Какой самый активный металл

Обновлено: 04.10.2024

Металлы – активные восстановители с положительной степенью окисления. Благодаря химическим свойствам металлы широко используются в промышленности, металлургии, медицине, строительстве.

Активность металлов

В реакциях атомы металлов отдают валентные электроны и окисляются. Чем больше энергетических уровней и меньше электронов имеет атом металла, тем легче ему отдавать электроны и вступать в реакции. Поэтому металлические свойства увеличиваются сверху вниз и справа налево в таблице Менделеева.

Рис. 1. Изменение металлических свойств в таблице Менделеева.

Активность простых веществ показана в электрохимическом ряду напряжений металлов. Слева от водорода находятся активные металлы (активность увеличивается к левому краю), справа – неактивные.

Наибольшую активность проявляют щелочные металлы, находящиеся в I группе периодической таблицы и стоящие левее водорода в электрохимическом ряду напряжений. Они вступают в реакцию со многими веществами уже при комнатной температуре. За ними идут щелочноземельные металлы, входящие во II группу. Они реагируют с большинством веществ при нагревании. Металлы, находящиеся в электрохимическом ряду от алюминия до водорода (средней активности) требуют дополнительных условий для вступления в реакции.

Рис. 2. Электрохимический ряд напряжений металлов.

Некоторые металлы проявляют амфотерные свойства или двойственность. Металлы, их оксиды и гидроксиды реагируют с кислотами и основаниями. Большинство металлов реагирует только с некоторыми кислотами, замещая водород и образуя соль. Наиболее ярко выраженные двойственные свойства проявляют:

алюминий;
свинец;
цинк;
железо;
медь;
бериллий;
хром.

Каждый металл способен вытеснять стоящий правее него в электрохимическом ряду другой металл из солей. Металлы, находящиеся слева от водорода, вытесняют его из разбавленных кислот.

Свойства

Особенности взаимодействия металлов с разными веществами представлены в таблице химических свойств металлов.

Реакция

Особенности

Уравнение

Большинство металлов образует оксидные плёнки. Щелочные металлы самовоспламеняются в присутствии кислорода. При этом натрий образует пероксид (Na₂O₂), остальные металлы I группы – надпероксиды (RO₂). При нагревании щелочноземельные металлы самовоспламеняются, металлы средней активности – окисляются. Во взаимодействие с кислородом не вступают золото и платина

При комнатной температуре реагируют щелочные, при нагревании – щелочноземельные. Бериллий не вступает в реакцию. Магнию дополнительно необходимо высокое давление

Только активные металлы. Литий вступает в реакцию при комнатной температуре. Остальные металлы – при нагревании

Самый активный металл – это Цезий

Наиболее активными металлами являются элементы I и II групп, находящиеся с левой стороны периодической таблицы Менделеева. Металл считается активным, когда он сильно и быстро реагирует с другими элементами.Реакционная способность металла возрастает по мере того, как мы переходим от верхней к нижней части периодической таблицы.

Исключением является водород, который не считается металлом и размещен в верхнем левом углу периодической системы химических элементов Менделеева.

Самые активные металлы в мире

По реакционной способности металлических элементов, перечисленных в периодической таблице химических элементов, они подразделяются на три группы:

Активные металлы.
Средней активности металлы.
Малоактивные металлы.

Наиболее активные металлы на Земле - литий, цезий и франций.

Цезий - самым активный из нерадиоактивных элементов. Это редкий серебристо-желтый блестящий металл с атомным числом (число протонов в ядре) 55. Это очень мягкий элемент, который будет таять в ваших руках - если не взорвется раньше, так как он сильно реагирует на влагу.

Caesium (Cs), номер – 55, атомная масса – 132,905

Существует также очень радиоактивный элемент, франций, который может быть более активным, чем цезий. Или не может, мы, вероятно, никогда этого не узнаем, потому что франций не только крайне радиоактивный, но и крайне редкий металл.

Последний из тройки наиболее активных металлов - литий - обладает интересным свойством. Он придает малиновый цвет языкам пламени.

Вот видео-демонстрация активности лития, натрия, калия, рубидия и цезия.

Что такое цезий

Цезий относится к щелочным металлам. Они очень реакционноспособны, и не встречаются свободно в природе. Эти металлы также очень пластичные, они хорошие тепловые и электрические проводники.

Цезий был первым элементом, который можно было обнаружить со спектроскопом. В 1860 году его открыли немецкие химики Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф, когда анализировали спектр минеральной воды из Бад-Дюркхаймского источника.

Цезий встречается естественным образом в минералах поллуцита и лепидолита. Также он содержится во многих алюмосиликатах, таких как берилл, петалит и карналлит. Самое богатое из известных месторождений цезия находится в Канаде, на берегу озера Берник-Лейк. Там сосредоточено около 70% всех земных запасов. Любопытно, что это озеро является местом проведения ежегодного фестиваля цезия (24 февраля), когда в снегу сжигаются тонны этого вещества, и преобладает другое цезиевое безумие.

А еще цезий является побочным продуктом ядерного деления в реакторах.

Свойства цезия

Пусть цезий и не самый тяжелый металл в мире, зато он самый активный и обладает рядом уникальных свойств:

Он спонтанно горит на воздухе и моментально взрывается при контакте с водой или влагой в любой форме, даже со льдом до -116 С.
Он горит блестящим голубым пламенем. Непосвященным пламя кажется пурпурным, а не синим, однако после достаточной медитации, изучения трудов по химии и блаженных часов, проведенных в благоговении перед тем, как горит цезий, раскрывается истинная синяя природа его пламени
Название «цезий» происходит от двух ярко-синих линий в его эмиссионном спектре. В переводе с латинского «caesius» означает «небесно-синий».
Его гидроксид (жидкое расплавленное состояние) способен проесть плоть, стекло и многие другие вещества. Лишь металл родий и ряд его сплавов способны противостоять расплаву гидроксида цезия.
Иодид и бромид цезия используются в качестве центральных компонентов при производстве высокоточной оптики, в том числе прицелов, очков и биноклей ночного видения. Цезий также экспериментально использовался в ионных силовых установках для космических аппаратов, из-за его низкого потенциала ионизации.
Цезий используется при создании самых точных атомных часов. Даже лучшие наручные часы в мире могут отставать на несколько секунд или даже минуту. А вот атомные часы на основе цезия теряют всего одну секунду в пять миллиардов лет.
Природный цезий состоит из одного стабильного изотопа, Cs 133. Известно 30 других радиоактивных изотопов, заполняющих диапазон от Cs 114 до Cs 145. Цезий-137 (он же радиоцезий) является одним из наиболее биологически опасных компонентов радиоактивных отходов и ядерных осадков. Он накапливается в живых организмах и даже в грибах, а самое высокое его содержание обнаружено в у северных оленей и водоплавающих птиц в Северной Америке.

Люди и животные постоянно подвергаются воздействию минимального количеств цезия при еде, дыхании и питье. Хотя маловероятно, что мы будем болеть только из-за цезия, его длительное воздействие может привести к неблагоприятным последствиям для здоровья, включая тошноту, рвоту, кровотечение и повреждение клеток.

Цезий и лечение рака

Еще Парацельс утверждал, что все есть яд, и все есть лекарство. Дело лишь в дозировке. И когда речь заходит о цезии, то слова Парацельса абсолютно верны.

В настоящее время исследуется эффективность цезия для лечения нескольких форм рака, включая опухоли головного мозга. Цезий-131, радиоактивный изотоп цезия, вместе с другим радиоактивным изотопом (йодом-125) помещают в брахитерапевтическую капсулу («семя»).

По данным Американского общества брахитерапии, брахитерапевтическая капсула является радиоактивным «стручком», который помещается непосредственно в раковую ткань. Такие семена эффективны при нескольких формах рака, включая рак простаты, шейки матки и эндометрия.

В одном из исследований группе из 24 пациентов с опухолями головного мозга были имплантированы в опухоль брахиотерапевтические семена с цезием-131. Были отмечены минимальные побочные эффекты, но в целом пациенты хорошо перенесли эту форму лечения.

Идея использования семян брахитерапии с цезием-131 в качестве лечения рака возникла еще в 1960-х годах и была описана в исследовании, опубликованном в журнале « Радиология». В исследовании, опубликованном в журнале Medical Physics, в 2009 году обсуждалось использование семян цезия-131 для лечения рака предстательной железы с положительными результатами.

Необходимо больше исследований, прежде чем лечение цезием прочно займет свое место в медицине. Однако пока что исследования доказывают, что использование цезия-131 для лечения раковых опухолей при помощи брахиотерапии является обнадеживающим.

Сравнение цезия и франция

Francium (Fr), номер – 87, атомная масса – 223

Как и цезий, франций (Fr) относится к щелочным металлам (только радиоактивным) и обладает крайне высокой химической активностью.

Плотность франция составляет 1,87 грамма на кубический сантиметр, что сопоставимо с плотностью цезия - 1,879 грамма на кубический сантиметр.
Цезий и франций - два из четырех металлов, которые становятся жидкими при комнатной температуре. Таким же свойством обладают ртуть и галлий.
Взаимодействие цезия с водой происходит весьма эффектно - со взрывом, образованием гидроксида CsOH и водорода H2. Франций и вода тоже не особо «любят» друг друга, и при их взаимодействии образуется самая сильная щелочь — гидроксид франция.
Как и цезий, франций накапливается в живых организмах. Поэтому изотопы данного металла нашли свое применение в медицине, для диагностики рака и различных биологических исследований.
А вот по распространенности цезий далеко опережает франций. Ежегодно в мире добывается около 20 тонн обогащённой руды цезия. По данным PeriodicTable, цезий является 50-м наиболее распространенным элементом земной коры. Франция же во всей земной коре насчитывается около 340 грамм.

То есть по своим свойствам два самых активных металла на планете очень схожи.

Сравнения цезия и лития

Lithium (Li), номер – 3, атомная масса – 6,94

Литий входит в топ-3 самых активных металлов на планете. Это ключевой компонент в батареях, которые питают смартфоны, ноутбуки и электромобили. Более половины поставок лития в мире идет из «литиевого треугольника» - Боливии, Чили и Аргентины. Крупнейший источник по получению лития из соли - это чилийская пустыня Атакама.

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.

Активные металлы

Среди всех металлов некоторые отличаются тем, что они очень легко вступают в восстановительные реакции. Такие металлы имеют много схожих свойств и объединяются в класс активных металлов.

Положение активных металлов в таблице Менделеева

К активным металлам относятся три группы элементов:

щелочные металлы;
щелочноземельные металлы;
алюминий.

Щелочные металлы находятся в первой группе таблицы Менделеева, то есть занимают в ней крайнее левое положение. В частности щелочными металлами являются:

литий (Li);
натрий (Na);
калий (K);
рубидий (Rb);
цезий (Cs);
франций (Fr).

Щелочноземельные металлы находятся во второй группе, то есть правее щелочных металлов. К ним относятся:

В целом активные металлы отличаются тем, что имеют один или два валентных электрона, поэтому они легко отдают эти электроны в ходе химических реакций, выступая в качестве восстановителей. Степень активности металла можно оценить по его расположению в электрохимическом ряде активности металлов. Чем левее там находится металл, тем сильнее выражены его восстановительные свойства. Крайнее левое положение в ряде занимает литий. В вот крайне правое положение в ряду занимает золото, именно поэтому оно почти не окисляется кислотами.

Электрохимический ряд напряжений металлов

Алюминий – это так называемый постпереходный металл, по своим свойствам он находится где-то между активными и среднеактивными металлами. Разные ученые придерживаются различного мнения о том, стоит ли считать алюминий активным металлом.

Активные металлы не встречаются в природе в чистом виде, так как они быстро вступают в химические реакции с другими элементами. Чаще всего в природе они присутствуют в виде оксидов. Например, даже если алюминий получен в чистом виде, то на воздухе он быстро покрывается оксидной пленкой.

Свойства щелочных металлов

Цвет всех щелочных металлов – белый, с серебристым оттенком. Исключением является цезий, имеющий серебристо-желтый цвет. Щелочные металлы можно резать простым скальпелем, так как у них низкая твердость. Также они имеют малую плотность – от 534 кг/м 3 у лития до 1900 кг/м 3 у цезия. Литий, калий и натрий настолько легкие, что они плавают в воде, но построить корабль из них не получится, так как вода быстро окисляет и разрушает эти металлы. Франций и цезий плавятся уже при комнатной температуре, а самый тугоплавкий щелочной металл – это литий, плавящийся при 180,6°С.

Для защиты щелочных металлов от воздуха и волы их хранят в керосине. При реагировании лития с водой выделяется водород, а натрий и особенно калий просто взрываются в воде. При взаимодействии с кислородом образуются оксиды.

Свойства щелочноземельных металлов

Щелочноземельные металлы значительно тверже щелочных, их нельзя просто взять и разрежать ножом. Также они тяжелее – их плотность колеблется от 1550 кг/м 3 у кальция до 5500 кг/м 3 у радия. Цвет щелочноземельных металлов – серый. Температуры плавления этих элементов находятся в диапазоне 650-840°С. Исключение – бериллий, плавящийся лишь при 1278°С.

Чем больше порядковый номер щелочноземельного металла в таблице Менделеева, тем выше его химическая активность. Например, бериллий вообще не взаимодействует с кислородом и по своим свойствам напоминает алюминий. Наиболее активные стронций, барий и радий приходится хранить в керосине, также как и щелочные металлы.

Подведение итогов

Активные металлы отличаются тем, что имеют лишь один-два валентных электрона, которые они легко отдают. Поэтому эти элементы очень быстро вступают в химические реакции, а в природе в чистом виде не встречаются.

Читайте также: