Жидкий металл в таблице менделеева
Обновлено: 10.05.2024
Миллионы лет назад наши далекие предки изготавливали себе инструменты из дерева и камней, но спустя тысячелетия они научились пользоваться металлами. С этого момента человечество начало развиваться с немыслимыми темпами и все дошло до того, что большинство окружающих нас объектов сделано из железа, алюминия и других разновидностей этого материала. Практически все металлы хорошо проводят электричество и тепло, при определенных условиях они пластичны и отлично подходят для изготовления различных деталей для электроники, а также обладают характерным металлическим блеском. Но в периодической таблице Менделеева есть металлы, которые обладают уникальными свойствами, которыми не могут похвастаться все остальные. Они по-своему удивительны, и когда-то давно этим металлам присваивали чуть ли не волшебные качества. Итак, давайте перечислим их, а также узнаем о свойствах и других интересных особенностях?
Оглянитесь вокруг — мы окружены металлами
Самый жидкий металл
Ртуть считается самым жидким металлом и, в то же время, одним из самых опасных для человеческого организма. Он практически всегда пребывает в жидком состоянии, потому что температура его плавления равна -38 градусам Цельсия. Именно поэтому этот металл используется в градусниках — при увеличении температуры, жидкость расширяется. Поскольку градусник сделан в виде стеклянной трубочки, расширяться она может только в одном направлении. Чтобы на показатели градусника не влияли другие условия вроде атмосферного давления, из трубочки выкачан воздух.
Несмотря на свою опасность, ртуть используется даже в повседневных вещах
В средневековье считалось, что при смешивании ртути, серы и загадочного «философского камня» можно получить чистое золото. Поэтому внимания этому металлу уделялось очень много. С средние века получить из ртути золота никому не удалось, но это стало под силу ученым в 1947 году — они поместили 100 миллиграмм ртути в атомный реактор и получили 35 микрограмм золота. Вот и второе удивительное свойство ртути — его можно превратить в золото, но это слишком дорогой процесс.
Третья особенность ртути заключается в том, что при вдыхании его паров человек получает сильное отравление — опасные вещества оседают в легких. Симптомы отравления включают в себя слабость, понижение аппетита, боль при глотании, набухание десен и сильная боль в животе. Из-за своей ядовитости, ртуть входит в десятку химических веществ, представляющих опасность для общественного здоровья.
Самый тугоплавкий металл
А теперь давайте поговорим о полной противоположности ртути — металле, именуемом как вольфрам. В то время как ртуть может расплавиться на человеческой ладони, для расплавления вольфрама необходима температура на уровне 3422 градусов Цельсия.
С немецкого «Wolf Rahm» можно перевести как «волчьи сливки»
Сам по себе вольфрам не опасен, но изделия, в котором он используется, могут убить. Этот металл часто используется как наконечник патронов, которые могут пробить даже бронежилет. Только его добавляют совсем чуть-чуть, потому что вольфрам — очень тяжелый металл.
В 2018 году мой коллега Илья Хель написал интересный материал про Секретное оружие США, где поразмышлял о том, что могут скрывать от нас американские военные. Советую почитать.
Из-за своей тугоплавкости, вольфрам трудно поддается деформации, поэтому в чистом виде его используют очень редко. Как правило, изделия из вольфрама имеют и другие примеси — они делают его более податливым и значительно уменьшают вес.
Самый твердый металл
Самым твердым и при этом легким металлом на нашей планете считается титан. Благодаря своим свойствам, он активно используется в авиации и кораблестроении — материал отлично подходит для изготовления корпусов самолетов и кораблей. К тому же, благодаря прочности и легкости, из титана изготавливают бронежилеты. Этот металл безопасен для человеческого организма, поэтому часто применяется в медицине для изготовления инструментов и даже протезов — искусственных частей тела.
Благодаря выдающимся свойствам, словом «титан» называют видеокарты и прочую электронику, чтобы подчеркнуть их мощность
При нагревании, титан начинает поглощать кислород, хлор, азот и другие газы. Благодаря этому удивительному свойству, металл используется в различных фильтрах — пропуская различные газы через нагретые до 600 градусов Цельсия титановые трубки, можно очистить их от примесей. Таким же образом можно очистить воду от кислорода, что особенно полезно в пищевой промышленности. Считается, что содержащийся в воде кислород ухудшает качество некоторых продуктов — как минимум, он может сократить срок годности пива.
Самый радиоактивный металл
Единственным металлом, который может использоваться в качестве топлива в ядерных реакторах, является уран. Многие люди считают его очень опасным из-за высокой радиоактивности. Однако, природный уран безопасен для здоровья человека, а опасность представляет его разновидность под названием U-235 — именно она используется в ядерных реакторах.
Уран-235 использовался при ядерной бомбардировке Хиросимы, в бомбе «Малыш»
Когда-то давно из природного урана даже изготавливали посуду. Например, осколки желтого стекла с содержанием урана были найдены на территории итальянского города Неаполь — по расчетам ученых, стекло было изготовлено в 79 году нашей эры. Он был безопасен для людей и никаких намеков на радиацию вроде свечения не наблюдалось.
Природного урана U-235, пригодного для использования в ядерных реакторах, сегодня в природе очень мало — на протяжении долгих лет он просто улетучился. Зато, миллиарды лет назад его было очень много, и ядерные реакции могли запускаться прямо на природе,без участия человека. Так, на территории африканской страны Габон, около 1,8 миллиарда лет назад происходила естественная реакция деления ядер урана. Уран горел на протяжении сотен лет, но в итоге реакция прекратилась из-за истощения запасов металла.
Самый тяжелый металл
Самым тяжелым металлом из всей таблицы Менделеева считается осмий. Его удивительным свойством является то, что будучи самым тяжелым, на воздухе он становится летучим, ядовитым веществом. Название «осмий» с древнегреческого языка можно перевести как «запах». Такое наименование металлу было дано неспроста — в 1803 году английский химик Смитсон Теннант (Smithson Tennant) на собственном опыте ощутил, что металл пахнет хлором и неприятен настолько, что раздражает горло.
Осмий, кстати, очень красив
Благодаря своей твердости, осмий часто используется в механизмах, а именно в местах, где происходит сильное трение. Также он используется в изготовлении нитей для ламп накаливания. Ядовитые свойства возникают только на открытом воздухе — металл превращается в токсичное вещество тетраоксид осмия, которое вызывает раздражение глаз, поражение верхних дыхательных путей и даже воспаление почек.
Самый стойкий металл
Самым стойким металлом считается иридий — его невозможно растворить ни в одной кислоте. Из-за стойкости, этот металл используется в Международном бюро мер и весов — из него создан эталон килограмма. Этот цилиндр из иридия необходим для того, чтобы у всех стран было единое представление о том, сколько именно должен весить килограмм. Это важно, потому что любое отклонение может стать причиной неисправности в самолётах и кораблях и, впоследствии, серьезной катастрофы.
Иридий — показатель того, сколько должен весить килограмм
Также иридий используется при изготовлении денег. Например, в африканской стране Руанде была выпущена иридиевая монета номиналом 10 руандийских франков. Можно сказать, что это самая устойчивая к химическому воздействию монета. Повредить ее можно разве что кину в сосуд со фтором — сильнейшим окислителем. Но разрушительная реакция начнется только при нагревании до 450 градусов Цельсия.
Самый дорогой металл
Многие люди инвестируют в металлы и одним из самых дорогих сегодня является золото. По курсу за июнь 2020 года, грамм золота стоит около 4000 рублей, тогда как цена той же массы платины еле достигает 2000 рублей. Чуть выше мы уже выяснили, что добывать золото из ртути — это очень дорогой процесс. Поэтому, получением золота занимаются работники аффинажных заводов — грубо говоря, они извлекают золота из смесей других металлов.
Золото уже тысячелетиями сводит людей с ума
Так как персонал работает с очень дорогим металлом, в заводах действует строгий контроль. Если у человека, например, есть золотой зуб — охрана всегда проверяет, находится ли он на месте. А то вдруг человек избавится от золотого зуба и решит пронести кусочек драгоценного металла, поместив его в освободившемся пространстве между зубами? В некоторых аффинажных заводах работники проходят внутрь голыми и облачаются в рабочую одежду внутри.
Самый редкий металл
Франций — самый редкий металл. По расчетам ученых, в земной коре его концентрация равна всего лишь 340 граммам. Получить больше урана можно искусственным путем, но для этого необходимо запускать ядерные реакции.
Франций очень редкий и мало где используется
Франций очень радиоактивен, поэтому на данный момент он практически нигде не используется. Однако, иногда ученые все же используют разновидности франция в ходе научных исследований. Также предпринимались попытки диагностики рака с использованием технологий, где франций тоже был задействован.
Самый легкий металл
Звание самого легкого металла, по праву достается литию. Он окрашен в серебристо-белый цвет и настолько мягок, что легко режется ножом. Так как он является самым легким металлом в таблице Менделеева, при попадании в воду он всплывает на поверхность.
А вот и он — литий
Для многих это может стать открытием, но устройство с литием вы прямо сейчас можете держать в руке — это ваш смартфон. В мобильных устройствах используются литиевые аккумуляторы, которые компактны, но обеспечивают работу устройств от одного заряда только на протяжении нескольких дней. Ученые пытаются улучшить показатели литий-ионных батарей, но пока это им никак не удается.
Возможно, в будущем вместо литий-ионных батарей будут использоваться совершенно другие аккумуляторы. Какие? Читайте в этом материале.
Самый дорогой промышленный металл
Калифорний — радиоактивный красавец
Этот металл очень радиоактивен, поэтому никаких поделок из него не сделаешь. Зато он нужен ученым во время проведения серьезных испытаний. Хотя, в теории, его можно использовать при создании атомной бомбы. Но вышеупомянутый уран стоит гораздо дешевле, поэтому все используют именно его.
В периодической таблице Менделеева еще много интересных элементов, но эти — по моему мнению, самые интересные металлы. Примечательно, что ученые до сих пор занимаются разработкой металлов с интересными свойствами. В 2019 году мой коллега Владимир Кузнецов рассказал о материале, который не тонет в воде — рекомендую почитать!
Жидкий металл: структура, свойства
Сегодня уже поколебалось привычное представление о том, что металл в обычном состоянии – вещество твердое. Долгое время считалось, что единственное исключение из этого утверждения – ртуть, которая в жидком состоянии остается до -39° C. Ответ на вопрос о том, какой металл жидкий, не так однозначен.
Жидкие металлы в природе
На самом деле ртуть не является единственным в мире жидким металлом. Известны еще галлий, цезий и франций, которые находятся в жидком состоянии до +30° C.
Галлий очень широко применяется, например, в электронике. Кроме того, что он плавится при низких температурах, галлий, и это главное его достоинство, закипает при температуре не ниже 2230° C. Необычайно широкий интервал расплава дает возможность использовать этот элемент в работе атомных реакторов.
Не менее востребованным элементом является цезий, несмотря на то что его в земной коре крайне мало и добыча его затруднена.
А вот радиоактивный элемент франций, период полураспада которого составляет чуть больше 22 минут, образуется при распаде актиния, и до сих пор неизвестно, как он выглядит. Даже ученые о нем знают очень мало, и знания эти накапливаются по крупицам. Научные лаборатории проводят исследования этого элемента на образцах массой в одну десятимиллионную долю грамма, которая каждые двадцать две с небольшим минуты уменьшается вдвое.
То есть при температурах, немногим отличающихся от комнатной, жидкими металлами можно назвать четыре элемента периодической таблицы Менделеева, включая ртуть.
Строение металлов
В металлах атомы располагаются в строгом геометрическом порядке и образуют кристаллическую решетку. Их виды в разных металлах и сплавах различаются в зависимости от количества и расположения атомов.
В расплавленных металлах атомы находятся в хаотическом движении, и связи между ними нарушаются.
Обычный расплавленный жидкий металл из мартена – это всего лишь материал с кристаллической решеткой и обычными свойствами твердого тела при нормальной температуре.
При охлаждении жидкого металла начинается процесс кристаллизации, скорость которого возрастает с понижением температуры. Связи между атомами восстанавливаются, и образовывается кристаллическая решетка. Нарушение целостности металла, например, образование ржавчины или трещин, происходит именно на границах между кристаллами. То есть если не существует четких границ между кристаллами, меняются не только механические, но и электрические, и магнитные свойства металла.
Свойства жидких металлов
Ученые утверждают, что аморфные материалы могут быть прочнее кристаллических аналогов в десять раз, а их электрическое сопротивление выше в пять раз. Причем при нормальной температуре они способны сохранять свойства более ста лет, но высокую температуру переносят плохо.
Если жидкий металл из мартена охладить настолько быстро, что связи между атомами и кристаллами не успеют восстановиться, то получится вещество в аморфном состоянии, соединяющее в себе свойства металлов и жидкостей.
Оно обладает поверхностным натяжением и вязкостью жидкостей, а сжимается и отражает электромагнитные волны, как всякий металл. Структура жидких металлов – это хаотическое скопление атомов без жестких связей между ними.
Поскольку отсутствует кристаллическая структура, такие вещества обладают замечательными магнитными свойствами, высокими показателями прочности на растяжение и ударной вязкости.
Жидкий металл прочнее титана более чем в два раза, не ржавеет и может отливаться в форму, даже самую сложную, как любой пластический материал. При этом после отливки дополнительно обрабатывать изделие не нужно – у него четкие очертания и идеально гладкая поверхность.
Жидкие металлы на основе галлия
Сплавы на основе легкоплавких металлов, а их в мировой промышленности используется около тридцати, имеют температуру плавления меньше 70° С. Большинство из них химически активны и токсичны. Сплавы на основе галлия, в которые в разных пропорциях входят индий, олово и цинк, плавятся при низких температурах, меньше 40° С, и не являются ни токсичными, ни химически активными. В промышленности их используется всего восемь, но вариаций может быть значительно больше, в зависимости от процентного соотношения компонентов.
Температура плавления, °С
Эти сплавы жидкими металлами и являются. Они не токсичны, но специалисты рекомендуют при работе с ними соблюдать меры предосторожности и работать в резиновых или хлопчатобумажных перчатках.
Способы получения жидких металлов
Если не говорить о жидких металлах на основе галлия, то в первую очередь ученые искали возможность быстрого охлаждения расплавленного металла. Существует способ распыления металла с помощью устройства, напоминающего пульверизатор, тонким слоем на очень холодную поверхность. Метод носит название "ионно-плазменное распыление". Используется и нанесение жидкого металла на вращающийся диск. В любом случае такими способами можно было получить узкие полоски металла, которые нельзя соединить между собой горячими методами, обычными для кристаллических веществ.
Следующим этапом было создание сплавов из металлов, которые друг с другом сочетаются плохо. Специалисты Калифорнийского технологического института разработали сплав с названием Liquidmetal. В состав жидкого металла входят титан, медь, никель, цирконий и бериллий. При остывании такого сплава кристаллизация происходит очень медленно, так как атомы металлов очень отличаются по размерам.
Применение жидких металлов
Жидкие металлы на основе галлия используются в системах пожарной сигнализации, в качестве теплоносителя в системах охлаждения с высокими рабочими температурами.
В период, когда сплав "жидкий металл" получали в виде узких ленточек, применение ему нашли при создании кодовой маркировки, предназначенной для борьбы с хищениями и использования в покрытии буровых труб для увеличения срока их службы.
Когда был создан Liquidmetal, его начали применять при изготовлении клюшек для гольфа. Расчеты показали, что такая клюшка передает мячу более мощное энергетическое усилие, чем обычная.
Специалисты Liquidmetal Technologies участвуют в разработках ведущих производителей лыж и бейсбольных бит.
В оборонной промышленности Liquidmetal может заменить обедненный уран в снарядах, пробивающих броню.
В России из жидкого металла, полученного из расплава, охлажденного на вращающемся диске, стали изготавливать элементы и микропровода для особо чувствительной и точной аппаратуры, в медицинском приборостроении и электронной технике, фильтры для защиты ценных бумаг и банкнот от подделок и многое другое.
Жидкие металлы в качестве термоинтерфейса
В измерительной технике, радиоэлектронных устройствах и бытовых компьютерах широко используется термоинтерфейс.
Термоинтерфейс – это термопроводящее вещество, которое наносится тонким слоем между поверхностью, которую необходимо охлаждать, и устройством, предназначенным для отвода тепла.
К нему предъявляются высокие требования:
- постоянная консистенция, которая не изменяется при работе или хранении;
- стабильность характеристик в рабочем диапазоне температур;
- нетоксичность и негорючесть;
- легкость нанесения и удаления с поверхности;
- минимальное тепловое сопротивление.
Наиболее распространенным видом термоинтерфейса является теплопроводная паста, или, проще говоря, термопаста. Жидкий металл с высоким коэффициентом теплопроводности и другими свойствами как нельзя лучше соответствует предъявляемым к термопастам требованиям.
В компьютерах на печатных платах процессоров выделяется большое количество тепла. Поверх процессора устанавливается охлаждающий механизм (радиатор). Чтобы повысить эффективность отвода тепла и убрать воздушную прослойку между кулером и процессором, используются термопасты.
Продукты компании Coollaboratory
Компанией Coollaboratory был разработан продукт, полностью состоящий из жидких металлов, без твердых частиц и неметаллических добавок.
Жидкий металл Coollaboratory Liquid Pro - теплопроводящий материал с высокой теплопроводностью, внешне напоминающий ртуть, но нетоксичный, характеризуется высокой способностью к смачиванию многих материалов.
Coollaboratory Liquid Ultra в виде пасты легко наносится кисточкой на теплораспределительную крышку процессора.
Coollaboratory Liquid Metal Pad представляет собой теплопроводящую прокладку, которая легко наносится на поверхность и плавится только при нагреве процессора.
Все эти жидкие металлы не могут работать при контакте с алюминием - радиатор должен быть выполнен из меди с никелевым покрытием. Производитель заявляет об уникальных показателях теплопроводности Coollaboratory Liquid Metal. Правда, на этот жидкий металл отзывы неоднозначны, и многие пользователи выказывают сомнения в заявленных характеристиках.
Применение жидкого металла производителями смартфонов
В настоящее время в американской версии iPhone комплектуется инструментом для извлечения SIM-карты, говоря иначе, i-Скрепкой из жидкого металла.
Но такое уникальное вещество с возможностью принимать при незначительной массе любые формы, антикоррозионными свойствами и особенно высокой прочностью, повышенной износостойкостью, высоким коэффициентом восстановления можно использовать и для изготовления корпусов смартфонов, флешек и часов. В планах Apple – изготовление клавиши Home и сенсорной поверхности из жидкого металла.
Компания HTC тоже планирует использовать LiquidMetal при изготовлении корпусов смартфонов. Но эти данные являются неофициальными.
Зато компания Turing Robotics Industries (TRI) при создании уникального Android-смартфона Turing Phone использует для каркаса корпуса и рамки-окантовки дисплея сверхпрочный сплав из циркония, меди, алюминия, никеля и серебра, который в описаниях компонентов смартфона носит название liquidmorphium. Этот сплав значительно прочнее титана и эффективно выдерживает удары и особым образом отражает свет.
Трехмерная печать с применением жидкого металла
Специалисты Университета Северной Каролины подобрали такой сплав галлия и индия, который держит форму после печати. Тонкая пленка оксида удерживает напечатанную структуру из шариков и нитей, которая внутри остается жидкой. Используя технологию трехмерной печати, можно изготавливать эластичные гибкие провода, выдерживающие многократные растяжения и сжатия.
Ранее австралийские ученые для создания металлических объектов, которые должны восстанавливать форму, использовали сплав галлистан на основе галлия, олова и индия с температурой плавления 19 °С и специальное порошковое покрытие.
Краски "жидкий металл"
Краски с таким названием, строго говоря, жидким металлом не являются.
Жидкий металл - краска из металлических пигментов, тонкоизмельченных порошков цветных металлов и сплавов алюминия, меди, цинка, бронзы. К металлическим пигментам относятся золотистая бронза, медный порошок, алюминиевая и цинковая пудра. Такие краски отличаются хорошим сцеплением с любыми поверхностями: пластиками, металлами, тканями, стеклом, гипсом, керамикой, деревом. Равномерно распыляются соплом от 0,2 мм и закрепляются лаками на водной основе.
Краска "жидкий металл" марки Maimeri ("Маймери") на основе смолы разбавляется спиртом и служит для декорирования тонких поверхностей – бумаги, картона, дерева. Характеризуется дополнительной устойчивостью к износу и окислению.
Жидкий металл Viva ("Вива") разбавляется водой и предназначен для росписи фарфора, фаянса, керамики, гончарных изделий.
Специальная краска была разработана специалистами Mercedes Benz для купе CL 65 AMG на основе тончайших алюминиевых пигментов. Такое покрытие хорошо отражает свет и интенсивно блестит.
В заключение можно сделать вывод, что понятие «жидкий металл из мартена» не является всеобъемлющим. Что еще можно отнести к данной категории материалов? «Жидкий металл» - название такое носят также искусственные сплавы и вещества в аморфном состоянии, обладающие свойствами металлов, в том числе цветом и блеском.
Химический элемент ртуть. Плотность металла в жидком и твердом агрегатных состояниях
Каждый человек, когда слышит слово "металл", представляет себе твердое блестящее тело, которое кажется холодным, если к нему прикоснуться. Однако в природе существует металл, который при комнатной температуре является жидким. Речь идет о ртути. Рассмотрим в статье свойства этого элемента, обращая особое внимание на вопрос плотности ртути.
Химический элемент
Если взглянуть на таблицу Менделеева, то под номером 80 в ней расположен элемент ртуть. Ему соответствует символ Hg, который имеет латинское название гидраргирум. Это слово с древнегреческого языка переводится как "жидкое серебро", что обусловлено серебристым цветом металла и его жидким состоянием при нормальных условиях.
Перед ртутью в периодической таблице находится золото (Au). Такое соседство не является случайным, ведь многие химические свойства ртути подобны таковым для "царя металлов".
Рассматриваемый элемент не является химически активным, он плохо проводит тепло, однако является хорошим проводником электричества. Ртуть не растворяется в воде, ее способны растворить лишь концентрированные кислоты, например, азотная. В самом жидком металле легко растворяются многие другие металлы, включая серебро и золото. Любопытно, что железо в ртути не растворяется, это позволяет его использовать в качестве материала для контейнеров, содержащих ртуть.
Причина необычных свойств ртути
Уже при -39 o C рассматриваемый металл начинает плавиться и переходит в жидкое состояние, а при температуре 357 o C он начинает кипеть и активно образует пар. Очевидно, что причиной такого поведения являются слабые металлические связи в кристаллической решетке, когда вещество находится в твердом состоянии.
Чтобы понять, почему ртуть жидкая, вспомним, что собой представляет металлическая связь. Согласно упрощенной и наглядной модели, эта химическая связь образуется, когда атомы металла легко отдают слабо связанные валентные электроны в межатомное пространство. Последние образуют электронный газ, который связывает в результате кулоновских взаимодействий положительно заряженные ионы в кристаллической решетке.
Теперь обратимся к атомному строению ртути. Атом этого уникального металла имеет электронную структуру [Xe]4f 14 5d 10 6s 2 . Видно, что все электронные оболочки его завершены, поэтому он очень "неохотно" отдает свои электроны. Чтобы оторвать один электрон из внешнего уровня, понадобится энергия аж в 10 эВ (для примера, температуре 300 К соответствует энергия 0,01 эВ). Поскольку ядро атома ртути прочно связано с валентными электронами, то никакой связи металлической в кристалле этого вещества не образуется. Твердое состояние металла возможно лишь при температуре ниже -39 o C за счет действия слабых сил Ван-дер-Ваальса.
Заметим, что подобной электронной структурой обладают также цинк и кадмий. Оба металла также являются легкоплавкими, однако их температура плавления все же выше, чем у ртути, что обусловлено отсутствием у атомов этих элементов заполненной f-орбитали.
Какая плотность ртути?
Поскольку при нормальных условиях ртуть является текучим веществом, то любопытно узнать, насколько она тяжелая. Плотность ртути в кг на кубический метр составляет 13546. Это значение говорит, что рассматриваемый металл является очень тяжелым. Если ртутью набрать сосуд объемом 1 литр, то его масса составит 13,5 килограмм.
Большая плотность рассматриваемого металла связана с тем, что его атомы имеют относительно большую массу, которая равна 200,59 а.е.м. Для доказательства этого утверждения проведем простой расчет. Он будет заключаться в сравнении плотности ртути и воды. Как известно, вода при 4 o C имеет плотность 1000 кг/м 3 , а молекулярная масса H2O равна 18 а.е.м. Разделим массу атома Hg на массу H2O, получим:
Плотности же рассматриваемых веществ отличаются в 13,5 раз. Мы получили очень близкую цифру, подтвердив тем самым изложенный выше факт. Поскольку расчетная цифра оказалась несколько меньше, чем экспериментальное значение, то это говорит о том, что среднее расстояние между атомами ртути в жидкости меньше, чем расстояние между молекулами воды.
Плотность ртути практически не зависит от температуры, что является справедливым для большинства жидкостей, поскольку коэффициент ее теплового расширения очень маленький (имеет порядок 10 -4 K -1 ).
Твердая ртуть
При температуре ниже -39 o C рассматриваемое вещество кристаллизуется, то есть из жидкого состояния переходит в твердое. Смена агрегатного состояния сопровождается выделением небольшого количества теплоты (2,3 кДж/моль), что свидетельствует об образовании слабых химических связей в твердом теле. Для типичных металлов теплота образования на порядок больше, чем у ртути.
Переход в твердое состояние сопровождается небольшим уменьшением объема и, как следствие, незначительным увеличением плотности ртути. Она становится равной 14184 кг/м 3 , то есть возрастает всего на 4,8 % относительно этой величины для жидкости.
Как большая плотность проявляет себя на практике?
Будучи плотной жидкостью, ртуть также обладает огромным поверхностным натяжением. Когда ртуть разливают практически на любую поверхность, то она собирается в круглые капли.
Большая плотность приводит к тому, что любой железный предмет спокойно плавает на ее поверхности в результате действия на него архимедовой силы.
Самые ценные металлы на Земле
Современная таблица Менделеева включает в себя 118 химических веществ. Большую часть этой таблицы занимают различные металлы — к ним относится более 90 из всех открытых элементов. Разнообразие металлов очень велико, какие-то из них встречаются часто, с их добычей особых проблем нет и стоят они недорого. Например, самый распространенный металл, алюминий, стоит около 100 рублей за килограмм. Но в мире есть и редкие металлы, некоторые из которых вообще не существуют в чистом виде и добываются исключительно в лабораторных условиях. Они используются для изготовления украшений и для проведения научных исследований. Цена за грамм таких металлов может достигать миллионов долларов, что довольно интересно.Давайте рассмотрим цены на самые дорогие металлы на Земле и узнаем, как они добываются и где используются?
На сегодняшний день науке известно более 90 разновидностей металлов
Стоимость индия
Начнем с довольно редкого, но при этом не слишком дорогого металла — он называется индий. Он был открыт в 1863 году и входит в состав руды цинка, свинца, меди и олова. В чистом виде представляет собой белый и очень блестящий металл, который можно легко расплавить и нарезать обычным ножом. Крупнейшими поставщиками индия считаются Китай, Южная Корея и Япония — ежегодно производится несколько сотен тонн металла.
Индий настолько мягок, что его можно кусать зубами
Благодаря своим свойствам, индий активно используется в электронной технике и автомобилях. Во времена Второй мировой войны это металл входил в состав подшипников для авиационных двигателей.
Цена килограмма индия — от 20 000 рублей.
Стоимость серебра
Серебро известно человечеству с очень древних времен, поэтому точную дату его открытия назвать невозможно. В природе он встречается как в чистом виде, так и в качестве соединения в рудах других металлов. Серебро обладает серебристо-белым цветом и высокой пластичностью. Крупнейшими производителями серебра по праву считаются Китай, Канада и США — каждый год добывается около 22 тонн металла.
Серебро применяется везде, начиная с ювелирной отрасли и заканчивая стоматологией
Несмотря на свою высокую стоимость, серебро используется во многих отраслях. Из него изготавливают украшения и монеты, а также используют в электронной технике и стоматологии. Считается, что серебро предотвращает распространение бактерий и сам по себе очень безопасен. На него всегда действует высокий спрос, отсюда и большая стоимость.
Цена килограмма серебра — от 30 000 рублей.
Стоимость иридия
Металл иридий был открыт в 1803 году и, в основном, добывается из платиновых руд. Он белого цвета и обладает очень высокой температурой плавления — 2466 градусов Цельсия. Вдобавок, ему не страшна коррозия и даже кислоты, потому что это самый стойкий металл. Крупнейшим поставщиком иридия считается Южная Африка, всего в год производится около тонны металла.
Иридий считается самым стойким металлом, потому что ему не страшна даже кислота
В чистом виде иридий не используется, чаще всего его добавляют к платине. Сплав иридия и платины отлично подходит для изготовления украшений — они красиво выглядят и практически не изнашиваются. Также иридий востребован при изготовлении хирургических инструментов, аэрокосмической техники и электроники. Из этого металла также делают наконечники дорогих пишущих ручек.
Цена килограмма иридия — от 45 000 рублей.
Стоимость палладия
Открытый в 1803 году палладий окрашен исключительно в серебристо-белый цвет, легко плавится, не тускнеет и не ржавеет. В природе этот металл встречается крайне редко, в основном его добывают из руд никеля, серебра и меди. Самым крупным поставщиком считается Южная Африка, но палладий в небольшом количестве также добывается в России.
Палладий — один из самых редких металлов на Земле
Палладий активно используется в ювелирном деле — смешивая его с золотом, можно получить так называемое «белое золото». Также из палладия чеканятся редкие монеты, посвященные памятным историческим датам. Также металл пользуется спросом в медицине, потому что из него изготавливаются детали для кардиостимуляторов и зубные протезы. В автомобилях палладий нужен для превращения вредных веществ в более безвредные химические соединения.
Цена килограмма палладия — более 1 000 000 рублей.
Стоимость платины
Многие народы не знали о существовании платины вплоть до XVI века, но есть народы, которые использовали этот металл с незапамятных времен. Платина встречается только в виде сплава с другими металлами, но в чистом виде окрашена в серебристо-белый цвет. Она обрела большую популярность благодаря своему красивому внешнему виду и пластичности. Крупнейшими поставщиками платины считаются Южная Африка, Россия, США и Канада. Примечательно, что в 1800-е годы у России были огромные запасы платины — источники, например, были найдены вблизи Екатеринбурга.
Ранее Россия была лидером по добыче платины
Платина используется в ювелирной промышленности, а также из нее чеканят монеты. Также она широко используется в технике — из нее, например, изготавливают зеркала для лазерной техники. Спрос на платину тоже высок, поэтому она очень дорога.
Цена килограмма платины — около 1 500 000 рублей.
Стоимость золота
Одно из первых столкновений человека и золота произошло 9500 лет до нашей эры. Этот металл встречается исключительно в чистом виде, обладает высокой прочностью, но при этом очень пластичен. Самыми крупными поставщиками золота являются Китай, Австралия, Россия и США. Уже долгие столетия золото считается самым желанным драгоценным металлом.
Когда-то золото обнаруживалось людьми в виде больших самородков, но теперь добыча занимает много времени и сил
Всем уже известно, что из золота изготавливают многие ювелирные изделия вроде колец, цепочек и так далее. Благодаря тому, что золото отлично проводит электричество, его активно применяют в производстве электроники. Также оно очень востребовано в стоматологии — все же видели золотые зубы?
Цена килограмма золота — около 2 000 000 рублей.
Стоимость калифорния
Впервые этот металл был получен учеными в 1950 году. Его можно считать самым дорогим металлом, потому что ежегодно производится только 20-40 микрограммов калифорния. Общий мировой запас составляет всего 8 граммов. Для создания калифорния используются ядерные реакторы, которые расположены на территории США и России. Главная ценность калифорния состоит в том, что грамм этого элемента вырабатывает энергию среднего атомного реактора.
Только взгляните на эту красоту — калифорний действительно выглядит дорого
Калифорний используется в медицине для обработки злокачественных опухолей — иногда другая лучевая терапия оказывается бесполезной. Также металл используется в научных исследованиях и диагностике повреждений самолетов.
Цена одного грамма калифорния везде разная, где-то пишут о 30 миллионах долларов за грамм, а National Geographic пишет о 250 миллионах «зеленых». В пересчете на наши деньги, это более 17 миллиардов рублей.
Следует отметить, что калифорний является самым дорогим металлом в мире, но на бирже его не купить. А вот самым дорогим металлом, хранящимся в банках, по-прежнему остается золото. Также подчеркну, что я предоставил среднюю цену о металлах, взятую из открытых источников, чтобы сложилось общее впечатление. А так, стоимость драгметаллов постоянно меняется.
Вот уже несколько месяцев наши материалы можно читать через Google News, подписывайтесь!
Как видно, в мире существует огромное количество ценных металлов. О некоторых из них вы уже наверняка знаете, потому что на днях я публиковал статью о самых интересных металлах. Рекомендую ознакомиться!
РТУТЬ — «кровь дракона» в лампах и реакторах
Удивительный жидкий металл, который так любили алхимики и называли его «кровь дракона», «меркурий», живое или жидкое серебро. Может, не так неправы были алхимики, когда стремилась превратить «живое серебро» в золото. Ведь в таблице Менделеева элементы ртуть и золото стоят рядом. Их атомные структуры различаются всего на один электрон.
Философский камень в пиаре ртути
История ртути неразрывно связана с развитием алхимии. Ученые упорно искали «философский камень», способный превращать любой металл в золото. В этих исследованиях они истратили тонны ртути. Философского камня не нашли, но очень продвинули вперед минералогию, химию и многие смежные науки.
Познавательно: Торричелли, ученик Галилея, изобрел ртутный барометр. Прибор настолько точен, что им до сих пор оборудуют метеостанции, по нему проверяют работу других барометров.
Свойства
Ртуть — удивительный элемент. Он относится к металлам, но при нормальных условиях представляет собой тяжелую жидкость.
«Живое серебро» — металл малоактивный, в реакции с растворами кислот не вступает, но с царской водкой реагирует, как и с азотной и серной кислотами.
Характеристики ртути вызывают удивление:
При взаимодействии ртути с металлами жидкий металл образует двухъядерные катионы (Hg22+). Это редчайшее для металлов свойство.
Этот легкоплавкий металл при замораживании всего до 39°С затвердевает. Из него можно даже сковать колечко, но носить его не получится — на пальце металл «растает».
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Ртуть / Hydrargyrum (Hg), 80 |
| Атомная масса (молярная масса) | 200,592(3)[1] а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Xe] 4f14 5d10 6s2 |
| Радиус атома | 157 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 149 пм |
| Радиус иона | (+2e) 110 (+1e) 127 пм |
| Электроотрицательность | 2,00 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | Hg←Hg2+ 0,854 В |
| Степени окисления | +2, +1 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 1 006,0 (10,43) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 13,546 (20 °C) г/см³ |
| Температура плавления | 234,32 K (-38,83 °C)[2] |
| Температура кипения | 629,88 K (356,73 °C)[2] |
| Уд. теплота плавления | 2,295 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 58,5 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 27,98[3] Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 14,81 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | ромбоэдрическая |
| Параметры решётки | ahex=3,464 сhex=6,708 Å |
| Отношение c/a | 1,94 |
| Температура Дебая | 100,00 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 8,3 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7439-97-6 |
Металл имеет высокую плотность — 13,5 г/см3. Ведро, с налитой в него ртутью, не под силу поднять человеку — настолько оно тяжелое.
Плотность ртути при нормальных условиях — 13 546 кг/м3, при других температурах — в таблице ниже:
| Температура в °С | Плотность (ρ), 103 кг/м3 | Температура в °С | Плотность (ρ), 103 кг/м3 |
| 13,5950 | 50 | 13,4725 | |
| 5 | 13,5827 | 55 | 13,4601 |
| 10 | 13,5704 | 60 | 13,4480 |
| 15 | 13,5580 | 65 | 13,4358 |
| 20 | 13,5457 | 70 | 13,4237 |
| 25 | 13,5335 | 75 | 13,4116 |
| 30 | 13,5212 | 80 | 13,3995 |
| 35 | 13,5090 | 90 | 13,3753 |
| 40 | 13,4967 | 100 | 13,3514 |
| 45 | 13,4845 | 300 | 12,875 |
Месторождения
Уникальное, старейшее и крупнейшее в мире месторождение ртутных руд находится в Испании, в местности Альмаден. Добычу жидкого серебра там вели еще до новой эры.
Кроме этого, запасами ртути обладают:
- Дагестан;
- Словения;
- Армения;
- Киргизия;
- Чукотка.
Самородная ртуть происхождением из киноварных руд.
Рассказ И. Ефремова «Озеро горных духов» получил неожиданное продолжение. В 2018 году на Аляске, под вечной мерзлотой обнаружили огромное озеро ртути. Ее там больше, чем общих запасов жидкого металла на планете. Пока мерзлота держит металл, опасности нет. Стоит растаять льдам — «живое смертоносное серебро» попадет в океан. Это будет глобальная экологическая катастрофа, а возможно, и конец жизни на Земле.
Применение
Ртуть широко применяется в разных сферах жизни:
- В сельском хозяйстве (как гербицид, для протравки семян).
- В медицине (лекарственные препараты).
- Как катализатор в изготовлении уксусной кислоты.
- Для изготовления приборов (термометры, полярографы, барометры, вакуумные насосы).
- Люминесцентные лампы, выпрямители.
- В качестве пигмента.
- «Гремучая ртуть» применяется в качестве детонатора.
- В атомно-водородной энергетике, чтобы разделить воду на водород и кислород.
В первых реакторах на БН (быстрых нейтронах) теплоносителем была ртуть.
Познавательно: в прошлом веке ртуть использовали в манометрах и барометрах. Поэтому долгое время давление измеряли в миллиметрах ртутного столба.
Польза «крови дракона» несомненна в разных отраслях промышленности. Однако она перечеркивается высокой токсичностью металла и его соединений.
Жидкое серебро в нашем доме
Почти в каждом доме есть ртутный градусник, и разбить его очень просто. Ртуть окажется на полу, это создаст опасность для здоровья.
Как правильно собрать шарики ртути:
- Ртуть легко «прилипает» к оловянной фольге.
- Если в доме есть азотная кислота — смочите в ней медную проволочку, и собирайте ртутные шарики в емкость (лучше стеклянную).
- Попытайтесь собрать шарики шприцем без иглы.
- Мелкие частички можно собирать скотчем.
- Обработайте место разлива раствором марганцовки или хлорной извести.
Нельзя собирать разлившийся металл веником или пылесосом.
Познавательно: если вы купили термометр, а в нем красная жидкость — не думайте, что это легендарная красная ртуть. Это просто спиртовой, а не ртутный термометр.
Почем «кровь дракона»
Цена металлической ртути от 5 тыс. рублей за килограмм.
Соединения ртути имеют разную цену в зависимости от чистоты. ЧДА (чистый для анализа) — самые дорогие.
Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!
Читайте также: