Какой металл самый твердый по шкале мооса

Обновлено: 17.05.2024

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-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.

Иридий

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.

Рутений

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.

Тантал

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.

Осмий

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.

Рений

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.

Вольфрам

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.

Уран

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.

Родий

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.

Палладий

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.

Платина

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.

Золото

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:

Какие металлы самые прочные и твёрдые в мире?

Если вы сходу ответили на этот вопрос, наверняка, у вас в школе была пятёрка по химии. А если ничего не пришло в голову — самое время прочитать эту статью и узнать что-то новое.

Как определяется прочность металла?

Когда говорят о прочности металла, имеют в виду такие его свойства:

Прочность при растяжении. Чтобы измерить прочность при растяжении, нужно измерить силу, которая потребуется для того, чтобы растянуть материал до точки, в которой он разломится на части. Например, золото имеет низкую прочность, потому что его легко разорвать, а вот сталь – высокую.

Прочность при сжатии. Это показатель того, насколько хорошо материал сопротивляется сжатию. Если выразится проще – это твердость материала. Для измерения твёрдости материалов используют шкалу Мооса. В этой шкале 10 делений, где 0 – самый мягкий, а 10 – самый твердый материал. Например, алмазы относятся к 10-балльной прочности.

Предел текучести. Предел текучести определяется тем, насколько хорошо изделие из определенного металла сопротивляется изгибам и постоянной деформации.

Ударопрочность. Это способность материала противостоять ударам без разрушения. Если вернуться к алмазам, то они имеют 10 баллов по шкале Мооса, но могут быть разбиты при ударе молотком. В то время как сталь выдержит удар и не разлетится на осколки.

Какой металл самый прочный и твёрдый?

Получается, что одни металлы более прочные, а другие — более твёрдые. Например, по общей прочности ничто не сравнится со сталью. Если говорить о твёрдости, то здесь лидирует вольфрам. А соперник как прочной стали, так и твёрдого вольфрама — титан. Давайте разберём свойства и области применения самых прочных и твёрдых металлов.

Углеродистая сталь

Этот сплав железа и углерода (отсюда и название) существует уже много веков и его используют во всех сферах применения металлов: от строительства зданий, мостов и дорог до предметов повседневного пользования. Углеродистая сталь имеет высокие показатели по всем четырем свойствам, определяющим прочность.

Предел текучести – 260 МПа.
Прочность на разрыв – до 580 МПа.
Твердость — 6 по шкале Мооса.
Высокая ударопрочность.

Нержавеющая сталь

Это особый сплав стали, хрома и марганца. В результате смешивания получается коррозионностойкий металл с удивительными свойствами. Нержавеющая сталь хорошо подходит для токарной и фрезерной обработки.

Предел текучести – до 1560 МПа.
Прочность на разрыв – до 1600 МПа.
Высокая ударопрочность.
Твердость — от 5,5 до 6,3 по шкале Мооса.

Вольфрам

Вольфрам обладает самой высокой прочностью на разрыв и самой высокой температурой плавления среди всех встречающихся в природе металлов. В чистом виде он используется нечасто, поскольку хрупок и склонен к разрушению под ударом. Поэтому его сплавляют с другими металлами для создания еще более прочных материалов.

Прочность на разрыв – до 1725 МПа.
Предел текучести – 750 МПа.
Низкая ударопрочность.
Твердость — 7,5 по шкале твердости Мооса.

Карбид вольфрама

Как мы объяснили выше, вольфрам от природы очень хрупок, поэтому его сплавляют с другими материалами. При соединении с углеродом получается карбид вольфрама. Твердость этого материала делает его идеальным для использования в инструментах с режущими кромками, от обычных ножей до дисковых пил. Военные используют вольфрам для изготовления снарядов и ракет

Предел текучести – от 300 до 1000 МПа.
Прочность на разрыв – от 500 до 1500 МПа.
Высокая ударопрочность.
Твердость — от 9 до 9,5 по шкале Мооса.

Титан

Часто используется в аэрокосмической промышленности. Чистый титан имеет низкий предел текучести — от 275 до 580 МПа. Поэтому его обычно легируют для получения более прочных вариантов.

Титановые сплавы могут иметь предел текучести до 1200 МПа.
Прочность на разрыв – до 980 МПа.
Твердость — 6 по шкале Мооса.

Тантал

Редкий тугоплавкий металл, схожий в этом смысле с вольфрамом. Из-за своей высокой стоимости используется в небольших количествах в чаще всего в производстве сложной техники: мощных конденсаторов, автомобильной электроники, смартфонов, фотокамер.

Предел текучести –до 170 МПа.
Прочность на разрыв – 285 МПа.
Высокая ударопрочность.
Твердость — 6,5 по шкале Мооса.

Какой самый твердый материал на Земле?

Алмаз оценивается по шкале твердости Мооса на 10 баллов, что говорит о том, что это самый твердый природный материал, когда он подвергается царапинам. Однако, по прогнозам, лонсдейлит, вещество, обнаруженное в метеоритах, будет еще более твердым, чем алмаз.

Спросите любого любителя науки: "какой самый твердый материал?" - и он, несомненно, ответит: "Алмаз".

На протяжении десятилетий люди использовали безупречную твердость алмаза для интенсивной резки. Кроме того, учитывая его способность красиво взаимодействовать со светом, бриллианты являются крайне желанным украшением для женщин. Но действительно ли алмаз - самый твердый материал на Земле?

Ну, почти… ученые обнаружили потенциального соперника, который, как полагают, даже тверже, чем алмаз.

Самое твердое вещество природного происхождения на нашей планете

Когда дело доходит до природных твердых веществ, алмаз является явным победителем. Благодаря своей компактной структуре его очень трудно превзойти по твердости. Теперь возникает вопрос… как мы измеряем твердость?

Измерение твердости

В материаловедении очень важна оценка твердости материала. Однако определить твердость не так-то просто. Таким образом, твердость можно измерить по-разному, в зависимости от контекста и применимости.

Шкала твердости Мооса

Одна из наиболее часто используемых шкал твердости - шкала твердости Мооса, разработанная немецким минералогом Фридрихом Моосом в девятнадцатом веке. По этой шкале твердость - это мера сопротивления, проявляемого одним материалом при царапании другим материалом. Шкала твердости Мооса варьируется от 0 до 10, где 10 означает самую твердую (наименее подверженную царапинам), а 0 - наименьшую твердость.

Шкала твердости минералов Мооса.

Алмаз получил 10 баллов по этой шкале, что ясно указывает на то, что это самый твердый натуральный материал, когда его подвергают царапинам. Чтобы понять, насколько хорош алмаз, рассмотрим сталь, которая известна своей твердостью и имеет только 4,5 балла по этой шкале!

Так вот, измерение твердости по стойкости вещества к царапинам одобрялось далеко не всеми. Таким образом, ученые начали искать альтернативный метод измерения твердости. Была разработана еще одна методика определения твердости, в которой для оценки твердости использовался индентор.

Тест твердости по Виккерсу

Один из самых известных тестов для определения твердости с использованием индентора - это тест твердости по Виккерсу. При этом методе испытания на твердость индентор в форме пирамиды прижимается к материалу, твердость которого необходимо оценить. На данный материал в течение определенного времени прилагается определенное усилие. После этого индентора измеряется степень вмятины на материале. Это делается путём измерения площади поверхности вмятины, нанесённой индентором на материал. Здесь снова было установлено, что алмаз является самым твердым природным материалом на Земле.

Что делает бриллиант таким твердым?

В этот момент вы можете спросить себя, что делает бриллиант таким твердым? Ответ кроется в молекулярной структуре этого блестящего элемента. Алмаз - это аллотроп углерода, состоящий из пяти атомов углерода, которые разделяют электроны друг с другом в структуре тетраэдрической решетки. Ковалентная связь между этими атомами углерода чрезвычайно прочна, и ее очень трудно разорвать при комнатной температуре.

Алмаз как тетраэдрическая структура углерода.

Из-за этой прочной ковалентной связи у алмазов нет свободных электронов, что делает их плохим проводником электричества, но отличным проводником тепла. Фактически, алмаз примерно в пять раз лучше по теплопроводности, чем медь. Благодаря своей фантастической теплопроводности алмазы часто присутствуют в электрических деталях, например, в радиаторах.

Алмазы не непобедимы.

Прочитав это, вы можете почувствовать, что бриллианты непобедимы, но на самом деле это не так. Алмаз становится уязвимым при очень высоких температурах. Когда вы нагреваете алмаз выше 800 °C, его химические и физические свойства больше не остаются неизменными. Нарушение характерной прочности алмаза. Они начинают химически реагировать с железом, что делает алмаз нежелательным для обработки стали. Характерная твердость алмаза нарушается. Они начинают химически реагировать с железом, что делает алмаз нежелательным для обработки стали.

Поэтому ученые и исследователи давно ищут сверхтвердый материал, обладающий лучшей химической стабильностью. В 2009 году исследователи, работавшие в сотрудничестве из Шанхайского университета Цзяо Тонг и Университета Невады, заявили, что нашли два материала, которые могут победить алмаз в его собственной игре!

Две предложенные потенциальные претендентки на самое твёрдое вещество были: Нитрид бора вюрцита (w-BN) и Лонсдейлит.

Вюрцит нитрид бора (w-BN)

Вюрцит нитрид бора (w-BN) имеет структуру, аналогичную структуре алмаза, но он состоит из атомов бора и азота, а также углерода. Вюрцит нитрид бора чрезвычайно редок и может быть обнаружен только после определенного типа извержения вулкана. Проведенное исследователями в 2009 году моделирование гексагональной структуры w-BN показало, что она на 18% тверже стали. Кроме того, w-BN химически более стабилен, чем алмаз при высоких температурах.

Лонсдейлит

Лонсдейлит состоит только из атомов углерода, как и алмаз, хотя и с другой структурой. И угадайте, что… лонсдейлит даже сильнее, чем w-BN! Интересно, что лонсдейлит - это космическое вещество, которое получается, когда богатый графитом метеорит ударяется о Землю. Моделирование вдавливания показало, что лонсдейлит на 58% прочнее алмаза, что делает лонсдейлит самым твердым веществом на Земле.

Подождите, есть загвоздка .

Однако в этих утверждениях о том, что w-BN и лонсдейлит сильнее алмаза, есть загвоздка. Эти утверждения основаны на программе моделирования, запущенной на компьютере, а не на физической проверке. Поскольку эти элементы чрезвычайно трудно найти, они еще не прошли физических испытаний для определения их твердости.

Тем не менее их моделирование предполагает, что эти более твердые, чем алмаз, материалы обладают хорошей термической и химической стабильностью; если мы сможем синтетически производить их в достаточно больших количествах, они могут оказаться переломными. Их можно было использовать как мощные фрезы, помещая их поверх других режущих инструментов. Кроме того, их стабильность при более высоких температурах сделала бы их полезными в космических полетах к Венере или Меркурию, которые имеют обжигающе высокие температуры.

Что ж, алмаз может теоретически потерять свою корону самого твердого материала, но он всегда останется королем драгоценных камней. Более того, утверждение о том, что лонсдейлит является самым твердым веществом, еще не подтверждено физически.

Читайте также: