для этого используют теллурид свинца;
основа свинцовых аккумуляторов и иных источников питания;
производство шпаклевки и некоторых разновидностей краски;
присадка для повышения октанового числа бензина.

В медицинской сфере этот металл защищает людей от излучения рентгеновских аппаратов. Один килограмм свинца сейчас стоит всего 2-3 доллара.

Данный легкоплавкий металл сам по себе нетоксичный, зато его производные соединения очень опасны.

Кадмий

Мягкий и ковкий, тягучий металл серебристо-белого цвета. В отличие от описанных выше легкоплавких металлов, стал известен относительно поздно – лишь в 1817 году. Его открыл немецкий профессор Ф. Штромейер, дав название, происходившее от руды, из которой тогда добывали цинк. В земной коре доля кадмия составляет 130 мг/т. В воде он содержится в пропорции 0,11 мк/л. В природе существует только шесть минералов, в составе которых есть кадмий, но в целом он распространен так же широко, как цинк.

Физические характеристики данного легкоплавкого металла:

Почти 40 % производства кадмия обеспечивает изготовление антикоррозийных покрытий для других сплавов. Кадмирование считается электролитической операцией и одним из лучших способов защитить детали и инструменты от образования очагов ржавчины. 20 % получаемого кадмия используют как добавку для краски. Также этот легкоплавкий металл участвует в производстве пленочных солнечных батарей, полупроводников, криогенной техники, задействуется при пайке алюминия.

Не стоит забывать, что в больших концентрациях соединения кадмия являются ядом.

Таллий

Таллий также считается легкоплавким металлом, ведь плавится при +304 °C, а закипает при +1473 °C.

Он был открыт в 1861 году английским ученым Круксом через спектральный метод. Название, выбранное для металла, объясняется наличием зеленых линий спектра – «таллий» переводится с греческого как «зеленая ветвь». Этот металл входит в число элементов рассеянного типа. На данный момент известно всего семь минералов, в которых в неявном виде фигурируют частицы таллия. В земной коре он присутствует в объемах 3,5*10^(-5) %.

Таллий используется в таких сферах:

в виде амальгамы как теплоноситель в термометрах;
при кардиологических исследованиях;
как материал линз в инфракрасной оптике;
как добавка в металлогалогеновые лампы;
в минералогии позволяет определять характеристики минералов;
как яд против грызунов в труднодоступных местах.

Основными физическими свойствами данного легкоплавкого металла являются сверхпроводимость при температуре выше 2,39 °K, твердость 1,3 по Моосу и 20 МПа по Бриннелю. Химическими свойствами таллия является способность вступать в реакцию с неметаллами, хорошая растворимость в азотной и серной кислоте и инертность по отношению к щелочам.

Таллий не является важным элементом для нормальной жизнедеятельности человеческого организма. Более того, он считается ядом кумулятивного типа и при значительных концентрациях приводит к поражению почек, нервной системы, ЖКТ.

Висмут

Этот красивый металл когда-то применяли как материал для ковки эффектных переливающихся сабель, основ винтовок и другого оружия. Первые упоминания о металле датируются 1546-м годом, однако официальное признание он получил лишь спустя почти 200 лет – в 1739 году. Еще через 80 лет элемент был внесен в периодическую систему.

В земной коре содержится 2*10^(-5) % висмута. Он встречается как чистый элемент в руде, поэтому его добыча не представляет большого труда. В промышленных масштабах примерно 85 % материала получают как попутный продукт от переработки медных, оловянных, свинцовых и других руд.

Физические особенности данного легкоплавкого металла:

8 кристаллографических модификаций;
повышение плотности при переходе из твердого состояния в жидкое;
увеличение удельного электрического сопротивления при росте температуры;
низкая теплопроводимость на уровне 7,9 Вт/(м*К);
плавится при +271 °C, кипит при +1564 °C;
модуль упругости составляет 33–35 ГПа, а модуль сдвига равен 12,5 ГПа;
хрупкость при комнатной температуре, становится пластичным при +160…+230 °C.

Речь идет о редком металле, ежегодные объемы добычи которого в чистом виде составляют не более 6 200 тонн. Главными странами-поставщиками висмута являются Германия, Монголия, Австралия, Перу, Россия. Цена на этот металл меняется в зависимости от спроса, например, в 2020 году за килограмм висмута просили 12$.

Олово

Люди начали использовать данный легкоплавкий металл в IV веке до н.э., но в чистом виде научились его получать лишь в XXI-м. Олово плавится при +231 °C и закипает при +2 620 °C. Модуль упругости равен 55 ГПа, а временное сопротивление на разрыв составляет 20 МПа. Твердость по Бринеллю у белого и серого олова находится на уровне в 152 МПа и 62 МПа соответственно. Для литья этого металла необходима температура +260…+300 °C.

Олово используется в таких областях:

в качестве антикоррозийного покрытия в чистом виде либо в качестве сплава – таковыми на основе олова являются белая жесть, бронза и пьютер, который давно стал наиболее распространенным материалом для изготовления посуды;
как компонент красок;
в сфере гамма-резонансной спектроскопии;
в качестве легирующего элемента в производстве титана;
как абразив – для этих целей применяют двуокись олова;
как анодный материал в источниках тока химического типа.

Олово считается рассеянным редким элементом, его доля в земной коре находится в пределах 2–8*10^(-3)%. Этот легкоплавкий металл добывают преимущественно из минерала касситерита, который имеет в своем составе до 80 % чистого олова. Вторым по содержанию данного элемента является станнин, известный как оловянный колчедан – в нем содержится до 30 % олова. Главными поставщиками этого металла являются Китай и страны Юго-восточной Азии.

Сейчас нет достоверных сведений относительно влияния олова на организм человека, однако передозировка чревата отравлением и хроническими заболеваниями легких.

Индий

Его в 1863 году открыли немецкие ученые Ф. Рейх и Т. Рихтер. Свое название металл получил из-за синего цвета линий в спектре или цвета индиго, а не в честь Индии, как это может показаться. Индий в чистом виде является редким и дорогим – цена на него стартует от 100 долларов за килограмм. Это объясняется тем, что он встречается всего в пяти минералах, а содержание в земной коре находится на уровне 10^(-5) %.

Сферы использования этого легкоплавкого металла:

производство ЖК-экранов, обязательным элементом которых является оксидно-оловянная пленка;
микроэлектроника, где он выполняет функцию акцепторной примеси;
компонент легкоплавких припоев;
покрытие зеркал, поскольку по своим отражающим свойствам индий не уступает серебру;
основа для фотоэлементов;
производство «голубого золота»;
уплотнитель, применяемый в вакууме.

Температура плавления этого легкоплавкого металла равна +157 °C, закипает он при +2072 °C. Критическая температура, при которой ему присуща сверхпроводимость, находится на уровне 3,404 °К. Твердость по Бринеллю составляет 9 МПа, а по Моосу – 1,2. Индий производят из отходов цинка, реже свинца и олова. Металл не играет значимой роли в человеческом организме.

Ртуть

Ртуть является ядом. Она активно задействовалась людьми в разных областях уже до нашей эры. Например, античные и средневековые медики лечили этим материалом венерические и другие болезни, алхимики старались превратить его в золото. В современном мире этот наиболее легкоплавкий металл используется в электротехнике, приборостроении, органической химии.

При комнатной температуре ртуть остается жидкой, поскольку плавится уже при -39 °C. Так как ее пары чрезвычайно опасны, данное вещество может содержаться только в закрытом виде.

Галлий

Галлий реже используется в промышленности, чем другие описанные металлы, зато его способность к плавлению можно ощутить, просто прикоснувшись. Дело в том, что этот легкоплавкий металл становится мягким при +29,8 °C, что гораздо ниже температуры тела человека. Иными словами, он просто растекается в руках.

О существовании этого элемента рассуждал еще Д. Менделеев, однако выделить его получилось лишь в 1875 году.

Галлий относится к типичным рассеянным химическим элементам с двойной геохимической природой, а в земной коре его содержится около 19 граммов на тонну. Он не встречается в чистой форме, зато входит в состав множества минералов. Главными экспортерами галлия считаются страны Юго-Западной Африки, Россия, некоторые государства, входящие в СНГ.

Сферы использования металла:

изготовление соединений полупроводникового типа – на эти цели уходит до 97 % добываемого галлия;
в качестве холодной пайки в радиоэлектронике для металла и керамики;
как легирующий элемент;
дли изготовления оптических зеркал;
вместо ртути в выпрямителях электрического тока.

Галлий считается малотоксичным веществом и не играет значимой роли в жизнедеятельности организмов. Хотя этот металл не является самым легкоплавким в мире, его считают таковым из-за изменений, которые он претерпевает от тепла рук.

Это далеко не все легкоплавкие металлы, однако сфера применения остальных настолько ограничена, что не имеет смысла говорить о них в рамках одной статьи.

Тугоплавкие металлы – список и их полезные свойства

Чтобы расплавить металлы этой группы, требуются сверхтемпературы. Самый известный – вольфрам, из которого сделана нить накаливания в лампочках. Другие члены «семейства» тоже востребованы.

Что считать тугоплавким металлом

О признаке, по которому металл причисляют к группе, говорит название.

Тугоплавкие металлы – это химические элементы с температурой плавления выше большинства остальных:

В классическом понимании это более 2200°С. Таким свойством наделены пять металлов.
Однако термин «тугоплавкие» применяют и в отношении металлов с температурой плавления выше железа, т.е. от 1850°С. По этому параметру тугоплавкими металлами являются еще девять элементов.

Таким образом, список тугоплавких элементов включает 14 позиций.

Физико-химические характеристики

Главная характеристика группы – тугоплавкость – обеспечивается структурой атомов. Электроны располагаются так близко, что для разрыва межатомных связок требуется температура до двух тысяч градусов.

Вторая общая черта – замедленность деформации ползучести. Чтобы они начали «расползаться», требуется нагрев 1500+°C. В отличие от легкоплавких металлов, которые растекаются при паре сотен градусов.

Однако большинство свойств тугоплавких металлов (плотность, твердость, сопротивляемость сжатию) разнятся из-за принадлежности к разным группам и отличий в структуре кристаллической решетки.

Больше схожести в химических свойствах:

Легкость образования соединений с другими элементами, из-за чего обнаружить тугоплавы в чистом виде невозможно.
На воздухе покрываются защитной пленкой. Скорость определяется температурой.
При нагреве либо взаимодействии с газами (азотом, водородом, углеродом) первоначальные свойства утрачиваются, развивается коррозия, появляется хрупкость.
Устойчивость перед воздействием кислот.

Учитывая такие характеристики, с элементами работают в вакууме. Самый распространенный пример – вольфрамовая нить накаливания внутри бытовой лампочки.

Технология получения

Исходник большинства тугоплавов – руда.

Из нее удаляют примеси.
Рафинируют (восстанавливают нужный элемент). Способ восстановления зависит от требуемой степени чистоты металла. Поэтому задействуют дугообразную, электронно-лучевую либо плазменную плавку.
Лучший продукт дает плазма. Он представляет собой мелкие гранулы, порошок либо заготовки (проволока, фольга, слитки, арматура, прокат).

Технология плавления специфична, поэтому таким сырьем занимаются специальные предприятия. В СССР их было всего два.

Обработка тугоплавких металлов возможна только методами порошковой металлургии.

Сферы применения

Применение тугоплавких металлов не ограничивается бытовыми лампочками.

Их свойства обеспечивают использование всеми отраслями промышленного комплекса, ВПК, в быту:

Металлургия. Компонент-лигатура для сплавов.
Судо-, авиа-, космостроение. Детали двигателей.
Ядерный сектор. Материал деталей реакторов.
Химпром. Катализатор, источник света.
Электроника. Конденсаторы.

Материал популярен как база жаропрочных, повышенно устойчивых конструкций (огнеупоров) для указанных отраслей. Особенно если требуются детали сложной конфигурации.

Особняком стоит выращивание рубинов. Для этого в бесцветный кристалл добавляют микродозы хрома.

Почти всегда применяются сплавы. Например, ядерщиками и строителями космических аппаратов востребована молибденово-танталово-вольфрамовая композиция. Она не деформируется при температурах порядка 4000°С, упруга, пластична, невосприимчива к ржавлению.

В зависимости от температуры плавления тугоплавкие металлы причисляются к основной либо дополнительной группе.

Основная группа

Данный сегмент включает пять позиций: вольфрам, ниобий, тантал, молибден, рений. Плавятся при 2200°С+.

Свойства четвёртой группы элементов

Название	Ниобий	Молибден	Тантал	Вольфрам	Рений
Температура плавления	2750 K (2477 °C)	2896 K (2623 °C)	3290 K (3017 °C)	3695 K (3422 °C)	3459 K (3186 °C)
Температура кипения	5017 K (4744 °C)	4912 K (4639 °C)	5731 K (5458 °C)	5828 K (5555 °C)	5869 K (5596 °C)
Плотность	8,57 г·см³	10,28 г·см³	16,69 г·см³	19,25 г·см³	21,02 г·см³
Модуль Юнга	105 ГПа	329 ГПа	186 ГПа	411 ГПа	463 ГПа
Твёрдость по Виккерсу	1320 МПа	1530 МПа	873 МПа	3430 МПа	2450 МПа

Молибден

Самый востребованный из тугоплавких элементов.

Сфера использования номер один – металлургия:

Молибденом «усиливают» сталь, чтобы получить твердый сплав.
На пару с нержавеющей сталью применяют как материал инфраструктуры трубопроводов, деталей автомобилей, другой продукции машиностроения.
Благодаря температуре плавления, износостойкости, малой истираемости используется как легирующая присадка.

Молибдену требуется пара процентов лигатур в составе, чтобы свойства сплава изменились.

Например, полпроцента титана плюс 0,08% циркония создают молибденовый сплав, не снижающий прочность до 1060°C.

Неординарные параметры по трению обусловили использование молибдена как долговечной смазки с высоким КПД.

Материал незаменим для ртутных реле, поскольку амальгама с данным металлом ртутью не формируется.

Вольфрам

Открыт в конце 18 века. Самый твердый и самый тугоплавкий (3422°C) металл.

Тугоплавкий прочный металл, светло-серого цвета – вольфрам

Вместе с медью и железом используется как основа (до 80%) сплавов с рением, торием, никелем. Такие добавки повышают плотность, порог стойкости к ржавлению, надежность.

Востребован как материал систем электроснабжения, приборов, боеприпасов, ядерных боеголовок ракет. Никелевые сплавы как материал клюшек ценят поклонники гольфа.

Вольфрам в слитках

Вольфрам, его сплавы востребованы там, где нужна повышенная плотность в условиях запредельных температур.

Тантал

Самый стойкий к кислотам, коррозии из сегмента тугоплавких металлов.

Тяжёлый твёрдый металл серого цвета – тантал

Поэтому используется в конденсаторах смартфонов, планшетов, других гаджетов.

Совместим с биологическими организмами (не меняется под воздействием природных кислот). Благодаря этому применяется медициной.

В природе ниобий и тантал соседи. Не случайно названы по именам отца и дочери – Тантала и Ниобы, персонажей древнегреческих мифов.

Ниобий

Металл с небанальными характеристиками:

Самый легкий (малой плотности) в сегменте.
Уникален благодаря свойству менять коэффициент твердости и упругости в зависимости от степени отжига.
Самый частый в сплавах-суперпроводниках.

Применяется как материал конденсаторов, газовых турбин ракет, самолетов. А также элемент ядерных реакторов и ламп электронных приборов.

Вместе с гафнием и титаном – материал двигателей космических аппаратов (например, американского Аполлона).

Рений

Самый редкий и дорогой из тугоплавких металлов:

В сплавах выступает легирующим, никогда – основным компонентом.
Как лигатура, повышает утилитарные кондиции сплава: прочность, ковкость (например, с медью и платиной).
Обнаружен последним в тугоплавком сегменте.

Оксид рения – самый неустойчивый, плотный поток кислорода способен сорвать оксидный слой.

Сплавы с рением служат катализаторами, начинкой электронного оборудования, гироскопов, реакторов атомных объектов.

Дополнительная группа

Данный сегмент тугоплавких металлов включает девять позиций. Их общий признак – порог плавления от 1850°C.

Сюда зачислены девять элементов из трех групп (четвертый – шестой периоды) таблицы Менделеева.

У каждого своя «изюминка»:

Метаморфозы теплоемкости гафния необъяснимы наукой до сих пор. назван в честь России.
Из чистого ванадия вытачивают жетоны и медали для коллекционеров. – единственный тугоплавкий цветной металл. Материал зубных и костных протезов.
Без циркония невозможны салюты и фейерверки. Медицинский «дублер» титана.

Тонким слоем хрома и благородного родия покрывают поверхность изделий класса люкс, включая ювелирные. Процессы называются хромированием и родированием.

Читайте также: