Самый тяжелый металл во вселенной

Обновлено: 04.10.2024

Для того чтобы определить, какой самый тяжелый металл в мире, нужно рассмотреть двух основных претендентов на это звание, а именно – осмий и иридий. Два самых плотных элемента таблицы Менделеева занимают в ней, соответственно, места под номерами 76 и 77. Плотность данных металлов составляет, исходя из их свойств, 22,6 грамма на кубический сантиметр.

Чтобы понять, что же собой представляет самый тяжелый металл, можно сравнить обыкновенную пробку с пробкой, изготовленной из любого претендента на звание «Самый тяжелый металл в мире». Так, чтобы привести весы в равновесие, понадобится чуть более ста обыкновенных пробок, в то время как они должны будут уравновесить всего лишь одну, выполненную из осмия или иридия.

Оба металла были открыты в начале XIX века. Их открытие приписывают ученому С. Теннанту, который в 1804 году проводил анализ осадков, полученных в результате обработки платиновых самородков «царской водкой» (одна часть азотной и три части соляной кислоты). В изучаемом осадке он и выявил два химических элемента, которым присвоил названия осмия и иридия. Иридий получил свое название от греческого слова, обозначающего радугу. Это связано с тем, что соли данного элемента изменяют окраску в зависимости от условий.

Исследования были продолжены русским химиком К. Клаусом, который, начиная с 1841 г, получил финансирование на проведение исследований остатков обработки самородной платины с целью получения дополнительных порций этого драгоценного металла. Поставленная цель так и не была достигнута, однако в процессе работы ученый решил провести тщательное изучение остаточных элементов.

Причина, по которой сложно определить, какой самый тяжелый металл из этих двух элементов, заключается в том, что разница в плотности составляет сотую часть грамма. Ситуация усугубляется тем, что самородных элементов в природе не существует.

Добывают самый тяжелый металл из самородков, которые представляют собой соединение рутения, осмия, платины, палладия и самого иридия. Полученный элемент представляет собой порошкообразное вещество, которое можно ковать при очень высоких температурах. В то же время иридий является так называемым «платиновым металлом», что определяет некоторые его свойства, среди которых полная невосприимчивость к кислотам их смесям. К примеру, взаимодействие с «царской водкой» не приводит к каким-либо последствиям. Иридий растворяется только в некоторых щелочных смесях, к примеру, в дисульфате калия.

Для чего же используют самый тяжелый металл? Из него изготавливают тигли, которые идеально подходят для работы в лабораторных условиях, а также специальный вид мундштука, который применяют для получения тугоплавкого стекла. Его также можно встретить в дорогих перьевых ручках и в стержнях шариковых ручек. К тому же, в связи со снижением себестоимости, иридий стали применять в автомобилестроении, где он широко используется в изготовлении свечей зажигания. Следует отметить, что полученные свечи имеют высокую стоимость, однако их изготовление оправдывает себя, поскольку в результате получают очень долговечные и надежные комплектующие.

Современные цены на этот самый тяжелый металл составляют 35 американских долларов за грамм иридия.

Самое тяжелое вещество во Вселенной

Осмий на сегодня определён как самое тяжёлое вещество на планете. Всего один кубический сантиметр этого вещества весит 22.6 грамма. Он был открыт в 1804 году английским химиком Смитсоном Теннантом, при растворении золота в царской водке. После химического опыта в пробирке остался осадок. Это произошло из-за особенности осмия, он нерастворим в щелочах и кислотах.

Самый тяжёлый элемент на планете

Представляет собой голубовато-белый металлический порошок. В природе встречается в виде семи изотопов, шесть из них стабильны и один неустойчив. По плотности немного превосходит иридий, который имеет плотность 22,4 грамма на кубический сантиметр. Из обнаруженных на сегодня материалов, самое тяжёлое вещество в мире - это осмий.

Он относится к группе редкоземельных металлов, таких как лантан, иттрий, скандий и других лантаноидов.

Дороже золота и алмазов

Добывается его очень мало, порядка десяти тысяч килограмм в год. Даже в наиболее большом источнике осмия, Джезказганском месторождении, содержится порядка трёх десятимиллионных долей. Биржевая стоимость редкого металла в мире достигает порядка 200 тысяч долларов за один грамм. При этом максимальная чистота элемента в процессе очистки около семидесяти процентов.

Хотя в российских лабораториях удалось получить чистоту 90,4 процента, но количество металла не превышало нескольких миллиграмм.

Плотность материи за пределами планеты Земля

Осмий, бесспорно, является лидером самых тяжёлых элементов нашей планеты. Но если мы обратим свой взор в космос, то нашему вниманию откроется множество веществ более тяжёлых, чем наш «король» тяжёлых элементов.

Дело в том, что во Вселенной существуют условия несколько другие, чем на Земле. Гравитация ряда космических объектов настолько велика, что вещество неимоверно уплотняется.

Если рассмотреть структуру атома, то обнаружится, что расстояния в межатомном мире чем-то напоминают видимый нами космос. Где планеты, звезды и прочие космические тела находятся на достаточно большой дистанции. Остальное же занимает пустота. Именно такую структуру имеют атомы, и при сильной гравитации эта дистанция достаточно сильно уменьшается. Вплоть до «вдавливания» одних элементарных частиц в другие.

Нейтронные звезды – сверхплотные объекты космоса

В поисках за пределами нашей Земли мы сможем обнаружить самое тяжёлое вещество в космосе на нейтронных звёздах.

Это достаточно уникальные космические обитатели, один из возможных типов эволюции звёзд. Диаметр таких объектов составляет от 10 до 200 километров, при массе равной нашему Солнцу или в 2-3 раза больше.

Это космическое тело в основном состоит из нейтронной сердцевины, которая состоит из текучих нейтронов. Хотя по некоторым предположениям учёных она должна находиться в твёрдом состоянии, достоверной информации на сегодня не существует. Однако известно, что именно нейтронные звезды, достигая своего передела сжатия, впоследствии превращаются в сверхновые звезды с колоссальным выбросом энергии, порядка 10 43 -10 45 джоулей.

Плотность такой звезды сравнима, к примеру, с весом горы Эверест, помещённой в спичечный коробок. Это сотни миллиардов тонн в одном кубическом миллиметре. К примеру, чтобы стало более понятно, насколько велика плотность вещества, возьмём нашу планету с её массой 5,9×1024 кг и «превратим» в нейтронную звезду.

В результате, чтобы плотность Земли сравнялась с плотностью нейтронной звезды, её нужно уменьшить до размеров обычного яблока, диаметром 7-10 сантиметров. Плотность уникальных звёздных объектов увеличивается с перемещением к центру.

Слои и плотность вещества

Наружный слой звезды представлен собой в виде магнитосферы. Непосредственно под ней плотность вещества уже достигает порядка одной тонны на сантиметр кубический. Учитывая наши знания о Земле, на данный момент, это самое тяжёлое вещество из обнаруженных элементов. Но не спешите с выводами.

Продолжим наши исследования уникальных звёзд. Их называют также пульсарами, из-за высокой скорости вращения вокруг своей оси. Этот показатель у различных объектов колеблется от нескольких десятков до сотен оборотов в секунду.

Проследуем далее в изучении сверхплотных космических тел. Затем следует слой, который имеет характеристики металла, но, скорее всего, он похож по поведению и структуре. Кристаллы намного меньше, чем мы видим в кристаллической решётке Земных веществ. Чтобы выстроить линию из кристаллов в 1 сантиметр, понадобится выложить более 10 миллиардов элементов. Плотность в этом слое в один миллион раз выше, чем в наружном. Это не самое тяжёлое вещество звезды. Далее следует слой, богатый нейтронами, плотность которого в тысячу раз превышает предыдущий.

Ядро нейтронной звезды и его плотность

Ниже находится ядро, именно здесь плотность достигает своего максимума - в два раза выше, чем вышележащий слой. Вещество ядра небесного тела состоит из всех известных физике элементарных частиц. На этом мы достигли конца путешествия к ядру звезды в поисках самого тяжёлого вещества в космосе.

Миссия в поисках уникальных по плотности веществ во Вселенной, казалось бы, завершена. Но космос полон загадок и неоткрытых явлений, звёзд, фактов и закономерностей.

Чёрные дыры во Вселенной

Следует обратить внимание, на то, что сегодня уже открыто. Это чёрные дыры. Возможно, именно эти загадочные объекты могут быть претендентами на то, что самое тяжёлое вещество во Вселенной - их составляющая. Обратите внимание, что гравитация чёрных дыр настолько велика, что свет не может её покинуть.

По предположениям учёных, вещество, затянутое в область пространства времени, уплотняется настолько, что пространства между элементарными частицами не остаётся.

К сожалению, за горизонтом событий (так называется граница, где свет и любой объект, под действием сил гравитации, не может покинуть чёрную дыру) следуют наши догадки и косвенные предположения, основанные на выбросах потоков частиц.

Ряд учёных предполагают, что за горизонтом событий смешиваются пространство и время. Существует мнение, что они могут являться «проходом» в другую Вселенную. Возможно, это соответствует истине, хотя вполне возможно, что за этими пределами открывается другое пространство с совершенно новыми законами. Область, где время поменяется «местом» с пространством. Местонахождение будущего и прошлого определяется всего лишь выбором следования. Подобно нашему выбору идти направо или налево.

Потенциально допустимо, что во Вселенной существуют цивилизации, которые освоили путешествия во времени через чёрные дыры. Возможно, в будущем люди с планеты Земля откроют тайну путешествий сквозь время.

Список тяжелых металлов: виды и особенности

Из всех 104 известных человечеству на сегодня химических элементов 82 составляют металлы. Они занимают видное место в жизни людей в промышленной, биологической и экологической сфере. Современная наука подразделяет металлы на тяжёлые, лёгкие и благородные. В этой статье мы рассмотрим список тяжёлых металлов и их особенности.

Определение тяжёлых металлов

Изначально тяжёлыми металлами принято было называть тех их представителей, которые имеют атомную массу выше 50. Однако употребление названного термина на сегодняшний день происходит чаще не с химической точки зрения, а в зависимости от их воздействия на загрязнение окружающей среды. Таким образом, список тяжёлых металлов включает те металлы и металлоиды (полуметаллы), которые загрязняют элементы человеческой биосферы (почву, воду). Давайте рассмотрим их.

Сколько элементов включает список тяжёлых металлов?

На сегодня не существует единого мнения относительно количества элементов в названном перечне, поскольку нет общих критериев, относящих металлы к тяжёлым. Тем не менее, список тяжёлых металлов может быть сформирован в зависимости от различных свойств металлов и их признаков. К ним относят:

Атомный вес. Исходя из этого критерия, к названным принадлежат более 40 элементов с атомной массой, превышающей 50 а.е.м (г/моль).
Плотность. Исходя из этого критерия, тяжёлыми считаются те металлы, у которых плотность равна или превосходит плотность железа.
Биологическая токсичность объединяет тяжёлые металлы, негативно влияющие на жизнедеятельность человека и живых организмов. В их списке порядка 20 элементов.

Влияние на организм человека

Большинство названных веществ оказывают негативное воздействие на все живые организмы. Ввиду значительной атомной массы, они плохо транспортируются и накапливаются в тканях человека, вызывая различные заболевания. Так, для человеческого организма кадмий, ртуть и свинец признаны как самые опасные и самые тяжёлые металлы.

Список токсичных элементов группируется по степени опасности по так называемым правилам Мертца, согласно которым наиболее токсичные металлы имеют наименьший диапазон экспозиции:

Кадмий, ртуть, таллий, свинец, мышьяк (группа самых опасных металлических ядов, превышение допустимых норм которых способно привести к серьёзным психо-физиологическим нарушениям и даже к летальному исходу).
Кобальт, хром, молибден, никель, сурьма, скандий, цинк.
Барий, марганец, стронций, ванадий, вольфрам

Это однако не означает, что ни один из элементов, сгруппированных выше, по правилам Мертца, не должен присутствовать в человеческом организме. Напротив, список тяжёлых металлов насчитывает в нем эти и ещё более 20 элементов, небольшая концентрация которых не только не опасна для жизнедеятельности человека, но и необходима в метаболических процессах, особенно железо, медь, кобальт, молибден и даже цинк.

Загрязнение окружающей среды тяжёлыми металлами

Элементами биосферы, подвергающимся загрязнению тяжёлыми металлами, являются почва и вода. Чаще всего виновниками этого выступают металлургические предприятия, перерабатывающие лёгкие и тяжёлые цветные металлы. Список загрязняющих агентов также пополняют предприятия по сжиганию мусора, автомобильные выхлопы, котельные, химико-производственные, типографические компании и даже электростанции.

Чаще всего токсинами являются: свинец (автомобильное производство), ртуть (пример распространения: разбитые в быту градусники и люминесцентные осветительные приборы), кадмий (образуется в результате сжигания мусора). Кроме этого, большинство заводов в производстве используют тот или иной элемент, который может быть охарактеризован как тяжёлый. Металл группы, список которой был приведен выше, в виде отходов поступает чаще всего в водоёмы и далее по трофической цепи доходит до человека.

Кроме техногенных факторов загрязнения природы тяжёлыми металлами, существуют также природные – это извержения вулканов, в лаве которых обнаружено повышенное содержание кадмия.

Особенности распространения в природе самых токсичных металлов

Ртуть в природе более всего локализуется в водной и воздушной среде. В воды мирового океана ртуть поступает из промышленных сливов, также встречаются пары ртути, образующиеся вследствие горения угля. Токсичные соединения аккумулируются в живых организмах, особенно в морепродуктах.

Свинец имеет широкую область распространения. Он накапливается и в горах, и в почве, и в воде, и в живых организмах, и даже в воздухе, в виде выхлопных газов от автомобилей. Конечно, свинец поступает в окружающую среду и в результате антропологического действия в виде отходов от промышленной отрасли и неутилизированных отходов (аккумуляторы и батарейки).

А источником загрязнения окружающей среды кадмием являются сточные воды промышленных предприятий, а также природные факторы: выветривание медных руд, вымывание почв, а также результаты вулканической активности.

Область применения тяжёлых металлов

Несмотря на токсичность, современная промышленность создаёт огромное множество полезных продуктов, перерабатывая тяжёлые цветные металлы, список которых включает сплавы меди, цинка, свинца, олова, никеля, титана, циркония, молибдена и др.

Медь – высокопластичный материал, из которого получаются разнообразные провода, трубы, кухонная утварь, украшения, кровельное покрытие и многое другое. Кроме того, она широко используется в машиностроении и кораблестроительстве.

Цинк обладает высокими антикоррозийными свойствами, поэтому распространено использование цинковых сплавов для покрытия металлических изделий (т. н. оцинковка). Области применения продуктов из цинка: строительство, машиностроение, полиграфия (изготовление печатных форм), ракетостроение, химическая промышленность (производство лаков и красок) и даже медицина (антисептические средства и др.).

Свинец легко плавится, поэтому используется в качестве сырья во многих отраслях: лакокрасочной, химической, автомобильной (входит в состав аккумуляторов), радиоэлектронной, медицинской (изготовление защитных фартуков для пациентов во время прохождения рентген-исследований).

7 самых тяжелых элементов на Земле | По атомной массе

Мы должны быть более конкретными, когда говорим о том, насколько тяжелый элемент. Есть два возможных способа определения «самых тяжелых» элементов - на основе их плотности или атомной массы.

Самый тяжелый элемент с точки зрения плотности можно определить как массу на единицу объема, которая обычно измеряется в граммах на кубический сантиметр или килограммах на кубический метр.

Самым плотным природным элементом на Земле является осмий. Это блестящее вещество имеет плотность 22,59 г / см3, чуть больше, чем у иридия.

Другой способ взглянуть на тяжесть - это атомный вес, средняя масса атомов элемента. Стандартная единица атомной массы составляет одну двенадцатую от массы одного атома углерода-12.

Это фундаментальное понятие в химии, потому что большинство химических реакций происходит в соответствии с простыми числовыми соотношениями между атомами. Ниже мы перечислили 7 самых тяжелых элементов, найденных на Земле в соответствии с их атомными массами.

Примечание: мы не упомянули элементы, свойства которых неизвестны или еще не подтверждены, такие, как московия, флеровия, нихония и мейтнерия.

7. Резерфордий

Атомная масса: 267

Резерфордий (Rf) был первым сверхтяжелым элементом, который был обнаружен [в 1964 году]. Он очень радиоактивен, и его самый стабильный изотоп 267Rf имеет период полураспада около 78 минут.

Ожидается, что этот элемент будет твердым при нормальных условиях и предположительно будет иметь химические свойства, подобные гафнию. Он был создан только в незначительных количествах и используется только для научных исследований.

6. Дубний

Атомная масса: 268

Дубний (Db) - радиоактивный элемент, впервые синтезированный в 1968 году в Объединенном институте ядерных исследований, Россия. Он имеет семь признанных изотопов, из которых наиболее стабильным является 268Db с периодом полураспада 32 часа.

Дубний можно получить бомбардировкой калифорния-249 азотом или америция-243 неоном. Ограниченный анализ химии Дубния подтвердил, что этот элемент ведет себя больше как ниобий, а не тантал, нарушая периодические тенденции.

Поскольку элемент не найден в природе свободным и не создан в больших количествах в лаборатории, у него нет других применений, кроме научных исследований.

5. Сиборгиум

Атомная масса: 269

Seaborgium (Sg) был впервые синтезирован в 1974 году в лаборатории Лоуренса в Беркли, штат Калифорния. Исследовательская группа подвергла бомбардировке калифорний-249 ядрами кислорода-18 для получения сиборгия-263.

Это радиоактивный элемент, чей самый стабильный изотоп (269Sg) имеет период полураспада около 14 минут. Только несколько атомов сиборгия когда-либо были произведены, и его использование исключительно для научных исследований.

Небольшое исследование, проведенное на этом синтетическом химическом элементе, указывает на то, что сиборгий является плотным тяжелым металлом в нормальных условиях.

В 2014 году японские исследователи впервые установили химическую связь между атомом углерода и сиборгием, открывая новые двери для анализа влияния относительности Эйнштейна на структуру периодической таблицы.

4. Борий

Атомная масса: 270

Bohrium (Bh) - это искусственно созданный радиоактивный элемент, названный в честь известного физика Нильса Бора. Он синтезируется путем бомбардировки висмута ионами хрома.

Поскольку он очень быстро разлагается за счет испускания альфа-частиц (период полураспада 270Bh составляет 61 секунду), изучать этот элемент очень сложно.

Борий не встречается в природе, и только несколько атомов были получены до настоящего времени. Возможно, он никогда не будет изолирован в наблюдаемых количествах.

3. Хассий

Атомная масса: 270

Обнаруженный немецкими физиками в 1984 году, калий (Hs) является одним из самых тяжелых и плотных элементов периодической таблицы. Все 9 изотопов элемента имеют очень короткие периоды полураспада: самый стабильный (270Hs) имеет период полураспада 10 секунд.

Пока что получено всего несколько атомов хасция. Таким образом, его свойства еще не известны. Хотя точная температура плавления, температура кипения и плотность не подтверждены, элемент считается твердым при комнатной температуре.

Этот радиоактивный переходный металл может реагировать с другими элементами [своей группы], если он производится в больших количествах. На данный момент он не имеет коммерческого использования, кроме научных исследований.

2. Tennessine

Атомная масса: 294

Tennessine (Ts) является вторым наиболее тяжелым известным элементом, обнаруженным российско-американским коллаборацией в 2010 году. Это радиоактивный, искусственно произведенный элемент. Хотя его классификация неизвестна, ожидается, что он будет надежным.

Теннессин был получен реакцией синтеза кальция-48 с берклием-249. Во всех проведенных экспериментах его атомы длились десятки и сотни миллисекунд.

Использование tennessine ограничено исследовательскими целями из-за его незначительного производства. Его самый стабильный изотоп (294Ts) имеет период полураспада около 80 миллисекунд, который распадается из-за альфа-распада.

1. Оганесон

Впервые синтезированный в 2002 году, Oganesson (Og) - самый тяжелый элемент периодической таблицы. Этот высокорадиоактивный элемент является членом группы благородных газов. Удивительно, но это первый благородный газ, который химически реактивен.

С 2005 года было идентифицировано только 6 атомов Oganesson. Он проявляет очень необычные физические и химические свойства, большинство из которых еще недостаточно изучены.

Поскольку Oganesson очень нестабилен (с периодом полураспада около 0,89 миллисекунд) и не происходит естественным путем, почти нет причин для рассмотрения его опасности для здоровья.

Тяжелый элемент природного происхождения: Уран

Урановое стекло светится под ультрафиолетовым светом | Предоставлено: Wikimedia Commons.

Атомная масса: 238,0289

На протяжении более 6 десятилетий уран (U) использовался в качестве богатого источника концентрированной энергии. Это самый тяжелый элемент в земной коре, он встречается в 500 раз чаще, чем золото, и в 40 раз чаще, чем серебро.

Хотя уран является радиоактивным элементом, скорость его распада значительно ниже, чем у других элементов, связанных с радиоактивностью. Его наиболее естественная форма (уран-238) имеет период полураспада около 4,5 миллиарда лет.

Уран в основном используется в качестве ядерного топлива для производства электроэнергии на атомных электростанциях. Один килограмм урана-235 может генерировать около 80 тераджоулей энергии, что эквивалентно энергии, генерируемой 3000 тонн угля.

Это чрезвычайно токсичный элемент: прием соединений шестивалентного урана может привести к повреждению иммунной системы и врожденным дефектам.

Топ-10: Самые тяжёлые элементы, известные человечеству

Этот базовый список из десяти элементов является самым "тяжёлым" по плотности на один кубический сантиметр. Однако обратите внимание, что плотность — это не масса, она просто показывает, насколько плотно упакована масса тела.

Теперь, когда мы это понимаем, давайте взглянем на самые тяжёлые элементы во всей известной человечеству вселенной.

10. Тантал (Tantalum)

Плотность на 1 см³ — 16,67 г

Атомный номер тантала — 73. Этот сине-серый металл является очень твёрдым, а также имеет супервысокую температуру плавления.

9. Уран (Uranium)

Плотность на 1 см³ — 19,05 г

Обнаруженный в 1789 году немецким химиком Мартином Генрихом Клапортом (Martin H. Klaprot), металл стал настоящим ураном лишь почти сто лет спустя, в 1841 году, благодаря французскому химику Эжену Мелькиору Пелиго.

8. Вольфрам (Wolframium)

Плотность на 1 см³ — 19,26 г

Вольфрам существует в четырёх различных минералах, а также является самым тяжёлым из всех элементов, играющих важную биологическую роль.

7. Золото (Aurum)

Плотность на 1 см³ — 19,29 г

Говорят, деньги на деревьях не растут, чего не скажешь о золоте! Небольшие следы золота были обнаружены на листьях эвкалиптовых деревьев.

6. Плутоний (Plutonium)

Плотность на 1 см³ — 20,26 г

Плутоний демонстрирует красочное состояние окисления в водном растворе, а также может спонтанно изменять состояние окисления и цвета! Это настоящий хамелеон среди элементов.

5. Нептуний (Neptunium)

Плотность на 1 см³ — 20,47 г

Названный в честь планеты Нептун, он был обнаружен профессором Эдвином Макмилланом (Edwin McMillan) в 1940 году. Он также стал первым обнаруженным синтетическим трансурановым элементом из семейства актиноидов.

4. Рений (Rhenium)

Плотность на 1 см³ — 21,01 г

Название этого химического элемента происходит от латинского слова "Rhenus", что означает "Рейн". Он был обнаружен Вальтером Ноддаком (Walter Noddack) в Германии в 1925 году.

3. Платина (Platinum)

Плотность на 1 см³ — 21,45 г

Один из самых драгоценных металлов в этом списке (наряду с золотом), и используется для изготовления практически всего. В качестве странного факта: вся добытая платина (до последней частицы) могла бы поместиться в гостиной среднего размера! Не так много, на самом деле. (Попробуйте поместить в неё всё золото.)

2. Иридий (Iridium)

Плотность на 1 см³ — 22,56 г

Иридий был обнаружен в Лондоне в 1803 году английским химиком Смитсоном Теннантом (Smithson Tennant) вместе с осмием: элементы присутствовали в природной платине в качестве примесей. Да, иридий был обнаружен чисто случайно.

1. Осмий (Osmium)

Плотность на 1 см³ — 22,59 г

Не существует ничего более тяжёлого (на один кубический сантиметр), чем осмий. Название этого элемента происходит от древнегреческого слова "osme", что означает "запах", поскольку химические реакции его растворения в кислоте или воде сопровождаются неприятным, стойким запахом.

Читайте также: