Самый легкоплавкий металл и тугоплавкий металл
Обновлено: 06.05.2024
Слово «металл» часто ассоциируется с тяжеловесностью. Это далеко не так. Все металлы обладают очень разными свойствами. Некоторые из них настолько лёгкие, что даже не тонут в воде. Какой металл самый легкий? Какие у него свойства? Давайте узнаем.
Самые легкие металлы в мире
Лёгкими называют металлы, которые обладают небольшой плотностью. Это отнюдь не редкое явление. Вещества с такими характеристиками составляют примерно 20 % от массы земной коры. Они активно добываются и широко применяются в промышленности.
Самым лёгким металлом является литий. Кроме наименьшей атомной массы, он обладает и наименьшей плотностью, которая в два раза ниже, чем у воды. После лития идут калий, натрий, алюминий, рубидий, цезий, стронций и т. д. В их число входит и титан, который обладает самой высокой прочностью среди металлов.
Легкостью и прочностью обладает также алюминий. В земной коре он третий по распространённости. Пока люди не научились получать его промышленным путём, металл был дороже золота. Сейчас килограмм алюминия можно купить примерно за 2 доллара. Его применяют как в ракетной технике и военной промышленности, так и для изготовления пищевой фольги и кухонных предметов.
Литий
Литий находится в первой группе периодической таблицы элементов. Он стоит под номером 3, после водорода и гелия, и обладает самой маленькой атомной массой среди всех металлов. Простое вещество – литий, при нормальных условиях имеет серебристо-белый цвет.
Это самый лёгкий щелочной металл с плотностью 0,534 г/см³. Из-за этого он всплывает не только в воде, но и в керосине. Для его хранения обычно используют парафин, газолин, минеральные масла или петролейный эфир. Литий очень мягкий и пластичный, легко режется ножом. Чтобы расплавить этот металл, его нужно нагреть до температуры 180,54 °C. Закипит он только при 1340 °C.
В природе существует только два стабильных изотопа металла: Литий-6 и Литий-7. Кроме них, есть 7 искусственных изотопа и 2 ядерных изомера. Литий является промежуточным продуктом в реакции превращения водорода в гелий, участвуя, таким образом, в процессе образования звёздной энергии.
Реакции с литием
Учитывая его щелочную природу, можно предположить, что он очень активен. Однако металл является самым спокойным представителем своей группы. При нормальной комнатной температуре литий слабо реагирует с кислородом и многими другими веществами. Свой «бурный нрав» он проявляет после нагревания, тогда он вступает в реакцию с кислотами, различными газами и основаниями.
В отличие от других щелочных металлов с водой он реагирует мягко, образуя гидроксид и водород. С сухим воздухом реакции практически нет. Но если он влажный, то литий медленно реагирует с его газами, образуя нитрид, карбонат и гидроксид.
При определённых температурах самый легкий металл активен с аммиаком, этиловым спиртом, галогенами, водородом, углеродом, кремнием, серой.
Сплавы лития
Свойства лития повышают отдельные качества металлов, из-за чего его часто используют в сплавах. Полезной является его реакция с окислами, водородом, сульфидами. При нагревании он образует с ними нерастворимые соединения, которые легко извлечь из расплавленных металлов, очистив их от этих веществ.
Для придания сплаву стойкости к коррозии и пластичности его смешивают с магнием и алюминием. Медь в сплаве с ним становится более плотной и менее пористой, лучше проводит электричество. Самый легкий металл повышает твёрдость и пластичность свинца. При этом он повышает температуру плавления многих веществ.
Благодаря литию металл становится прочным и устойчивым к разрушениям. При этом он не утяжеляет их. Именно поэтому сплавы на его основе применяются в космической инженерии и авиации. Главным образом используются смеси с кадмием, медью, скандием и магнием.
Нахождение в природе и значение
Самый легкий металл имеет около 30 собственных минералов, но только 5 из них используются в промышленности: пенталит, амблигонит, лепидолит, циннвальдит и сподумен. Кроме того, находится он в солёных озёрах. Всего в земной коре содержится 0,005 % этого металла.
Большие промышленные запасы лития находятся на всех континентах. Его добывают в Бразилии, Австралии, ЮАР, Канаде, США и других странах. После чего применяют его в электронике, металлургии, лазерных материалах, ядерной энергетике и даже медицине.
Большое содержание лития есть в гумусах, что говорит о его участии в круговороте природных веществ. Металл присутствует в организме животных, а также во многих растениях. Литием богаты персики, грибы, редис, картофель, морковь.
В нашем организме он содержится в печени, крови, лёгких, костях и других органов. Недостаток лития приводит к нарушениям в работе нервной системы и мозга. Он повышает устойчивость организма к болезням, активизирует деятельность ферментов. С помощью него борются с болезнью Альцгеймера, психическими расстройствами, склерозом, а также различными зависимостями.
Токсичность
Несмотря на важную биологическую роль лития в нашем организме, он может быть опасным. Самый легкий металл достаточно токсичен и способен вызывать отравления. При горении он провоцирует раздражение и отёки слизистых оболочек. Если на них попадет кусочек целого металла, произойдёт то же самое.
Литий нельзя брать в руки без перчаток. Взаимодействуя с влагой в воздухе или влагой на коже, он легко вызывает ожог. С расплавленным металлом нужно быть ещё осторожнее, так как его активность повышается в разы. При работе с ним нужно помнить, что это щелочь. Уменьшить его действие на кожу можно обычным уксусом.
В организме литий повышает устойчивость иммунной системы и улучшает работу нервной системы. Но его переизбыток сопровождается головокружением, сонливостью, потерей аппетита. Отравление металлом приводит к снижению либидо, слабости в мышцах, набору веса. При этом может ухудшиться зрение, память и наступить кома. Работать с литием нужно всегда в перчатках, защитном костюме и очках.
Какой самый тугоплавкий металл: название и свойства
Металлы относятся к самым распространенным материалам наравне со стеклом и пластмассами. Они используются людьми с давних времен. На практике люди познавали свойства металлов и с выгодой использовали их для изготовления посуды, бытовых предметов, различных сооружений и произведений искусства. Основной характеристикой этих материалов является их тугоплавкость и твердость. Собственно, от этих качеств зависит их применение в той или иной области.
Физические свойства металлов
Все металлы обладают следующими общими свойствами:
- Цвет – серебристо-серый с характерным блеском. Исключение составляют: медь и золото. Они соответственно выделяются красноватым и желтым оттенком.
- Агрегатное состояние – твердое тело, кроме ртути, которая является жидкостью.
- Тепло- и электропроводность – для каждого вида металлов выражается по-разному.
- Пластичность и ковкость – изменяющийся параметр в зависимости от конкретного металла.
- Температура плавления и кипения – устанавливает тугоплавкость и легкоплавкость, обладает разными значениями для всех материалов.
Все физические свойства металлов зависят от строения кристаллической решетки, ее формы, прочности и пространственного расположения.
Тугоплавкость металлов
Этот параметр становится важным, когда возникает вопрос о практическом применении металлов. Для таких важных отраслей народного хозяйства, как авиастроение, кораблестроение, машиностроение, основой являются тугоплавкие металлы и их сплавы. Кроме этого, их используют для изготовления высокопрочного рабочего инструмента. Литьем и выплавкой получают многие важные детали и изделия. По прочности все металлы делятся на хрупкие и твердые, а по тугоплавкости их подразделяют на две группы.
Тугоплавкие и легкоплавкие металлы
- Тугоплавкие – их температура плавления превышает точку плавления железа (1539 °C). К ним можно отнести платину, цирконий, вольфрам, тантал. Таких металлов всего несколько видов. На практике их применяется еще меньше. Некоторые не используются, так как они имеют высокую радиоактивность, другие – слишком хрупкие и не обладают нужной мягкостью, третьи – подвержены коррозии, а есть такие, что экономически невыгодные. Какой металл самый тугоплавкий? Как раз об этом пойдет речь в данной статье.
- Легкоплавкие – это металлы, которые при температуре меньше или равной температуре плавления олова 231,9 °C могут изменить свое агрегатное состояние. Например, натрий, марганец, олово, свинец. Металлы применяются в радио- и электротехнике. Их часто используют для антикоррозийных покрытий и в качестве проводников.
Вольфрам – самый тугоплавкий металл
Это твердый и тяжелый материал с металлическим блеском, светло-серого цвета, обладающий высокой тугоплавкостью. Механической обработке поддается трудно. При комнатной температуре он является хрупким металлом и легко ломается. Вызвано это загрязнением его примесями кислорода и углерода. Технически чистый вольфрам при температуре более 400 градусов Цельсия становится пластичным. Проявляет химическую инертность, плохо вступает в реакции с другими элементами. В природе вольфрам встречается в виде сложных минералов, таких как:
- шеелит;
- вольфрамит;
- ферберит;
- гюбнерит.
Вольфрам получают из руды, применяя сложные химические переработки, в виде порошка. Используя методы прессования и спекания, изготовляют детали простой формы и бруски. Вольфрам - очень стойкий элемент к температурным воздействиям. Поэтому размягчить металл не могли в течение ста лет. Не имелось таких печей, которые могли бы разогреваться до нескольких тысяч градусов. Ученые доказали, что самым тугоплавким металлом является вольфрам. Хотя существует мнение, что сиборгий, по теоретическим данным, обладает большей тугоплавкостью, но утверждать твердо этого нельзя, так как он радиоактивный элемент и имеет маленький срок существования.
Исторические сведения
Знаменитый шведский химик Карл Шееле, имеющий профессию аптекаря, в небольшой лаборатории, проводя многочисленные опыты, открыл марганец, барий, хлор и кислород. А незадолго до смерти в 1781 году выявил, что минерал тунгстен является солью неизвестной тогда кислоты. После двух лет работы его ученики, два брата д’Элуяр (испанские химики), выделили из минерала новый химический элемент и назвали его вольфрамом. Только через столетие вольфрам – самый тугоплавкий металл - произвел настоящий переворот в промышленности.
Режущие свойства вольфрама
В 1864 году английский ученый Роберт Мюшет использовал вольфрам как легирующую добавку к стали, которая выдерживала красное каление и еще больше увеличивала твердость. Резцы, которые изготовляли из полученной стали, увеличили скорость резания металла в 1,5 раза, и она стала составлять 7,5 метра в минуту.
Работая в этом направлении, ученые получали все новые технологии, увеличивая скорость обработки металла с использованием вольфрама. В 1907 году появилось новое соединение вольфрама с кобальтом и хромом, которое стало основоположником твердых сплавов, способных увеличивать скорость резания. В настоящее время она возросла до 2000 метров в минуту, и все это благодаря вольфраму – самому тугоплавкому металлу.
Применение вольфрама
Этот металл обладает сравнительно высокой ценой и тяжело обрабатывается механическим способом, поэтому применяют его там, где невозможно заменить другими, сходными по свойствам материалами. Вольфрам прекрасно выдерживает высокие температуры, имеет значительную прочность, наделен твердостью, упругостью и тугоплавкостью, поэтому находит широкое использование во многих областях промышленности:
- Металлургической. Она является основным потребителем вольфрама, который идет на производство высокого качества легированных сталей.
- Электротехнической. Температура плавления самого тугоплавкого металла составляет почти 3400 °C. Тугоплавкость металла позволяет применять его для производства нитей накаливания, крючков в осветительных и электронных лампах, электродов, рентгеновских трубок, электрических контактов.
- Машиностроительной. Благодаря повышенной прочности сталей, содержащих вольфрам, изготавливают цельнокованые роторы, зубчатые колеса, коленчатые валы, шатуны.
- Авиационной. Какой самый тугоплавкий металл используют для получения твердых и жаропрочных сплавов, из которых делают детали авиационных двигателей, электровакуумных приборов, нити накаливания? Ответ прост – это вольфрам.
- Космической. Из стали, содержащей вольфрам, производят реактивные сопла, отдельные элементы для реактивных двигателей.
- Военной. Высокая плотность металла позволяет изготавливать бронебойные снаряды, пули, броневую защиту торпед, снарядов и танков, гранаты.
- Химической. Стойкая вольфрамовая проволока против кислот и щелочей используется для сеток к фильтрам. С помощью вольфрама меняют скорость химических реакций.
- Текстильной. Вольфрамовая кислота используется как краситель для тканей, а вольфрамит натрия применяют для производства кожи, шелка, водоустойчивых и огнестойких тканей.
Приведенный перечень использования вольфрама в разных областях индустрии указывает на высокую ценность этого металла.
Получение сплавов с вольфрамом
Вольфрам, самый тугоплавкий металл в мире, часто используют для получения сплавов с другими элементами для улучшения свойств материалов. Сплавы, которые содержат вольфрам, как правило, получают по технологии порошковой металлургии, так как при общепринятом способе все металлы превращаются в летучие жидкости или газы при его температуре плавления. Процесс сплавления проходит в вакууме или в атмосфере аргона, чтобы избежать окисления. Смесь, состоящую из металлических порошков, прессуют, спекают и подвергают плавке. В некоторых случаях только вольфрамовый порошок подвергают прессовке и спеканию, а затем пористую заготовку насыщают расплавом другого металла. Сплавы вольфрама с серебром и медью получают именно таким способом. Даже небольшие добавки самого тугоплавкого металла увеличивают жаростойкость, твердость и стойкость к окислению в сплавах с молибденом, танталом, хромом и ниобием. Пропорции в этом случае могут быть совершенно любыми в зависимости от потребностей промышленности. Более сложные сплавы, зависящие от соотношения компонентов с железом, кобальтом и никелем, имеют следующие свойства:
- не тускнеют на воздухе;
- обладают хорошей химической стойкостью;
- имеют отличные механические свойства: твердость и износоустойчивость.
Довольно сложные соединения образует вольфрам с бериллием, титаном и алюминием. Они выделяются устойчивостью при высокой температуре к окислению, а также жаропрочностью.
Свойства сплавов
В практической деятельности вольфрам часто соединяют с группой иных металлов. Соединения вольфрама с хромом, кобальтом и никелем, обладающие повышенной стойкостью к кислотам, используют для изготовления хирургических инструментов. А особые жаропрочные сплавы, кроме вольфрама – самого тугоплавкого металла, содержат в своем составе хром, никель, алюминий, никель. Вольфрам, кобальт и железо входит в состав лучших марок магнитной стали.
Вольфрамсодержащие стали устойчивы к истиранию, не трескаются, неизменно сохраняют твердость. Режущие инструменты не только увеличивают скорость обработки металла, но и имеют длительный срок службы.
Самые легкоплавкие и тугоплавкие металлы
К легкоплавким относятся все металлы, температура плавления которых меньше, чем у олова (231,9 °C). Элементы этой группы находят применение в качестве антикоррозийных покрытий, в электро- и радиотехнике, входят в состав антифрикционных сплавов. Ртуть, точка плавления которой -38,89 °C, при комнатной температуре является жидкостью и находит широкое применение в научных приборах, ртутных лампах, выпрямителях, переключателях, в хлорном производстве. У ртути самая низкая температура плавления по сравнению с другими металлами, входящими в группу легкоплавких. К тугоплавким металлам принадлежат все, температура плавления которых больше, чем у железа (1539 °C). Чаще всего их используют в качестве добавок при изготовлении легированных сталей, а также они могут служить и основой для некоторых специальных сплавов. Вольфрам, имеющий максимальную температуру плавления 3420 °C, в чистом виде используют в основном для нитей накала в электролампах.
Довольно часто в кроссвордах задают вопросы, какой из металлов самый легкоплавкий или самый тугоплавкий? Теперь, не задумываясь, можно ответить: самый легкоплавкий – ртуть, а самый тугоплавкий – вольфрам.
Коротко о железе
Этот металл называют основным конструкционным материалом. Детали из железа встречаются как на космическом корабле или подводной лодке, так и дома на кухне в виде столовых приборов и различных украшений. Этот металл имеет серебристо-серый цвет, обладает мягкостью, пластичностью и магнитными свойствами. Железо является очень активным элементом, на воздухе образуется оксидная пленка, которая препятствует продолжению реакции. Во влажной среде появляется ржавчина.
Температура плавления железа
Железо обладает пластичностью, хорошо поддается ковке и плохо обрабатывается литьем. Этот прочный металл легко обрабатывается механическим способом, используется для изготовления магнитоприводов. Хорошая ковкость позволяет его применять для декоративных украшений. Является ли железо самым тугоплавким металлом? Следует отметить, что его температура плавления равна 1539 °C. А по определению, к тугоплавким относятся металлы, температура плавления которых больше, чем у железа.
Однозначно можно сказать, что железо - не самый тугоплавкий металл, и даже не принадлежит к этой группе элементов. Он относится к среднеплавким материалам. Назовите самый тугоплавкий металл? Такой вопрос не застанет теперь вас врасплох. Можно смело отвечать – это вольфрам.
Вместо заключения
Примерно тридцать тысяч тонн в год вольфрама производится во всем мире. Этот металл непременно входит в состав наилучших сортов сталей для изготовления инструментов. На нужды металлургии расходуется до 95% всего вырабатываемого вольфрама. Для удешевления процесса в основном используют более дешевый сплав, состоящий из 80% процентов вольфрама и 20% железа. Используя свойства вольфрама, его сплав с медью и никелем применяют для производства контейнеров, используемых под хранение радиоактивных веществ. В радиотерапии этот же сплав служит для изготовления экранов, обеспечивая надежную защиту.
Наиболее тугоплавкий металл. Характеристика металлов
Металлы - это самый распространенный материал (наряду с пластмассами и стеклом), который применяется людьми с древних времен. Уже тогда человеку была известна характеристика металлов, он с выгодой использовал все их свойства для создания прекрасных произведений искусства, посуды, предметов быта, сооружений.
Одной из главных черт при рассмотрении этих веществ является их твердость и тугоплавкость. Именно эти качества позволяют определять область использования того или иного металла. Поэтому рассмотрим все физические свойства и особое внимание уделим вопросам плавкости.
Характеристика металлов по физическим свойствам может быть выражена в виде четырех основных пунктов.
- Металлический блеск - все имеют примерно одинаковый серебристо-белый красивый характерный блеск, кроме меди и золота. Они имеют красноватый и желтый отлив соответственно. Кальций - серебристо-голубой.
- Агрегатное состояние - все твердые при обычных условиях, кроме ртути, которая находится в виде жидкости.
- Электро- и теплопроводность - характерна для всех металлов, однако выражена в разной степени.
- Ковкость и пластичность - также общий для всех металлов параметр, который способен варьироваться в зависимости от конкретного представителя.
- Температура плавления и кипения - определяет, какой металл тугоплавкий, а какой легкоплавкий. Этот параметр разный для всех элементов.
Все физические свойства объясняются особым строением металлической кристаллической решетки. Ее пространственным расположением, формой и прочностью.
Легкоплавкие и тугоплавкие металлы
Данный параметр является очень важным, когда речь заходит об областях применения рассматриваемых веществ. Тугоплавкие металлы и сплавы - это основа машино- и кораблестроения, выплавки и литья многих важный изделий, получения качественного рабочего инструмента. Поэтому знание температур плавления и кипения играет основополагающую роль.
Характеризуя металлы по прочности, можно разделить их на твердые и хрупкие. Если же говорить о тугоплавкости, то здесь выделяют две основные группы:
- Легкоплавкие - это такие, которые способны менять агрегатное состояние при температурах ниже 1000 о С. Примерами могут служить: олово, свинец, ртуть, натрий, цезий, марганец, цинк, алюминий и другие.
- Тугоплавкими считаются те, чья температура плавления выше обозначенной величины. Их не так много, а на практике применяется еще меньше.
Таблица металлов, имеющих температуру плавления свыше 1000 о С, представлена ниже. Именно в ней и располагаются самые тугоплавкие представители.
| Название металла | Температура плавления, о С | Температура кипения, о С |
| Золото, Au | 1064.18 | 2856 |
| Бериллий, Ве | 1287 | 2471 |
| Кобальт, Со | 1495 | 2927 |
| Хром, Cr | 1907 | 2671 |
| Медь, Cu | 1084,62 | 2562 |
| Железо, Fe | 1538 | 2861 |
| Гафний, Hf | 2233 | 4603 |
| Иридий, Ir | 2446 | 4428 |
| Марганец, Mn | 1246 | 2061 |
| Молибден, Мо | 2623 | 4639 |
| Ниобий, Nb | 2477 | 4744 |
| Никель, Ni | 1455 | 2913 |
| Палладий, Pd | 1554,9 | 2963 |
| Платина, Pt | 1768.4 | 3825 |
| Рений, Re | 3186 | 5596 |
| Родий, Rh | 1964 | 3695 |
| Рутений, Ru | 2334 | 4150 |
| Тантал, Та | 3017 | 5458 |
| Технеций, Тс | 2157 | 4265 |
| Торий, Th | 1750 | 4788 |
| Титан, Ti | 1668 | 3287 |
| Ванадий, V | 1910 | 3407 |
| Вольфрам, W | 3422 | 5555 |
| Цирконий, Zr | 1855 | 4409 |
Данная таблица металлов включает в себя всех представителей, чья температура плавления выше 1000 о С. Однако на практике многие из них не применяются по различным причинам. Например, из-за экономической выгоды или вследствие радиоактивности, слишком высокой степени хрупкости, подверженности коррозионному воздействию.
Также из данных таблицы очевидно, что самый тугоплавкий металл в мире - это вольфрам. Наименьший показатель у золота. При работе с металлами важное значение имеет мягкость. Поэтому многие из обозначенных выше также не используются в технических целях.
Наиболее тугоплавкий металл - вольфрам
В периодической системе располагается под порядковым номером 74. Название получил по фамилии известного физика Стивена Вольфрама. При обычных условиях представляет собой твердый тугоплавкий металл серебристо-белого цвета. Обладает ярко выраженным металлическим блеском. Химически практически инертен, в реакции вступает неохотно.
В природе содержится в виде минералов:
- вольфрамит;
- шеелит;
- гюбнерит;
- ферберит.
Учеными было доказано, что вольфрам - наиболее тугоплавкий металл из всех существующих. Однако существуют предположения о том, что сиборгий теоретически способен побить рекорд этого металла. Но он является радиоактивным элементом с очень коротким периодом существования. Поэтому доказать это пока невозможно.
При определенной температуре (свыше 1500 о С) вольфрам становится ковким и пластичным. Поэтому возможно изготовление тонкой проволоки на его основе. Это свойство используется для изготовления нитей накаливания в обычных бытовых электрических лампочках.
Как наиболее тугоплавкий металл, выдерживающий температуры больше 3400 о С, вольфрам применяется в следующих областях техники:
- как электрод при аргонной сварке;
- для получения кислотоустойчивых, износостойких и жаростойких сплавов;
- в качестве нагревательного элемента;
- в вакуумных трубках как нить накаливания и прочее.
Помимо металлического вольфрама, широко применяются в технике, науке и электронике его соединения. Как самый тугоплавкий металл в мире он и соединения формирует с очень высококачественными характеристиками: прочные, устойчивые практически ко всем видам химического воздействия, не подвергающиеся коррозии, выдерживающие низкие и высокие температуры (победит, сульфид вольфрама, его монокристаллы и другие вещества).
Ниобий и его сплавы
Nb, или ниобий, - при обычных условиях серебристо-белый блестящий металл. Он также является тугоплавким, поскольку температура перехода в жидкое состояние для него составляет 2477 о С. Именно это качество, а также сочетание низкой химической активности и сверхпроводимости позволяет ниобию становиться все более популярным в практической деятельности человека с каждым годом. Сегодня этот металл используется в таких отраслях, как:
- ракетостроение;
- авиационная и космическая промышленность;
- атомная энергетика;
- химическое аппаратостроение;
- радиотехника.
Этот металл сохраняет свои физические свойства даже при очень низких температурах. Изделия на его основе отличаются коррозионной устойчивостью, жаростойкостью, прочностью, отличной проводимостью.
Этот металл добавляют к алюминиевым материалам для повышения химической стойкости. Из него изготовляют катоды и аноды, им легируют цветные сплавы. Даже монеты в некоторых странах делают с содержанием ниобия.
Тантал
Металл, в свободном виде и при обычных условиях покрытый оксидной пленкой. Обладает набором физических свойств, которые позволяют ему быть широко распространенным и очень важным для человека. Его основные характеристики следующие:
- При температуре свыше 1000 о С становится сверхпроводником.
- Это наиболее тугоплавкий металл после вольфрама и рения. Температура плавления составляет 3017 о С.
- Прекрасно поглощает газы.
- С ним легко работать, так как он прокатывается в пласты, фольгу и проволоку без особого труда.
- Обладает хорошей твердостью и не хрупкий, сохраняет пластичность.
- Очень устойчив к воздействию химических агентов (не растворяется даже в царской водке).
Благодаря таким характеристикам сумел завоевать популярность как основа для многих жаропрочных и кислотоустойчивых, антикоррозионных сплавов. Его многочисленные соединения находят применение в ядерной физике, электронике, приборах вычислительного плана. Используются как сверхпроводники. Раньше тантал использовался как элемент в лампах накаливания. Сейчас его место занял вольфрам.
Хром и его сплавы
Один из самых твердых металлов, в естественном виде голубовато-белой окраски. Его температура плавления ниже, чем у рассмотренных до сих пор элементов, и составляет 1907 о С. Однако он все равно используется в технике и промышленности повсеместно, так как хорошо поддается механическим воздействиям, обрабатывается и формуется.
Особенно ценен хром в качестве напылителя. Его наносят на изделия для придания им красивого блеска, защиты от коррозии и повышения износостойкости. Процесс называется хромированием.
Сплавы хрома очень популярны. Ведь даже небольшое количество этого металла в сплаве значительно увеличивает твердость и устойчивость последнего к воздействиям.
Цирконий
Один из самых дорогих металлов, поэтому применение его в технических целях затруднено. Однако физические характеристики делают его просто незаменимым во многих других отраслях.
При обычных условиях это красивый серебристо-белый металл. Обладает достаточно высокой температурой плавления - 1855 о С. Имеет хорошую твердость, устойчивость к коррозии, так как химически не активен. Также отличается великолепной биологической совместимостью с кожей человека и всего организма в целом. Это делает его ценным металлом для использования в медицине (инструменты, протезы и так далее).
Основные области применения циркония и его соединений, в том числе сплавов, следующие:
Из циркония и сплавов на его основе изготавливаются даже украшения, способные влиять на улучшение состояния здоровья человека.
Молибден
Если выяснять, какой металл самый тугоплавкий, то, помимо обозначенного вольфрама, можно назвать и молибден. Его температура плавления составляет 2623 о С. При этом он достаточно твердый, пластичный и поддающийся обработке.
Используется он в основном не в чистом виде, а как составной компонент сплавов. Они, благодаря присутствию молибдена, значительно укрепляются в износостойкости, жаропрочности и антикоррозийности.
Некоторые соединения молибдена используют как технические смазки. Также этот металл является легирующим материалом, одновременно влияющим и на прочность, и на антикоррозийность, что встречается очень редко.
Ванадий
Серый металл с серебристым блеском. Обладает достаточно высоким показателем плавкости (1920 о С). Используется в основном как катализатор во многих процессах, благодаря своей инертности. Применяется в энергетике как химический источник тока, в производствах неорганических кислот. Основное значение имеет не чистый металл, а именно некоторые его соединения.
Рений и сплавы на его основе
Какой металл самый тугоплавкий после вольфрама? Это рений. Его показатель плавкости составляет 3186 о С. По прочности превосходит и вольфрам, и молибден. Пластичность его не слишком высока. Спрос на рений очень велик, а вот добыча составляет сложности. Вследствие этого он является самым дорогим металлом из существующих на сегодняшний день.
Применяется для изготовления:
- реактивных двигателей;
- термопар;
- нитей накаливания для спектрометров и прочих устройств;
- как катализатор при нефтепереработке.
Все области применения дорогостоящие, поэтому он используется только в случае крайней необходимости, когда заменить чем-либо другим возможности нет.
Титановые сплавы
Титан - это очень легкий металл серебристо-белого цвета, который находит широкое применение в металлургической промышленности и металлообработке. Может взорваться при нахождении в мелкодисперсном состоянии, поэтому является пожароопасным.
Применяется в авиа- и ракетостроении, при производстве кораблей. Широко используется в медицине благодаря биологической совместимости с организмом (протезы, пирсинги, имплантаты и прочее).
Наиболее легкоплавкие металлы: свойства, особенности, физические характеристики
Температура плавления – важная характеристика, которая чаще всего применяется именно к металлам. Она зависит от многих физических свойств веществ – их чистоты и кристаллической структуры. Какой металл наиболее легкоплавкий: Li, Al, Hg, Cu? Давайте выясним, кто из них действительно может называться таковым.
Наиболее легкоплавкие металлы
Плавление – процесс перехода из твердого состояния в жидкое. Он происходит под воздействием тепла, но зависит еще от ряда физических факторов, например от давления. Важную роль в том, насколько легко и тяжело вещество поддается плавлению, также играет его состав, размер кристаллов в решетке и прочность связей между атомами.
Температура плавления металлов очень разнится и может иметь даже минусовые значения. Она колеблется от -39 до +3410 градусов Цельсия. Тяжелее всего в жидкость превращаются молибден, вольфрам, хром, титан. Для этого процесса их требуется нагреть до температуры не менее 2000 градусов.
Наиболее легкоплавкими металлами являются галлий, ртуть, литий, олово, свинец, цинк, индий, висмут, таллий. Подробнее о некоторых из них читайте далее.
Ртуть
Полезный во многих сферах, но ядовитый металл был известен еще до нашей эры. Ртуть использовали античные и средневековые медики для лечения венерических и многих других заболеваний, алхимики пытались сделать из нее золото. Сегодня она применяется в электротехнике, приборостроении и органической химии.
Руть – это наиболее легкоплавкий металл на планете. При нормальных комнатных условиях она всегда жидкая, так как температура ее плавления составляет -39 градуса. Ее пары очень опасны, поэтому ртуть содержат только в контейнерах и специальных стеклянных колбах. На организм она действует как яд, отравляя его и выводя из строя нервную, иммунную, дыхательную и пищеварительную системы.
Галлий
Вторым в списке наиболее легкоплавких металлов находится галлий. Он становится жидкостью при температуре выше 29,5 градусов Цельсия, и размягчить его можно просто подержав немного в руках. При нормальных условиях галлий очень хрупкий, легко поддается механическому воздействию и окрашен в светло-серебристый, несколько голубоватый оттенок.
Металл очень рассеян в земной коре и не встречается в виде самородков. В природе его находят в составе различных минералов, таких как гранат, мусковит, турмалин, хлорит, полевой шпат. Кроме того, он содержится в морской воде. Галлий используют в высокочастотной электронике, для изготовления зеркал и различных сплавов.
Индий
В качестве простого вещества индий очень светлый, ковкий и мягкий настолько, что даже оставляет след, если им провести по бумаге. Он также является одним из наиболее легкоплавких металлов, но воздействуют на него только температуры выше 157 °C. Закипает он при 2072 градусах.
Как и галлий, индий не образует собственных месторождений, но содержится в различных рудах. Благодаря своей рассеяности в природе металл довольно дорогой. Его применяют в микроэлектронике, для изготовления легкоплавких сплавов, припоев, жидкокристаллических экранов для техники.
Олово
Олово плавится от температуры выше 231 градуса по Цельсию. Это пластичный и мягкий металл, светло-серебристого цвета. Оно существует четырех аллотропных модификациях, две из них появляются только при высоком давлении.
Олово довольно рассеяно в природе, но может образовывать собственные минералы, например, станнин и касситерит. Его используют в качестве покрытия для металлов для усиления их устойчивости к коррозии, а также для производства жести, фольги, разнообразных сплавов, посуды и деталей для музыкальных инструментов.
Литий – наиболее легкоплавкий металл, который становится жидкостью при температуре 180 градусов. Он мягкий, хорошо поддается ковке и механической обработке. Он относится к щелочным металлам, но проявляет активность гораздо хуже остальных представителей группы. Он медленно реагирует с влажным воздухом, а в сухой атмосфере остается практически стабильным
Металл встречается в сподумене, лепидолите, в месторождениях с оловом, висмутом и вольфрамом, содержится в морской воде и в звездных космических объектах. Литий часто используется для изготовления гальванических элементов, аккумуляторов, применяют в качестве окислителя, а также в пиротехнике. В сплавах с кадмием, медью и алюминием используется в космической, военной и авиационной технике.
Самый легкоплавкий металл: свойства и использование
Каждый металл и их сплавы имеют различные свойства. Одно из таких свойств — температура плавления. Каждый металл плавится при разной температуре. Все что нужно для перевода вещества из твёрдого состояния в жидкое — источник тепла, который будет разогревать металл до определенной температуры.
Так как у каждого металла температура плавления различная, можно определить менее устойчивый металл к температуре и более. Так самый легкоплавкий металл — ртуть, он готов перейти в жидкое состоянии при температуре равно 39 градусов по цельсию. А вот вольфрам( из чего собственно и сделаны вольфрамовые электроды для аргоновой сварки), расплавится только по достижению температуры в 3422 градусов цельсии.
Что касается сплавов, таких как сталь и прочих, определить температуру, при которой те будут плавиться, довольно сложно. Вся сложность в их составе… Так как состав разный, то и температура плавления различная. Как правило, для сплавов указывается диапазон температур, при которых он будет плавиться. Вообще, температура плавления металлов интересная тема.
Способы плавления
Способов плавления два — внешний и внутренний. Каждый из способов по своему эффективен. Во время применений внешнего способа плавления, на металл или сплав воздействуют теплом с наружи, на пример в печи. А в случае с внутренним, через металл пропускается высокий разряд электрического тока или воздействуют электромагнитным полем.
На фото индукционный электромагнитный нагреватель металла для кузнечного дела.
Суть понятия самого легкоплавкого металла
Для специалистов больше знакомо понятие «тугоплавкость». Хотя слово «легкоплавки» и является антонимом в языковом аспекте, на практике – это один из пунктов к общей классификации в промышленности. По своей сути, любой элемент, имеющий температуру плавления менее 600 градусов по Цельсию, называют легкоплавким. Некоторые источники ставят планку вхождения в группу еще ниже – до 500 градусов Цельсия.
Классификация металлов по плавкости:
- легкоплавкие. Температура плавления элементов обязана быть ниже 600 градусов по Цельсию;
Процесс плавления одинаковый для всех металлических элементов – либо внешнее воздействие, либо внутреннее. В первом случае – это расплавка в печах, а во втором – разогревание через пропуск электрического тока сквозь металл. Иногда используется индукционный нагрев в электромагнитном поле с высокой частотой.
Процесс плавки металла через призму науки:
- Разогрев до температуры плавления.
- Увеличение амплитуды тепловых колебаний молекул внутри металла.
- Возникновение дефектов в структуре решетки материала.
- Межатомные связи разрываются + параллельно затрачивается энергия.
- Образование на поверхности квазижидкого слоя.
- Постепенное разрушение решетки и накопление дефектов, что и принято называть процессом плавления.
В зависимости от температуры плавления, выбирают аппараты из сплавов, способных выдержать пиковые значения. Для легкоплавких металлов вопрос решается проще всего.
Второй весомый параметр – температура кипения металла. В 95% случаев она в 2 раза выше температуры плавления. Между собой эти две величины являются прямо пропорциональными + при снижении/увеличения давления на материал, снижается и его показатели плавления с кипением.
10 самых крепких металлов в мире
Таблицы плавления металлов и сплавов
Ниже, представлены таблицы, для наглядного знакомства с температурами плавления тех или иных металлов и их сплавов.
Таблица температуры плавления легкоплавких металлов и сплавов
Таблица с температурами плавления легкоплавких металлов
| Название | Обозначение | Плавление | Кипение |
| Олово | Sn | 232°C | 2600°C |
| Свинец | Pb | 327°C | 1750°C |
| Цинк | Zn | 420°C | 907°C |
| Калий | K | 63,6°C | 759°C |
| Натрий | Na | 97,8°C | 883°C |
| Ртуть | Hg | 38,9°C | 356.73°C |
| Цезий | Cs | 28,4°C | 667.5°C |
| Висмут | Bi | 271,4°C | 1564°C |
| Палладий | Pd | 327,5°C | 1749°C |
| Полоний | Po | 254°C | 962°C |
| Кадмий | Cd | 321,07°C | 767°C |
| Рубидий | Rb | 39,3°C | 688°C |
| Галлий | Ga | 29,76°C | 2204°C |
| Индий | In | 156,6°C | 2072°C |
| Таллий | Tl | 304°C | 1473°C |
| Литий | Li | 18,05°C | 1342°C |
Таблица температуры плавления среднеплавких металлов и сплавов
Таблица температур плавления среднеплавких металлов и сплавов
| Название | Обозначение | t Плавления | t Кипения |
| Алюминий | Al | 660°C | 2519°C |
| Германий | Ge | 937°C | 2830°C |
| Магний | Mg | 650°C | 1100°C |
| Серебро | Ag | 960°C | 2180°C |
| Золото | Au | 1063°C | 2660°C |
| Медь | Cu | 1083°C | 2580°C |
| Железо | Fe | 1539°C | 2900°C |
| Кремний | Si | 1415°C | 2350°C |
| Никель | Ni | 1455°C | 2913°C |
| Барий | Ba | 727°C | 1897°C |
| Бериллий | Be | 1287°C | 2471°C |
| Нептуний | Np | 644°C | 3901,85°C |
| Протактиний | Pa | 1572°C | 4027°C |
| Плутоний | Pu | 640°C | 3228°C |
| Актиний | Ac | 1051°C | 3198°C |
| Кальций | Ca | 842°C | 1484°C |
| Радий | Ra | 700°C | 1736,85°C |
| Кобальт | Co | 1495°C | 2927°C |
| Сурьма | Sb | 630,63°C | 1587°C |
| Стронций | Sr | 777°C | 1382°C |
| Уран | U | 1135°C | 4131°C |
| Марганец | Mn | 1246°C | 2061°C |
| Константин | 1260°C | ||
| Дуралюмин | Сплав алюминия, магния, меди и марганца | 650°C | |
| Инвар | Сплав никеля и железа | 1425°C | |
| Латунь | Сплав меди и цинка | 1000°C | |
| Нейзильбер | Сплав меди, цинка и никеля | 1100°C | |
| Нихром | Сплав никеля, хрома, кремния, железа, марганца и алюминия | 1400°C | |
| Сталь | Сплав железа и углерода | 1300°C — 1500°C | |
| Фехраль | Сплав хрома, железа, алюминия, марганца и кремния | 1460°C | |
| Чугун | Сплав железа и углерода | 1100°C — 1300°C |
Таблица температуры плавления тугоплавких металлов и сплавов
Таблица температур плавления тугоплавких металлов и сплавов
| Название | Обозначение | t Плавления °C | t Кипения °C |
| Вольфрам | W | 3420 | 5555 |
| Титан | Ti | 1680 | 3300 |
| Иридий | Ir | 2447 | 4428 |
| Осмий | Os | 3054 | 5012 |
| Платина | Pt | 1769,3 | 3825 |
| Рений | Re | 3186 | 5596 |
| Хром | Cr | 1907 | 2671 |
| Родий | Rh | 1964 | 3695 |
| Рутений | Ru | 2334 | 4150 |
| Гафний | Hf | 2233 | 4603 |
| Тантал | Ta | 3017 | 5458 |
| Технеций | Tc | 2157 | 4265 |
| Торий | Th | 1750 | 4788 |
| Ванадий | V | 1910 | 3407 |
| Цирконий | Zr | 1855 | 4409 |
| Ниобий | Nb | 2477 | 4744 |
| Молибден | Mo | 2623 | 4639 |
| Карбиды гафния | 3890 | ||
| Карбиды ниобия | 3760 | ||
| Карбиды титана | 3150 | ||
| Карбиды циркония | 3530 |
Получение тугоплавких материалов
Основная трудность, встречающаяся при получении тугоплавких металлов и сплавов, это их высокая химическая активность, которая мешает быть элементу в чистом виде.
Установка для получения тугоплавких металлов
Наиболее распространенной технологией получения считается порошковая металлургия. Существует несколько способов получить порошок тугоплавкого металла.
- Восстановление с помощью триоксида водорода. Такой метод включает в себя несколько этапов, оборудование для обработки — это многотрубные печи, с диапазоном температур от 750 до 950 °С. Данный способ применяется для получения молибдена и вольфрама.
- Восстановление водородом из перрената аммония. При температуре около 500 °С, на заключительном этапе, полученный порошок, отделяют от щелочей с помощью кислот и воды. Применяется для получения рения.
- Соли различных металлов также применяются для получения порошка молибдена. Например, используют соль аммония металла и его порошок не более 15% от общей массы. Смесь нагревается до 500-850 °С при помощи инертного газа, а затем технология производства предусматривает провести восстановление водородом при температуре 850 — 1000 °С.
Производство тугоплавких металлов
Полученный этими способами порошок в дальнейшем подвергают к спеканию в специальные формы, для дальнейшей транспортировки и хранения.
На сегодняшний день, эти способы получения чистых тугоплавких металлов продолжают дорабатываться и применяются новые техники извлечения материала из горных пород. С развитием ядерной энергетики, космической отрасли, металлургии, мы в скором времени сможем наблюдать появление новых методов, возможно более дешевых и простых.
Самый тугоплавкий металл в мире расплавили ученые ИЯФ
Тончайший электронный пучок. Скорость – полмиллиметра в секунду. Самый тугоплавкий материал – карбид гафния – поддается за считанные минуты. Сибирские ученые разработали уникальный подход – прямо в электронно-лучевой установке получают карбид из исходных порошкообразных материалов. Тут же материал плавят в готовое изделие, как в 3D принтере. При такой технологии улучшаются и свойства материала. Раньше его синтезировали в огромной печи и только потом делали расплав.
Извержение в жерле вулкана моделируют ученые Академгородка
– При стандартной технологии просто получаются зерна, требуется очень много время, чтобы они соединились друг с другом. Но все равно остается пористость, которая ухудшает свойства конструкционных материалов. А когда мы ударили электронным пучком, металл не просто расплавился, он стал испаряться, это слишком высокое воздействие, а дальше пошла поверхность ровная и гладкая, – рассказывает старший научный сотрудник Института химии твердого тела Алексей Анчаров.
За один сеанс в установке можно изготовить и многослойное изделие – соединить тугоплавкий слой и, например, теплоизоляционный, который защитит от вредного воздействия. Исследование невозможно было бы без уникальной разработки сибирских физиков.
– Обычный электронный пучок чаще всего используется прямой, в нашем случае – пучок поворачивается на 90 градусов, потому что когда идет испарение, мощный поток паров может попадать на катод и вывести его из строя, – поясняет сотрудник Института ядерной физики Юрий Семенов.
Изделия из карбида гафния можно поставить и на промышленный поток, изготовив штампы и трафареты. То есть снизить цену и временные затраты на производство ядерных ректоров, космических ракет и ускорителей.
– Вы сами понимаете, самый высокотемпературный материал находит применение не только в гражданской области. Поэтому в первую очередь он идет на другие применения, тут пока информации нет, – сообщил старший научный сотрудник Института химии твердого тела Алексей Анчаров.
Дальше ученые разработают оптимальные параметры для автоматизации процесса получения и расплава карбида. Есть и конкретное задание – изготовить новый катод для ускорителя ИЯФ. Детали из самого тугоплавкого материала прочнее и долговечнее и сокращают энергозатраты.
Все выпуски новостей телеканала ОТС, а также программы «Итоги недели», «ПАТРИОТ», «Экстренный вызов», «Пешком по Новосибирской области», «ДПС – дорога. Перекресток. Судьба», «От первого лица» выложены на сайте YouTube.
Применение и нахождение в природе
Самый легкоплавкий металл в мире находится в природе очень рассеяно. Общая его концентрация в земной коре составляет примерно 83 мг/т, что делает его довольно редким элементом. В больших количествах он находится в глинистых сланцах и сульфидных минералах, в особенности в сфалеритах и антимонитах. Встречается в ливингстонитах и метациннабаритах.
Несмотря на свою токсичность, ртуть применяется во многих сферах, например, в металлургии, медицине, химической промышленности, машиностроении, электротехнике и даже сельском хозяйстве. Самый легкоплавкий металл подходит для наполнения энергосберегающих ламп, термометров и барометров.
В тяжёлой промышленности вещество используют для ртутнопаровых турбин, вакуумных установок и диффузионных насосов. Им наполняют измерительные приборы, аккумуляторы, сухие батареи. Ртуть участвует в производстве кондиционеров, холодильников и стиральных машин. В сельском хозяйстве её применяют в составе пестицидов.
Свойства ртути
Итак, самый легкоплавкий металл – это ртуть. Для её плавления нужна температура от 234,32 К или -38,83 °С. Кроме неё, при низких температурах плавятся свинец, таллий, галлий, висмут, олово, кадмий. Закипает ртуть при 629,88 К или 356,73 градусов Цельсия, а при 4,155 К ведёт себя как сверхпроводник.
Она обладает серебристо-белым цветом с ярко выраженным блеском. В периодической таблице ей присвоен номер 80. Это единственный металл, который при комнатной температуре находится в жидком состоянии. В твёрдом состоянии она обладает ромбоэдрической решеткой.
Смотреть галерею
Самый легкоплавкий металл малоактивен при небольших температурах. В таких условиях он слабо реагирует на окислительные растворы и многие газы. Не вступает в реакцию он и с кислородом воздуха, хотя прекрасно растворяется в царской водке.
С другими металлами ртуть образует различные сплавы, амальгамы. С органическими соединениями образует очень прочные связи. С хлором или йодом соединяется после нагревания, образуя ядовитые и практически не диссоциирующие вещества.
Читайте также: