Самый активный металл и почему

Обновлено: 20.09.2024

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.

Самый активный металл – это Цезий

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.

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

Что такое цезий

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.

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

Металлы, легко вступающие в реакции, называются активными металлами. К ним относятся щелочные, щелочноземельные металлы и алюминий.

Положение в таблице Менделеева

Металлические свойства элементов ослабевают слева направо в периодической таблице Менделеева. Поэтому наиболее активными считаются элементы I и II групп.

Рис. 1. Активные металлы в таблице Менделеева.

Все металлы являются восстановителями и легко расстаются с электронами на внешнем энергетическом уровне. У активных металлов всего один-два валентных электрона. При этом металлические свойства усиливаются сверху вниз с возрастанием количества энергетических уровней, т.к. чем дальше электрон находится от ядра атома, тем легче ему отделиться.

Наиболее активными считаются щелочные металлы:

литий;
натрий;
калий;
рубидий;
цезий;
франций.

К щелочноземельным металлам относятся:

бериллий;
магний;
кальций;
стронций;
барий;
радий.

Узнать степень активности металла можно по электрохимическому ряду напряжений металлов. Чем левее от водорода расположен элемент, тем более он активен. Металлы, стоящие справа от водорода, малоактивны и могут взаимодействовать только с концентрированными кислотами.

Рис. 2. Электрохимический ряд напряжений металлов.

К списку активных металлов в химии также относят алюминий, расположенный в III группе и стоящий левее водорода. Однако алюминий находится на границе активных и среднеактивных металлов и не реагирует с некоторыми веществами при обычных условиях.

Свойства

Активные металлы отличаются мягкостью (можно разрезать ножом), лёгкостью, невысокой температурой плавления.

Основные химические свойства металлов представлены в таблице.

Реакция

Уравнение

Исключение

Щелочные металлы самовозгораются на воздухе, взаимодействуя с кислородом

Литий реагирует с кислородом только при высокой температуре

Щелочноземельные металлы и алюминий на воздухе образуют оксидные плёнки, а при нагревании самовозгораются

Реагируют с простыми веществами, образуя соли

Алюминий не вступает в реакцию с водородом

Бурно реагируют с водой, образуя щёлочи и водород

Реакция с литием протекает медленно. Алюминий реагирует с водой только после удаления оксидной плёнки

Реагируют с кислотами, образуя соли

Взаимодействуют с растворами солей, сначала реагируя с водой, а затем с солью

Активные металлы легко вступают в реакции, поэтому в природе находятся только в составе смесей – минералов, горных пород.

Рис. 3. Минералы и чистые металлы.

Что мы узнали?

К активным металлам относятся элементы I и II групп – щелочные и щелочноземельные металлы, а также алюминий. Их активность обусловлена строением атома – немногочисленные электроны легко отделяются от внешнего энергетического уровня. Это мягкие лёгкие металлы, быстро вступающие в реакцию с простыми и сложными веществами, образуя оксиды, гидроксиды, соли. Алюминий находится ближе к водороду и для его реакции с веществами требуются дополнительные условия – высокие температуры, разрушение оксидной плёнки.

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

Элементы: Цезий – самый активный металл

Цезий был открыт в 1860 году немецкими учёными Робертом Бунзеном и Густавом Кирхгофом в водах минеральных целебных источников Шварцвальда методом спектрального анализа, став первым элементом, открытым при помощи этого метода. Цезий — мягкий щелочной металл серебристо-жёлтого цвета, занимает 55 клетку в Таблице Менделеева.

Название «цезий» (химический символ — Cs) металл получил за наличие двух ярких синих линий в эмиссионном спектре (от лат. caesius — небесно-голубой). Это - один из самых легкоплавких металлов – температура плавления 28,5°C. Главное свойство цезия – исключительно высокая активность. По чувствительности к свету он первый среди металлов. Цезиевый катод испускает поток электронов уже под действием инфракрасных лучей.

Цезий - мягкий металл серебристо-жёлтого цвета.

На воздухе цезий почти мгновенно окисляется с воспламенением, а его взаимодействие с водой происходит со взрывом. Природный цезий - мононуклидный элемент, состоит из единственного стабильного изотопа 133Cs. Все другие изотопы цезия получены искусственным путём.

Среднее содержание его в земной коре — 3,7 г/т. Основная его масса находится в рассеянной форме, и лишь незначительная часть заключена в цезиевых минералах. Основной рудой для получения металлического цезия является минерал поллуцит (Cs,Na)2Al2Si4O12·H2O. Назван так по имени Поллукса – героя древнегреческих мифов.

Поллуцит (Cs,Na)2Al2Si4O12·H2O, кристалл 3 см. Малханское пегматитовое поле, Забайкалье, Россия.

В виде примесей цезий входит в структуру таких минералов как лепидолит, флогопит, берилл, лейцит, карналлит и др.

Из последних популярностью среди коллекционеров пользуется лепидолит - KLi2Al(Al,Si)3O10(F,OH)2, из-за ярких окрасок и необычной морфологии.

Лепидолит KLi2Al(Al,Si)3O10(F,OH)2, 5х4 см, Бразилия.

Подтверждённые мировые запасы цезия на начало 2012 года оцениваются в 70 000 тонн. По добыче цезиевой руды (поллуцит) лидирует Канада. На редкометальном месторождении Берник-Лейк (провинция Манитоба) сосредоточено 70 % мировых запасов цезия. Поллуцит также добывается в Зимбабве и Намибии. В России месторождения цезиевых минералов открыты на Кольском полуострове, в Восточном Саяне и Забайкалье.

Спектр применения цезия довольно широк – от радиоэлектроники до медицины. До недавнего времени ежегодное мировое потребление цезия оценивалось всего в несколько тысяч килограммов, поэтому отсутствуют официальные рыночные цены на этот металл. По некоторым данным потребности в цезии в будущем будут превышать его добычу.

Читайте также: