Наиболее распространенный металл в земной коре

Обновлено: 18.05.2024

Металлы представляют собой группу элементов, которые обладают такими уникальными свойствами, как электропроводность, высокая теплопередача, положительный коэффициент сопротивления, характерный блеск и относительная пластичность. Данный вид веществ является простым по химическим соединениям.

Классификация по группам

Металлы относятся к самым распространенным материалам, которые используются человечеством на протяжении всей его истории. Большинство из них находится в средних слоях земной коры, но есть и те, что спрятаны глубоко в горных залежах.

На данный момент металлы занимают большую часть таблицы Менделеева (94 из 118 элементов). Из официально признанных стоит отметить следующие группы:

1. Щелочные (литий, калий, натрий, франций, цезий, рубидий). При контакте с водой они образуют гидроксиды.

2. Щелочноземельные (кальций, барий, стронций, радий). Отличаются плотностью и твердостью.

3. Легкие (алюминий, свинец, цинк, галлий, кадмий, олово, ртуть). Из-за незначительной плотности часто используются в сплавах.

4. Переходные (уран, золото, титан, медь, серебро, никель, железо, кобальт, платина, палладий и пр.). Обладают изменчивой степенью окисления.

5. Полуметаллы (германий, кремний, сурьма, бор, полоний и др.). В своей структуре имеют кристаллическую ковалентную решетку.

6. Актиноиды (америций, торий, актиний, берклий, кюрий, фермий и пр.).

7. Лантаноиды (гадолиний, самарий, церий, неодим, лютеций, лантан, эрбий и др.).

Стоит отметить, что есть металлы в земной коре и такие, которые не определены в группы. К ним относят магний и бериллий.

Самородные соединения

В природе существует отдельный класс кристаллохимической кодификации. К таким элементам относят самородные металлы. Это минералы по составу между собой не связанные. Чаще всего самородные металлы в природе образуются в результате геологических процессов.

В кристаллическом состоянии в земной коре известны 45 веществ. Большинство из них в природе встречается крайне редко, отсюда и их высокая стоимость. Доля таких элементов составляет всего 0,1 %. Стоит отметить, что нахождение этих металлов также является трудоемким и недешевым процессом. Он основывается на использовании атомов с устойчивыми оболочками и электронами.

Самородные металлы называются также благородными. Для них характерны химическая инерция и устойчивость соединений. К таковым относят золото, палладий, платину, иридий, серебро, рутений и пр. Чаще всего в природе встречается медь. Железо в самородном состоянии присутствует в основном в горных залежах в виде метеоритов. Самыми редкими элементами группы являются свинец, хром, цинк, индий и кадмий.

Основные свойства

Практически все металлы в нормальных условиях отличается твердостью и стойкостью. Исключение - франций и ртуть, щелочные металлы. Температура плавления для всех элементов группы разная. Ее диапазон колеблется от -39 до +3410 градусов по Цельсию. Самым устойчивым к плавлению считается вольфрам. Его соединения теряют стойкость только при температуре выше +3400 С. Из легкорасплавляемых металлов следует выделить свинец и олово.

Также элементы делятся относительно плотности (легкие и тяжелые) и пластичности (твердые и мягкие). Все металлические соединения отлично проводят ток. Данное свойство обуславливается наличием кристаллических решеток с активными электронами. Максимальную проводимость имеют медь, серебро и алюминий, чуть меньшую – натрий. Стоит отметить и высокие термические свойства металлов. Наилучшим теплопроводником считается серебро, наихудшим – ртуть.

Металлы в окружающей среде

Чаще всего такие элементы можно встретить в виде соединений и руд. Металлы в природе образуют сульфиты, оксиды, карбонаты. Для очищения соединений сперва необходимо выделить их из состава руды. Следующим шагом будет легирование и финальная обработка.

В промышленной металлургии различаются черные и цветные руды. Первые строятся на основе железных соединений, вторые – на прочих металлах. Драгоценными металлами считаются платина, золото и серебро. Большая их часть находится в земной коре. Тем не менее, малая доля приходится и на морскую воду.

Есть благородные элементы даже в живых организмах. В человеке содержится около 3 % металлических соединений. По большей степени в организме находятся натрий и кальций, которые выступают в роли межклеточного электролита. Магний необходим для нормальной работы ЦНС и мышечной массы, железо полезно для крови, медь – для печени.

Нахождение металлических соединений

Большинство элементов располагается под верхним слоем грунта повсеместно. Самый распространенный металл в земной коре – это алюминий. Его процентное содержание варьируется в пределах 8,2 %. Найти самый распространенный металл в земной коре несложно, так как он встречается в виде руд.

Железо и кальций в природе встречают чуть реже. Их процентное содержание равно 4,1 %. Далее идут магний и натрий – по 2,3 %, калий – 2,1 %. Остальные металлы в природе занимают не более 0,6 %. Примечательно, что магний и натрий в равной степени можно добывать как в земле, так и в морской воде.

Металлические элементы в природе встречаются в виде руд или в самородном состоянии, как медь или золото. Есть вещества, которые нужно получать из оксидов и сульфидов, например, гематит, каолин, магнетит, галенит и пр.

Производство металлов

Процедура добычи элементов сводится к извлечению полезных ископаемых. Нахождение металлов в природе в виде руд является самым простым и распространенным процессом в широкой промышленности. Для поиска кристаллических залежей используется специальное геологическое оборудование, анализирующее состав веществ на конкретном участке земли. Реже нахождение металлов в природе сводится к банальному открыто-подземному методу.

После добычи наступает этап обогащения, когда из исходного минерала выделяется рудный концентрат. Для отличия элементов используют смачивание, электрический ток, химические реакции, термообработку. Чаще всего выделение металлический руды происходит в результате плавления, то есть разогрева с восстановлением.

Добыча алюминия

Данным процессом занимается цветная металлургия. По масштабам потребления и производства она является лидером среди прочих отраслей тяжелой промышленности. Самый распространенный металл в земной коре очень востребован в современном мире. По объему производства алюминий уступает только стали.

Больше всего данный элемент используется в авиационной, автомобильной и электротехнической промышленности. Примечательно, что самый распространенный металл в земной коре можно получить и «искусственным» путем. Для такой химической реакции потребуются бокситы. Из них формируется глинозем. При соединении этого вещества с угольными электродами и фтористой солью под действием электрического тока можно получить чистейшую алюминиевую руду.

Страной-лидером среди производителей данного компонента является Китай. В год там выплавляется до 18,5 млн тонн металла. Компанией-лидером в аналогичном рейтинге по добыче алюминия является российско-швейцарское объединение UC RUSAL.

Применение металлов

Все элементы группы отличаются прочностью, непроницаемостью и относительной устойчивостью к температурному воздействию. Именно поэтому металлы столь распространены в повседневной жизни. Сегодня из них делают электрические провода, резисторы, технику, предметы обихода.

Металлы являются идеальным конструкционными и инструментальными материалами. В строительстве используют чистые и комбинированные сплавы. В машиностроении и авиации главными соединениями являются сталь и более твердые связи.

Самый распространенный металл в земной коре. Металлы в природе

Какой металл самый редкий на Земле?

Металлы - это группа простых элементов, которые обладают характерными свойствами. Среди основных их свойств - ковкость, пластичность, блеск, тепло- и электропроводность. Название восходит к латинскому «metallum», что означает «рудник», «минерал», «металл».

Редкие и дорогостоящие

Все металлы твердые, но их прочность разнится. Некоторые можно разрезать кухонным ножом, а другие (хром, например) царапают даже сталь или стекло.

Большая их часть присутствует в природе в виде руд и соединений. Их извлекают из земли во время добычи полезных ископаемых.

Многие металлы имеют собственные уникальные свойства. К примеру, иридий способен уничтожать раковые клетки. Он наполняет их огромной дозой кислорода, которая убивая патогенные элементы, оставляет здоровые нетронутыми.

Интересный факт. Оказывается, что в составе обыкновенного смартфона присутствуют золото, серебро и палладий - дорогостоящие и достаточно редкие металлы. Особенно ценными эти мобильные телефоны кажутся на фоне того, что однажды человечество исчерпает запасы драгоценных элементов на приемлемой для добычи глубине.

В природе встречается множество металлов, но все в разном количестве. Каких-то очень много, других - практически нет. Есть металлы-изотопы, которые получают искусственным путем. Многие из них являются не только редкими, но и безумно дорогими. Итак, какой самый редкий металл на Земле?

Калифорний из Калифорнии

Калифорний (Cf) на сегодняшний день имеет статус самого редкого и дорогого металла на Земле. Находится под номером 98 в таблице Менделеева. Его называют «камнем надежды». Он имеет серебристо-серый цвет и производится путем длительного облучения плутония. Сам плутоний был получен при бомбардировке урана ядрами тяжелого водорода.

Калифорний был выведен группой ученых во главе с Гленном Сиборгом в 1950 г. В природе его, естественно, не существует. Его созданием занималась команда Калифорнийского университета (откуда и получил свое название металл) города Беркли. Сегодня с ним работают лишь 2 лаборатории. Одна находится в России, другая - в США.

Калифорний является изотопом (изотопы получают искусственным путем). При этом стоимость его просто баснословна - до 10 млн. долларов за грамм. Это неудивительно, ведь мировой запас металла составляет всего 8 граммов. Ежегодно удается получить лишь 20-40 грамм калифорния.

Этот металл является радиоактивным и состоит из 17 изотопов. Самым изученным из них считается калифорний-252. Длительность его полураспада составляет целых 900 лет.

Свойства калифорния ошеломляющие. Применяется преимущественно в медицине и в области ядерной физики. Он является мощным источников нейтронов, поэтому его используют для обработки злокачественных опухолей, которых «не берет» лучевая терапия.

Он также используется для изучения космического пространства - как Луны, так и самых дальних звезд и планет. Он применим и для исследования деления ядер. Кроме этого, калифорний является незаменимым помощником во время добычи полезных ископаемых - он позволяет обнаруживать серебро и золото.

Бомбы, изготовленные с добавлением самого редкого в мире металла, считаются очень мощными. 1 грамм калифорния способен обеспечить часовую деятельность небольшого ядерного реактора.

Осмий и осмий-187

Осмий - природный металл. Формально его причисляют к благородным. Осмий имеет красивый серебристо-голубой оттенок. Отличается самой высокой температурой плавления. Ученые долгое время не могли выяснить, при какой температуре плавится этот металл - 3000 или 5000 градусов. Результаты сообщили, что плавить его лучше на поверхности Солнца.

Добыча осмия в природе - длительной процесс, занимающий почти год. Его стоимость на рынке составляет 10 000 долларов за 1 грамм. Однако намного дороже стоит изотоп осмия-187. Его стоимость достигает 200 000 долларов за грамм. Производство изотопа занимает около 9 месяцев. Примечательно, что применения осмию-187 пока не нашли. Но уже покупают.

А есть ли другие?

Калифорний - самый редкий металл на Земле, но есть и другие, природные. Содержание их в земной коре также невелико. Сегодня известно около 40 металлов, очень редко встречающихся в природе. При этом они не формируют месторождений, а соседствуют с другими минералами. Их называют рассеянными. Так, висмут встречается в месторождениях меди, а германий - в углях.

Астат

Астат - самый редкий металл на планете, встречающийся в природных условиях. В земной коре присутствует всего 70 мг астата. Долгое время его считали галогеном (образующим соли в результате реакции с металлами). Но в 2013 году было проведено исследование. Ученые смоделировали свойства астата. Формально, он должен быть металлом, но при этом не выстраивает присущую им кристаллическую решетку. Структура астата должна быть схожа со структурой ртути, но при этом он, вероятно, в нормальных условиях будет не твердым, а жидким.

В лабораториях за все время изучения его свойств удалось получить лишь 0,05 микрограмма самого редкого металла на земле, поэтому его основные характеристики (цвет, плотность) остаются для химиков загадкой.

Астат получают путем облучения висмута с последующим отделением их друг от друга. Все изотопы этого вещества являются активными. Примечательно, что период распада астата составляет чуть больше 8 часов. Это свойство позволяет использовать его в ядерной медицине.

Рений - один из самых редких металлов

Рений - один из самых редких металлов на Земле. При составлении своей таблицы Менделеев предсказал, что вскоре будет обнаружено соединение с весом атома 180. Долгие годы ученые пытались найти таинственный металл. Но лишь в 1925 году этот редкий устойчивый металл обнаружили Ида и Вальтер Ноддак.

До недавнего времени он считался рассеянным. Минералы рения настолько редки, что представляют не промышленную, а научную ценность. Этот металл уникален, его свойства не имеют аналогов. Он используется в процессе создания космической и авиационной техники. Всего 4% рения позволяют добиться невероятной прочности. Такая техника выдерживает высочайшую температуру (до 2 000 градусов), не теряя прочности. Около 70% рения, добываемого в мире, эксплуатирует Япония.

Сегодня спрос на рений, как и другие редкие элементы таблицы Менделеева, растет с каждым днем. Особенно в нем нуждается США. Это объясняет стоимость металла - 800 долларов за 1 грамм неочищенного сырья.

Рений на Южно-Курильских островах

В 90-х годах прошлого столетия в России было обнаружено крупное месторождение рения. Теперь главное - построить завод и наладить его добычу. Месторождение находится прямо в кратере действующего вулкана Кудрявого, что на острове Итурупе (принадлежит к группе Южно-Курильских островов).

Газы вулкана ежегодно выбрасывают на поверхность около 15 тонн рения. Это подтверждает теорию геологов о том, что большинство редких и тяжелых металлов, недоступные нам, находятся в недрах планеты.

Алюминий - самый распространенный металл в земной коре

Металлы - это группа простых веществ, которые обладают характерными металлическими свойствами. Некоторые из них ценятся выше золота за удивительные характеристики, которые позволяют использовать их в самых разных сферах. Многие металлы содержатся в составе земной коры в небольших количествах. Но сегодня мы рассмотрим, какой самый распространенный металл в земной коре.

Что мы знаем об алюминии?

Да, именно алюминий является наиболее распространным металлом. Он был открыт в 1825 году датским ученым Эрстедом. Однако еще за 500 лет до нашей эры люди использовали так называемые алюминиевые квасцы. Их применяли в качестве протравы при окрашивании тканей и дублении кожи.

Алюминий, похожий на серебро внешне, изначально ценился очень дорого. Это связано с тем, что его достаточно трудно получить в чистом виде. Да и о том, что это самый распространенный металл в земной коре, известно не было. В 19-м веке, в период с 1855 по 1890 год, удалось получить лишь 200 т чистого металла.

Однако сегодня геологи утверждают, что 8 % коры Земли состоят из алюминя. Он уступает по количеству содержания в земной коре лишь кислороду и кремнию. В свободном виде в природе не встречается.

Алюминий получил широкое применение в странах СССР благодаря разработкам ученых. Найденный метод получения алюминия давал неограниченные возможности для развития алюминиевой промышленности. На его основе активно изготавливали столовую утварь, которую каждый из нас видел на кухнях у бабушек. Первый спутник СССР также был изготовлен из сплава алюминия. Применяют его и в электротехнической промышленности (кабели, цоколи, конденсаторы).

Основные свойства алюминия

Самый распространенный металл в земной коре обладает целым рядом свойств, которые позволяют активно использовать его в составе металлоконструкций. Он легок, мягок и быстро поддается штамповке.

Алюминий обладает высокой коррозийной устойчивостью. При контакте с воздухом он покрывается пленкой, препятствующей его окислению. Он неядовит (если не попадает в организм в большом количестве), обладает высокой электро- и теплопроводностью. Именно он обеспечивает передачу электроэнергии на Земле.

Однако металл не отличается прочностью. Поэтому при изготовлении металлоконструкций зачастую используется сплав алюминия с другими металлами - медью, магнием. Такие сплавы называются дюралюминий.

Электропроводность металла можно сравнить с медью, но он дешевле, поэтому ему нашли более широкое применение. Один из немногих недостатков алюминия - его тяжело паять из-за прочной оксидной пленки. Кстати, он легко воспламеняется и если бы не эта оксидная пленка, он горел бы на воздухе.

Алюминий - драгоценный металл

Интересно, что в 19-м веке алюминий очень ценился. За килограмм металла просили около 3 000 франков. Поэтому ювелиры активно изготавливали украшения на его основе. Ведь металл легко поддается обработке, обладает красивым серебристым оттенком и позволяет придавать изделию любую форму.

Однако уже через несколько лет он стал падать в цене и вскоре вышел из моды. Многие алюминиевые драгоценности не пережили обесценивание металла. Сегодня они - большая редкость.

Совсем недавно алюминий стал главной темой выставки, организованной в Питтсбурге (штат Пенсильвания) в музее Карнеги. Интерес к нему появляется снова. Самый распространенный цветной металл в земной коре сегодня применяется в виде металлической пены. Это новейшая разработка, на основе которой можно изготавливать даже корабельные корпуса.

Вред алюминия

Еще в 1960 году ученые выяснили, что в мозге у людей, страдающих болезнью Альцгеймера, присутствует высокий уровень алюминия. Недавние исследования подтвердили, что металл вызывает ускоренное старение клеток мозга, становится причиной дегенеративных неврологических заболеваний. Низкая усвояемость алюминия дает ложное представление о его безопасности для организма. Но на самом деле длительный прием его небольших доз в конечном итоге вызывает отключение нейронов головного и спинного мозга.

Золото - самый часто встречающийся драгоценный металл

Золото является самым распространенным металлом в земной коре среди благородных. Когда-то людям были известны лишь 2 драгметалла - золото и серебро. Однако позже список расширился. Сегодня благородными являются платиновая группа металлов. В эту группу, помимо платины, входят также ее элементы - родий, осмий, рутений и иридий. Кстати, иридий - самый редкий металл в этой группе. Благородным признан и технеций, однако из-за радиоактивности его не включили в список драгоценных.

Золото, как и другие благородные металлы, обладает рядом уникальных свойств. Оно блестит на открытом воздухе, ему не вредит длительное пребывание в воде, а также воздействие щелочей и кислот, высоких температур. Золото легко поддается обработке, обладает высокой плотностью. Металл встречается в виде самородков, песка и в сочетании с другими элементами. Однако при этом золото уступает многим металлам по прочности и устойчивости. Сегодня это далеко не самый дорогой драгметалл. Цена его составляет $45 за 1 грамм.

Время работы: с 10:00 до 21:00,
Выходной день: вторник
«Ретро-кафе»: в дни работы Планетария с 10:00 до 20:00.

Элементы: Железо - главный металл природы

Железо – один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на Земле. Его среднее содержание в земной коре составляет 4,7 % по массе, уступая по этому показателю кислороду, кремнию и алюминию. Но в пересчёте на Землю в целом железо занимает едва ли не первое место, так как в мантии его содержание составляет 14%, в ядре – 86 % , а доля железного ядра составляет около 30 % от массы нашей планеты. В ядрах планет земной группы его содержание, по некоторым оценкам, составляет 90 %. Поэтому без преувеличения можно сказать, что по значимости для планет земной группы - это элемент номер один!

Железные ядра планет земной группы

В чистом виде железо встречается только в метеоритах, но почти всегда с незначительными примесями кобальта и никеля. По одной из версий слово «железо» заимствовано из праславянского языка и родственно слову «желвак», т.е. округлый камень, окатыш. В таблице Менделеева этот элемент занимает клетку №26 и обозначается символом Fe - от латинского Ferrum (железо).

Вероятно, первое железо, которое попало в руки человеку, было метеоритное, так как отдельные железные предметы были известны уже в бронзовом веке. Поэтому, определить чёткую границу перехода от бронзового века к железному - периоду, когда люди осваивали производство железа из железных руд, представляется затруднительным. По некоторым данным это происходило примерно с 1200 года до н.э. до первых столетий н.э.

Природное железо состоит из четырёх стабильных изотопов: 54 Fe , 56 Fe, 57 Fe и 58 Fe, где доля 56 Fe составляет 91 %.Также известно более 20 нестабильных изотопов железа с массовыми числами от 45 до 72. Большинство учёных считают, что железом оканчивается ряд синтеза элементов в ядрах нормальных звёзд, а все последующие элементы могут образоваться только в результате взрывов сверхновых.

Известно большое количество минералов содержащих железо, но главными минералами на железо-рудных месторождениях являются: магнетит (FeO · Fe₂O₃); гематит Fe₂O₃); гётит FeO(OH); гидрогётит FeOOH·nH₂O.

Кристаллы гётита, 4 см. Урал, Россия.

В земной коре также широко распространены сульфиды железа – пирит (FeS₂), карбонаты железа – сидерит (FeCO₃), фосфаты железа - вивианит (Fe₃(PO₄)₂·8H₂O). По запасам железных руд Россия занимает первое место в мире.

Кристаллы магнетита, 5 см. Ковдорское месторождение, Кольский п-ов, Россияю

Понимая важнейшую роль железа в жизни планеты, академик А.Е. Ферсман ещё в 1930-х годах писал: «Железо не только основа всего мира, самый главный металл окружающей нас природы, оно основа культуры и промышленности, оно орудие войны и мирного труда. И трудно во всей таблице Менделеева найти другой такой элемент, который был бы так связан с прошлыми, настоящими и будущими судьбами человечества».

Читайте также: