Осмий и иридий это металлы
Обновлено: 27.09.2024
Сущность осмия как серебристо-голубоватого хрупкого переходного металла. История его открытия Смитсоном Теннантом и процесс исследования. Особенности физических и химических свойств. Основные качества иридия, его месторождение и порядок получения.
| Рубрика | Химия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.10.2013 |
| Размер файла | 19,9 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Осмий -- химический элемент с атомным номером 76 в Периодической системе Д.И. Менделеева. При стандартных условиях представляет собой серебристо-голубоватый хрупкий переходный металл. Относится к группе платиновых металлов. Обладает наибольшей плотностью среди всех веществ, сравним по этому параметру только с иридием (плотности Os и Ir практически равны с учётом расчётной погрешности)
Осмий открыт в 1803 году английским химиком Смитсоном Теннантом в сотрудничестве с Уильямом Х. Уолластоном[5] в осадке, остающемся после растворения платины в царской водке. Сходные исследования проводились французскими химиками Колле-Дескоти, Антуаном Франсуа де Фуркруа и Вокленом, которые тоже пришли к выводу о содержании неизвестного элемента в нерастворимом остатке платиновой руды. Гипотетическому элементу было присвоено имя птен (греч. рфзнпт -- крылатый), однако опыты Теннанта продемонстрировали, что это смесь двух элементов -- иридия и осмия.Открытие новых элементов было задокументировано в письме Теннанта Лондонскому королевскому обществу от 21 июня 1804 года
1.2 Физические свойства
Осмий -- серо-голубоватый, твёрдый, но хрупкий металл с очень высокой удельной массой, сохраняющий свой блеск даже при высоких температурах. В силу своей твёрдости, хрупкости, низкого давления паров (самого низкого среди всех платиновых металлов), а также очень высокой температуры плавления, осмий с трудом поддаётся механической обработке. Осмий считается самым плотным из всех химических элементов, немного превосходя по этому параметру иридий. При сравнении различных изотопов этих металлов, наиплотнейшим оказывается 192Os. Необычайно высокая плотность осмия объясняется лантаноидным сжатием, а также гексагональной плотноупакованной кристаллической решёткой.
1.3 Химические свойства
Порошок осмия при нагревании реагирует с кислородом, галогенами, парами серы, селеном, теллуром, фосфором, азотной и серной кислотами. Компактный осмий не взаимодействует ни с кислотами, ни со щелочами, но с расплавами щелочей образует водорастворимые осматы. Медленно реагирует с азотной кислотой и царской водкой, реагирует с расплавленными щелочами в присутствии окислителей (нитрата или хлората калия), с расплавленной перекисью натрия. В соединениях проявляет степени окисления от ?2 до +8, из которых самыми распространенными являются +2, +3, +4 и +8
Осмий -- один из немногих металлов, образующих полиядерные (или кластерные) соединения. Полиядерный карбонил осмия Os3(CO)12 используется для моделирования и исследования химических реакций углеводородов на металлических центрах. Карбонильные группы в Os3(CO)12 могут замещаться на другие лиганды, в том числе и содержащие кластерные ядра других переходных металлов
1.4 Происхождение названия
Назван от др.-греч. ?умЮ (запах), по резко пахнущему летучему оксиду OsO4 (напоминает озон).
осмий металл химический иридий
1.5 Нахождение в природе
В самородном виде осмий не обнаружен. Он встречается в полиметаллических рудах, содержащих также платину и палладий (сульфидные медно-никелевые и медно-молибденовые руды). Основные минералы осмия -- относящиеся к классу твёрдых растворов природные сплавы осмия и иридия (невьянскит и сысертскит). Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, чаще же осмистый иридий входит в состав самородной платины.
Основные месторождения осмистых иридиев сосредоточены в России (Сибирь, Урал), США (Аляска, Калифорния), Колумбии, Канаде, странах Южной Африки.Крупнейшими запасами обладают месторождения Бушвельдского комплекса в Южно-Африканской Республике.
Осмий встречается также в виде соединений с серой и мышьяком (эрлихманит, осмиевый лаурит, осарситт). Содержание осмия в рудах, как правило, не превышает 1·10?5.
Вместе с другими благородными металлами встречается в составе железных метеоритов.
В природе осмий встречается в виде семи изотопов, 6 из которых стабильны: 184Os, 187Os, 188Os, 189Os, 190Os и 192Os. На долю самого тяжёлого изотопа (осмия-192) приходится 41 %, на долю самого лёгкого изотопа (осмий-184) лишь 0,018 % общих «запасов». Осмий-186 подвержен альфа-распаду, но учитывая его исключительно большой период полураспада -- (2,0 ± 1,1)·1015 лет, -- его можно считать практически стабильным. Согласно расчётам, остальные естественные изотопы тоже способны к альфа-распаду, но с ещё большим полупериодом, поэтому их альфа-распад экспериментально не наблюдался. Теоретически для 184Os и 192Os возможен двойной бета-распад, наблюдениями также не зафиксированный.
Изотоп осмий-187 является результатом распада изотопа рения (187Re, период полураспада 4,56·1010 лет). Он активно используется при датировке горных пород и метеоритов (рений-осмиевый метод). Наиболее известным применением осмия в методах датировки является иридиево-осмиевый метод, применявшийся для анализа кварцев из пограничного слоя, разделяющего меловой и третичный периоды.
Разделение изотопов осмия представляет собой достаточно сложную задачу. Именно поэтому некоторые изотопы довольно дороги. Первый и единственный экспортёр чистого осмия-187 -- Казахстан, с января 2004 года официально предлагающий это вещество по цене 10 000 долларов за 1 грамм.Широкого практического применения осмий-187 не имеет. По некоторым данным, целью операций с этим изотопом было отмывание нелегальных капиталов[17][18].
Осмий выделяют из обогащённого сырья платиновых металлов путём прокаливания этого концентрата на воздухе при температурах 800--900 °C. При этом количественно сублимируют пары весьма летучего тетраоксида осмия OsO4, которые далее поглощают раствором NaOH.
Упариванием раствора выделяют соль -- перосмат натрия, который далее восстанавливают водородом при 120 °C до осмия:Осмий при этом получается в виде губки.
Высокая твёрдость и исключительная тугоплавкость позволяет использовать осмий в качестве покрытия в узлах трения.Применяется как катализатор для синтеза аммиака, гидрирования органических соединений, в катализаторах метанольных топливных элементов.Сплав «осрам» (осмия с вольфрамом) использовался для изготовления нитей ламп накаливания.
Есть сведения о применении осмия в военных целях, как часть артиллерийских снарядов и боеголовок ракет. Также применяется в электронной аппаратуре авиа- и ракетной техники.
Компонент сверхтвёрдых и износостойких сплавов с иридием и рутением (опорные оси точных приборов, наконечники перьев для авторучек)
Тетраоксид осмия применяется в электронной микроскопии для фиксации биологических объектов.
Сплав платины (90 %) и осмия (10 %) применяется в хирургических имплантатах, таких как электрокардиостимуляторы, и при замещении клапанов лёгочного ствола
Не играет биологической роли. Высший оксид осмия чрезвычайно токсичен.
Осмий обычно продаётся в виде 99-процентного порошка. Как и другие драгметаллы, измеряется в тройских унциях и граммах. Его цена составляет около 12 долларов США за грамм, в зависимости от качества и поставщика.
Иридий -- химический элемент с атомным номером 77 в периодической системе. Иридий -- очень твёрдый, тугоплавкий, серебристо-белый переходный металл платиновой группы, обладающий высокой плотностью и сравнимый по этому параметру только с осмием. Имеет высокую коррозионную стойкость даже при температуре 2000 °C.
Иридий был открыт в 1803 году английским химиком С. Теннантом одновременно с осмием, которые в качестве примесей присутствовали в природной платине, доставленной из Южной Америки. Название (др.-греч. ?сйт -- радуга) получил благодаря разнообразной окраске своих солей.
2.2 Нахождение в природе
Содержание иридия в земной коре ничтожно мало (10?6 масс. %). Он встречается гораздо реже золота и платины. Встречается вместе с родием, рением и рутением. Относится к наименее распространённым элементам. Иридий относительно часто встречается в метеоритах[6]. Не исключено, что реальное содержание металла на планете гораздо выше: его высокая плотность и высокое сродство к железу (сидерофильность) могли привести к смещению иридия вглубь Земли, в ядро планеты, в процессе её формирования из протопланетного диска. Небольшое количество иридия было обнаружено в фотосфере Солнца[6].
Иридий содержится в таких минералах, как невьянскит, сысертскит и ауросмирид.
Коренные месторождения осмистого иридия расположены в основном в перидотитовых серпентинитах складчатых областей (в ЮАР, Канаде, России, США, на Новой Гвинее).
Основной источник получения иридия -- анодные шламы медно-никелевого производства. Из концентрата металлов платиновой группы отделяют Au, Pd, Pt и др. Остаток, содержащий Ru, Os и иридий, сплавляют с KNO3 и КОН, сплав выщелачивают водой, раствор окисляют O2, отгоняют OsO4 и RuO4, а осадок, содержащий иридий, сплавляют с Na2O2 и NaOH, сплав обрабатывают царской водкой и раствором NH4Cl, осаждая иридий в виде комплексного соединения (NH4)2[IrCl6], который затем прокаливают, получая металл -- иридий. Перспективен метод извлечения иридия из растворов экстракцией гексахлороиридатов высшими алифатическими аминами. Для отделения иридия от неблагородных металлов перспективно использование ионного обмена. Для извлечения иридия из минералов группы осмистого иридия минералы сплавляют с оксидом бария, обрабатывают соляной кислотой и царской водкой, отгоняют OsO4 и осаждают иридий в виде (NH4)2[IrCl6].
2.5 Физические свойства
Тяжёлый серебристо-белый металл, из-за своей твердости плохо поддающийся механической обработке. Кристаллическая структура -- кубическая гранецентрированная с периодом а0=0,38387 нм; электрическое сопротивление -- 5,3·10?8Ом·м (при 0 °C); коэффициент линейного расширения -- 6,5·10?6 град; модуль нормальной упругости -- 52,029·106 кг/ммІ; плотность -- 22,65 г/смі.
Стабильными являются изотопы 191Ir и 193Ir. Период полураспада 192Ir -- 74 дня.
2.6 Химические свойства
Иридий устойчив на воздухе при обычной температуре и нагревании, при прокаливании порошка в токе кислорода при 600--1000 °C образует в незначительном количестве IrO2. Выше 1200 °C частично испаряется в виде IrO3. Компактный иридий при температурах до 100 °C не реагирует со всеми известными кислотами и их смесями. Свежеосажденная иридиевая чернь частично растворяется в царской водке с образованием смеси соединений Ir(III) и Ir(IV). Порошок иридия может быть растворён хлорированием в присутствии хлоридов щелочных металлов при 600--900 °C или спеканием с Na2O2 или BaO2 с последующим растворением в кислотах. Иридий взаимодействует с F2 при 400--450 °C, а c Cl2 и S при температуре красного каления.
Соединения двухвалентного иридия
IrCl2 -- блестящие тёмно-зелёные кристаллы. Плохо растворяется в кислотах и щёлочах. При нагревании до 773 °C разлагается на IrCl и хлор, а выше 798 °C -- на составные элементы. Получают нагреванием металлического иридия или IrCl3 в токе хлора при 763 °C.
IrS -- блестящее тёмно-синее твёрдое вещество. Мало растворим в воде и кислотах. Растворяется в сульфиде калия. Получают нагреванием металлического иридия в парах серы.
Соединения трёхвалентного иридия
Ir2O3 -- твёрдое тёмно-синее вещество. Малорастворим в воде и этаноле. Растворяется в серной кислоте. Получают при лёгком прокаливании сульфида иридия (III).
IrCl3 -- летучее соединение оливково-зелёного цвета. Плотность -- 5,30 г/смі. Малорастворим в воде, щелочах и кислотах. При 765 °C разлагается на IrCl2 и хлор, при 773 °C на IrCl и хлор, а выше 798 °C -- на составные элементы. Получают действием хлора на нагретый до 600 °C иридий.
IrBr3 -- оливково-зелёные кристаллы. Растворяется в воде, мало растворим в спирте. Дегидратируется при нагревании до 105--120 °C. При сильном нагревании разлагается на элементы. Получают взаимодействием IrO2 с бромоводородной кислотой.
Ir2S3 -- твёрдое коричневое вещество. Разлагается на элементы при нагревании выше 1050 °C. Мало растворим в воде. Растворяется в азотной кислоте и растворе сульфида калия. Получают действием сероводорода на хлорид иридия (III) или нагреванием порошкообразного металлического иридия с серой при температуре не выше 1050 °C в вакууме.
Соединения четырёхвалентного иридия
IrO2 -- чёрные тетрагональные кристаллы с решёткой типа рутила. Плотность -- 3,15 г/смі. Малорастворим в воде, этаноле и кислотах. Восстанавливается до металла водородом. Термически диссоциирует на элементы при нагревании. Получают нагреванием порошкообразного иридия на воздухе или в кислороде при 700 °C, нагреванием IrO2*nН2О.
IrF4 -- жёлтая маслянистая жидкость, разлагающаяся на воздухе и гидролизующаяся водой. tпл 106 °C. Получают нагреванием IrF6 с порошком иридия при 150 °C.
IrCl4-- гигроскопичное коричневое твёрдое вещество. Растворяется в холодной воде и разлагается тёплой (водой). Получают нагреванием (600--700 °C) металлического иридия с хлором при повышенном давлении.
IrBr4 -- расплывающееся на воздухе синее вещество. Растворяется в этаноле; в воде (с разложением), диссоциирует при нагревании на элементы. Получают взаимодействием IrO2 с бромоводородной кислотой при низкой температуре.
IrS2 -- твёрдое коричневое вещество. Малорастворим в воде. Получают пропусканием сероводорода через растворы солей иридия (IV) или нагреванием порошкообразного металлического иридия с серой без доступа воздуха в вакууме.
Ir(OH)4 (IrO2·2H2O) образуется при нейтрализации растворов хлороиридатов(IV) в присутствии окислителей. Осадок Ir2O3·nН2О выпадает при нейтрализации щёлочью хлороиридатов (III) и легко окисляется на воздухе до IrO2. Практически нерастворим в воде.
Соединения шестивалентного иридия
IrF6 -- жёлтые тетрагональные кристаллы. tпл 44 °C, tкип 53 °C, плотность -- 6,0 г/смі. Под действием металлического иридия превращается в IrF4, восстанавливается водородом до металлического иридия. Получают нагреванием иридия в атмосфере фтора в трубке из флюорита. Сильный окислитель, реагирует с водой и монооксидом азота:
IrS3 -- серый, малорастворимый в воде порошок. Получают нагреванием порошкообразного металлического иридия с избытком серы в вакууме. Строго говоря, не является соединением шестивалетного иридия, так как содержит связь S-S.
Особый интерес в качестве источника электроэнергии вызывает его ядерный изомер иридий-192m2 (имеющий период полураспада 241 год).
Сплавы с W и Th -- материалы термоэлектрических генераторов, с Hf -- материалы для топливных баков в космических аппаратах, с Rh, Re, W -- материалы для термопар, эксплуатируемых выше 2000 °C, с La и Се -- материалы термоэмиссионных катодов.
Иридий используется также для изготовления перьев для ручек. Небольшой шарик из иридия можно встретить на кончиках перьев и чернильных стержней, особенно хорошо его видно на золотых перьях, где он отличается по цвету от самого пера.
Иридий в палеонтологии и геологии является индикатором слоя, который сформировался сразу после падения метеоритов.
Иридий, наряду с медью и платиной, применяется в свечах зажигания двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в качестве материала для изготовления электродов, делая такие свечи наиболее долговечными (100--160 тыс. км пробега автомобиля) и снижая требования к напряжению искрообразования. Изначально использовался в авиации и гоночных автомобилях, затем, по мере снижения стоимости продукции, стал употребляться и на массовых автомобилях. В настоящее время такие свечи доступны для большинства двигателей, однако являются наиболее дорогими.
Иридий-192 является радионуклидом с периодом полураспада 74 сут, широко применяемым в дефектоскопии, особенно в условиях, когда генерирующие источники не могут быть использованы (взрывоопасные среды, отсутствие питающего напряжения нужной мощности)[8].
2.8 Биологическая роль
Не играет никакой биологической роли. Металлический иридий нетоксичен, но некоторые соединения иридия, например, его гексафторид (IrF6), очень ядовиты.
Цена на иридий на мировом рынке в мае-июне 2012 -- около 35 долларов США за 1 грамм (1085 долларов за тройскую унцию).
2.10 Интересные факты
Иридий -- металл, который не взаимодействует с кислотами и их смесями (например, царской водкой) как при нормальной, так и при повышенной температурах[10].
Подобные документы
Изучение свойств благородных металлов и их сплавов: электропроводности, температуры плавления, стойкости к коррозии, сопротивляемости агрессивной среде. Характеристика области применения золота, серебра, платины, палладия, родия, иридия, рутения и осмия.
реферат [29,5 K], добавлен 10.11.2011
Осмий - химический элемент VIII группы периодической системы. Оловянно-белый металл с серовато-голубым оттенком. Большая твердость осмия. Получение осмия. История открытия. Применение. Создание сплавов с наивысшей износостойкостью.
реферат [19,0 K], добавлен 24.03.2007
Технологические аспекты аффинажа платиновых металлов. Возможность прямого определения микроколичеств платины, родия и иридия в растворах их хлоридных и нитритных комплексов методом инверсионной вольтамперометрии. Влияние природы фонового электролита.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 15.11.2013
Физико-химические свойства платины, родия, иридия, их хлоридные и нитритные комплексы. Аспекты аффинажа платиновых металлов. Оптимизация условий инверсионно-вольтамперометрического определения элементов, анализ по электронному спектру поглощения.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 02.12.2013
Комплексное изучение элементов периодической системы Менделеева, истории открытия и форм нахождения золота в природе. Исследование коренных месторождений, физических и химических свойств золота и его соединений, способов получения и областей применения.
10 самых тяжелых металлов в мире по плотности
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.
10 самых дорогих металлов в мире
Наша планета богата различными видами полезных ископаемых. Самые ценные и практичные из них – это, конечно же, металлы. Каждый из них уникален по своему строению, составу и виду. Специалисты разделают все металлы на природные и искусственно выведенные. Как не парадоксально, искусственные материалы стоят во много раз дороже, нежели натуральные. Объясняется это, прежде всего, сложностью технологического процесса их изготовления.
Сегодня мы предлагаем узнать топ-10 самых дорогих металлов в мире, цена за грамм приведена в долларах США по состоянию на 2018 год.
10. Скандий – $3-4
Скандий, будучи одним из самых высокопрочных металлов на Земле, нашел широкое применение в различных промышленных сферах: его используют в роботостроении, строении инновационной техники (например, лазерной), космических и летательных аппаратов. Не обошел он стороной и спортивную сферу – самый качественный и дорогой инвентарь для гольфа, хоккея и велопробега изготавливается исключительно из скандия. К слову о названии: впервые этот металл был обнаружен в 19 веке шведским химиком Ларсом Нильсоном, который назвал свою находку в честь Скандинавии. Стоимость одного грамма такого металла составляет около 3-4 долларов США.
9. Рений – $5
Этот серебристо-белый металл по праву считается самым редким и самым востребованным элементом в мире. Особенность его заключается в одной из высочайших температур плавления и высокой степени плотности. Главными потребителями этого металла являются атомная, химическая и электронная промышленность. Цена на рений весьма неустойчива и колеблется от 2,5 до 5 условных единиц за грамм.
8. Осмий – $12-15
Осмий не просто так получил свое название. В переводе с греческого «Osme» означает «запах». Возникает вопрос – в чем же связь? Дело в том, что этот металл действительно обладает очень специфическим и острым запахом, напоминающим смесь хлора и чеснока. Что же касается физических качеств осмия, здесь тоже все очень интересно: несмотря на высокую прочность, он очень хрупок. Применяется этот элемент преимущественно в химической промышленности и фармакологии. Стоимость грамма этого «чудо-металла» – 12-15 долларов.
7. Иридий –$16-18
Коррозиестойкость – это «визитная карточка» этого металла. Обладая высокой прочностью, высокой температурой плавления и долговечностью, иридий широко применяется в создании ювелирных украшений, дорогих авторучек, сувениров и во многом другом. Украшения из иридия, к слову, практически не изнашиваются и безупречно блестят. Также металл востребован в изготовлении хирургических инструментов. Стоит отметить, что сам по себе он используется редко: чаще всего из него изготавливаются сплавы. 16-18 долларов за грамм – приблизительная цена иридия.
6. Палладий – $25-30
Палладий относят к группе платиновых металлов. К основным характеристикам его причисляют гибкость, мягкость, низкую температуру плавления, стойкость к коррозии и потускнению. Главное направление использования этого серебристо-белого металла – ювелирная промышленность. Мастера ценят палладий за его гибкость и легковесность, что позволяет им создавать из него самые удивительные произведения ювелирного искусства. Стоимость палладия – 25-30 у.е. за грамм.
5. Родий – $30-45
Родий – это твердый благородный металл, обладающий мощнейшими отражающими свойствами, стойкостью к окислению и коррозии. Также его считаю одним из самых редких элементов – за год во всем мире добывается всего лишь 30 тонн этого материала. В автомобильной промышленности его используют для изготовления зеркал и фар, в ювелирной – для конечной обработки изделия. Самые крупные месторождения находятся в России, Канаде и ЮАР. Стоимость ценного платинового металла колеблется от 30 до 45 долларов за грамм.
4. Золото – $35-45
Без всяких сомнений, золото – самый популярный благородный металл во всем мире. Свою известность и востребованность оно завоевало благодаря своей прочности, однородности и ковкости. Важно знать, что золото – один из немногих металлов, встречающихся исключительно в чистом виде. Сферы применения его – ювелирное дело, стоматология, электронная промышленность. США, Китай и Австралия – лидеры по золотодобыче. Стоимость грамма золота на мировом рынке составляет 35-45 условных единиц.
3. Платина – $40-50
Тройку лидеров открывает благородный бело-серебристый металл – платина. В природе она встречается только как естественный сплав с другими металлами: благородными и неблагородными. Искусственное выведение платины – это очень трудоемкий, ресурсоемкий и долгий процесс, что обуславливает цену на нее. Этот металл отличается особым блеском и пластичностью, именно поэтому его активно используют в ювелирной, оружейной, медицинской промышленности. 40-50 долларов – цена за грамм платины. Многие по ошибке считают платину самым дорогим металлом.
2. Осмий-187 – $10 000
Осмий-187 – это редчайший искусственно выведенный черный порошок с фиолетовым оттенком, относящийся к сложным изотопам. Его считают самым прочным металлом на Земле, при том что его можно растолочь обычной ступкой на мелкие частички. Осмий-187 имеет огромное значение в химической промышленности: его используют как катализатор для различного рода химический реакций. Казахстан – это первая и единственная страна, поставляющая этот металл на мировой рынок. В Книге Рекордов Гиннесса его стоимость оценивается в 200 тысяч долларов США, на рынке же –10 тысяч у.е. за грамм.
1. Самый дорогой металл в мире Калифорний-252 – $10 000 000
На земле сегодня нет металла, который стоил бы дороже, этот рекорд зафиксирован в Книге Гиннеса. Он является одним из изотопов калифорния. Баснословная цена его, которая составляет 10 миллионов американских долларов за грамм, вполне оправдана: общий мировой запас этого удивительного элемента – 8 грамм, а ежегодная добыча –30-40 микрограмм. Получают его путем сложнейшей и долговременной работы в лабораторных условиях. Но главная ценность калифорния-252 состоит в его невероятной энергии, сравнимой с энергией среднего атомного реактора. Применение этого уникального металла распространилось на области медицины и ядерной физики.
Самые тяжелые металлы в мире
Металлы человечество начало активно использовать еще в 3000-4000 годах до нашей эры. Тогда люди познакомились с самыми распространенными из них, это золото, серебро, медь. Эти металлы было очень легко найти на поверхности земли. Чуть позже они познали химию и начали выделять из них такие виды как олово, свинец и железо. В Средневековье набирали популярность очень ядовитые виды металлов. В обиходе был мышьяк, которым было отравлено больше половины королевского двора во Франции. Так же и ртуть, которая помогала вылечить разные болезни тех времен, начиная от ангины и до чумы. Уже до двадцатого столетия было известно более 60 металлов, а вначале XXI века – 90. Прогресс не стоит на месте и ведет человечество вперед. Но встает вопрос, какой металл является тяжелым и превосходит по весу все остальные? И вообще, какие они, эти самые тяжелые металлы в мире?
Многие ошибочно думают, что золото и свинец являются самыми тяжелыми металлами. Почему именно так сложилось? Многие из нас выросли на старых фильмах и видели, как главный герой использует свинцовую пластину для зашиты от злобных пуль. В добавок, и сегодня используют свинцовые пластины в некоторых видах бронежилетов. А при слове золото у многих всплывает картинка с тяжелыми слитками этого металла. Но думать, что они самые тяжелые – ошибочно!
Для определения самого тяжелого металла надо брать во внимание его плотность, ведь чем больше плотность вещества, тем оно тяжелее.
ТОП-10 самых тяжелых металлов в мире
- Осмий (22,62 г/см 3 ),
- Иридий (22,53 г/см 3 ), (21,44 г/см 3 ),
- Рений (21,01 г/см 3 ),
- Нептуний (20,48 г/см 3 ),
- Плутоний (19,85 г/см 3 ),
- Золото (19,85 г/см 3)
- Вольфрам (19,21 г/см 3 ),
- Уран (18,92 г/см 3 ),
- Тантал (16,64 г/см 3 ).
И где же свинец? А он располагается намного ниже в данном списке, в середине второго десятка.
Осмий и иридий — самые тяжелые металлы в мире
Рассмотрим основных тяжеловесов, которые делят 1 и 2 места. Начнем с иридия и заодно произнесём слова благодарности в адрес английского ученого Смитсона Теннат, который в 1803 году получил этот химический элемент из платины, где присутствовал вместе с осмием в виде примеси. Иридий с древнегреческого можно перевести, как «радуга». Металл имеет белый цвет с серебряным оттенком и его можно назвать ни только тяжеловесным, но и самым прочным. На нашей планете его очень мало и за год его добывают всего до 10000 кг. Известно, что большинство месторождений иридия можно обнаружить на местах падения метеоритов. Некоторые ученые приходят к мысли, что данный металл ранее был широко распространён на нашей планете, однако из-за своего веса, он постоянно выдавливал себя ближе к центру Земли. Иридий сейчас широко востребован в промышленности и используется для получения электрической энергии. Так же его любят использовать палеонтологи, и с помощью иридия определяют возраст многих находок. Вдобавок, данный металл могут использовать для покрытия некоторых поверхностей. Но сделать это сложно.
Иридий
Далее рассмотрим осмий. Он самый тяжёлый в периодической таблице Менделеева, ну, соответственно, и самый тяжелый в мире металл. Осмий имеет оловянно-белый с синим оттенок и также открыт Смитсоном Теннат одновременно с иридием. Осмий практически невозможно обработать и, в основном, его находят на местах падения метеоритов. Он неприятно пахнет, запах похож на смесь хлора и чеснока. И с древнегреческого переводится, как «запах». Металл довольно тугоплавкий и используется в лампочках и в других приборах с тугоплавкими металлами. За один только грамм этого элемента надо заплатить более 10000 долларов, из этого понятно, что метал очень редкий.
Осмий
Как не крути, самые тяжелые металлы являются большой редкостью и поэтому они дорого стоят. И надо запомнить на будущее, что ни золото, ни свинец – не самые тяжелые металлы в мире! Иридий и осмий – вот победители в весе!
Читайте также: