Что крепче сталь или камень
Обновлено: 02.05.2024
Окружающий нас мир таит в себе еще множество загадок, но даже давно известные ученым явления и вещества не перестают удивлять и восторгать. Мы любуемся яркими красками, наслаждаемся вкусами и используем свойства всевозможных веществ, делающих нашу жизнь комфортнее, безопаснее и приятнее. В поисках самых надежных и крепких материалов человек совершил немало восторгающих открытий, и перед вами подборка как раз из 25 таких уникальных соединений!
25. Алмазы
Фото: pixabay
Об этом точно знают если не все, то почти все. Алмазы – это не только одни из самых почитаемых драгоценных камней, но и один из самых твердых минералов на Земле. По шкале Мооса (шкала твёрдости, в которой оценка дается по реакции минерала на царапание) алмаз числится на 10 строчке. Всего в шкале 10 позиций, и 10-ая – последняя и самая твердая степень. Алмазы такие твердые, что поцарапать их можно разве что другими алмазами.
24. Ловчие сети паука вида Caerostris darwini
Фото: pixabay
В это сложно поверить, но сеть паука Caerostris darwini (или паук Дарвина) крепче стали и тверже кевлара. Эту паутину признали самым твердым биологическим материалом в мире, хотя сейчас у нее уже появился потенциальный конкурент, но данные еще не подтверждены. Паучье волокно проверили на такие характеристики, как разрушающая деформация, ударная вязкость, предел прочности и модуль Юнга (свойство материала сопротивляться растяжению, сжатию при упругой деформации), и по всем этим показателям паутина проявила себя удивительнейшим образом. Вдобавок ловчая сеть паука Дарвина невероятно легкая. Например, если волокном Caerostris darwini обернуть нашу планету, вес такой длинной нити составит всего 500 граммов. Таких длинных сетей не существует, но теоретические подсчеты просто поражают!
23. Аэрографит
Эта синтетическая пена – один из самых легких волокнистых материалов в мире, и она представляет собой сеть углеродных трубочек диаметром всего в несколько микронов. Аэрографит в 75 раз легче пенопласта, но при этом намного прочнее и пластичнее. Его можно сжать до размеров, в 30 раз меньших первоначального вида, без какого-либо вреда для его чрезвычайно эластичной структуры. Благодаря этому свойству аэрографитная пена может выдержать нагрузку, в 40 000 раз превышающую ее собственный вес.
22. Палладиевое металлическое стекло
Фото: pixabay
Команда ученых их Калифорнийского технического института и Лаборатории Беркли (California Institute of Technology, Berkeley Lab) разработала новый вид металлического стекла, совместивший в себе практически идеальную комбинацию прочности и пластичности. Причина уникальности нового материала кроется в том, что его химическая структура успешно скрадывает хрупкость существующих стеклообразных материалов и при этом сохраняет высокий порог выносливости, что в итоге значительно увеличивает усталостную прочность этой синтетической структуры.
21. Карбид вольфрама
Фото: pixabay
Карбид вольфрама – это невероятно твердый материал, обладающий высокой износостойкостью. В определенных условиях это соединение считается очень хрупким, но под большой нагрузкой оно показывает уникальные пластические свойства, проявляющиеся в виде полос скольжения. Благодаря всем этим качествам карбид вольфрама используется в изготовлении бронебойных наконечников и различного оборудования, включая всевозможные резцы, абразивные диски, свёрла, фрезы, долота для бурения и другие режущие инструменты.
20. Карбид кремния
Фото: Tiia Monto
Карбид кремния – один из основных материалов, используемых для производства боевых танков. Это соединение известно своей низкой стоимостью, выдающейся тугоплавкостью и высокой твердостью, и поэтому оно часто используется в изготовлении оборудования или снаряжения, которое должно отражать пули, разрезать или шлифовать другие прочные материалы. Из карбида кремния получаются отличные абразивы, полупроводники и даже вставки в ювелирные украшения, имитирующие алмазы.
19. Кубический нитрид бора
Фото: wikimedia commons
Кубический нитрид бора – это сверхтвердый материал, по своей твердости схожий с алмазом, но обладающий и рядом отличительных преимуществ – высокой температурной устойчивости и химической стойкости. Кубический нитрид бора не растворяется в железе и никеле даже под воздействием высоких температур, в то время как алмаз в таких же условиях вступает в химические реакции достаточно быстро. На деле это выгодно для его использования в промышленных шлифовальных инструментах.
18. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ), марка волокон «Дайнима» (Dyneema)
Фото: Justsail
Полиэтилен с высоким модулем упругости обладает чрезвычайно высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения и высокой вязкостью разрушения (низкотемпературная надёжность). Сегодня его считают самым прочным волокнистым веществом в мире. Самое удивительное в этом полиэтилене то, что он легче воды и одновременно может останавливать пули! Тросы и канаты из волокон Дайнима не тонут в воде, не нуждаются в смазке и не меняют свои свойства при намокании, что очень актуально для судостроения.
17. Титановые сплавы
Фото: Alchemist-hp (pse-mendelejew.de)
Титановые сплавы невероятно пластичные и демонстрируют удивительную прочность во время растяжения. Вдобавок они обладают высокой жаропрочностью и коррозионной стойкостью, что делает их крайне полезными в таких областях, как авиастроение, ракетостроение, судостроение, химическое, пищевое и транспортное машиностроение.
16. Сплав Liquidmetal
Фото: pixabay
Разработанный в 2003 году в Калифорнийском техническом институте (California Institute of Technology), этот материал славится своей силой и прочностью. Название соединения ассоциируется с чем-то хрупким и жидким, но при комнатной температуре оно на самом деле необычайно твердое, износостойкое, не боится коррозии и при нагревании трансформируется, как термопласты. Основными сферами применения пока что являются изготовление часов, клюшек для гольфа и покрытий для мобильных телефонов (Vertu, iPhone).
15. Наноцеллюлоза
Фото: pixabay
Наноцеллюлозу выделяют из древесного волокна, и она представляет собой новый вид деревянного материала, который прочнее даже стали! Вдобавок наноцеллюлоза еще и дешевле. Инновация имеет большой потенциал и в будущем может составить серьезную конкуренцию стеклу и углеволокну. Разработчики считают, что этот материал вскоре будет пользоваться большим спросом в производстве армейской брони, супергибких экранов, фильтров, гибких батареек, абсорбирующих аэрогелей и биотоплива.
14. Зубы улиток вида «морское блюдечко»
Фото: pixabay
Ранее мы уже рассказали вам о ловчей сети паука Дарвина, которую некогда признали самым прочным биологическим материалом на планете. Однако недавнее исследование показало, что именно зубы морского блюдечка – наиболее прочная из известных науке биологических субстанций. Да-да, эти зубки прочнее паутины Caerostris darwini. И это неудивительно, ведь крошечные морские создания питаются водорослями, растущими на поверхности суровых скал, и чтобы отделить пищу от горной породы, этим зверькам приходится потрудиться. Ученые полагают, что в будущем мы сможем использовать пример волокнистой структуры зубов морских блюдечек в машиностроительной промышленности и начнем строить автомобили, лодки и даже воздушные суда повышенной прочности, вдохновившись примером простых улиток.
13. Мартенситно-стареющая сталь
Фото: pixabay
Мартенситно-стареющая сталь – это высокопрочный и высоколегированный сплав, обладающий превосходной пластичностью и вязкостью. Материал широко распространен в ракетостроении и используется для изготовления всевозможных инструментов.
Осмий – невероятно плотный элемент, и благодаря своей твердости и высокой температуре плавления он с трудом поддается механической обработке. Именно поэтому осмий используют там, где долговечность и прочность ценятся больше всего. Сплавы с осмием встречаются в электрических контактах, ракетостроении, военных снарядах, хирургических имплантатах и применяются еще во многих других областях.
11. Кевлар
Фото: wikimedia commons
Кевлар – это высокопрочное волокно, которое можно встретить в автомобильных шинах, тормозных колодках, кабелях, протезно-ортопедических изделиях, бронежилетах, тканях защитной одежды, судостроении и в деталях беспилотных летательных аппаратов. Материал стал практически синонимом прочности и представляет собой вид пластика с невероятно высокой прочностью и эластичностью. Предел прочности кевлара в 8 раз выше, чем у стального провода, а плавиться он начинает при температуре в 450℃.
СВМПЭ – это по сути очень прочный пластик. Спектра, марка СВМПЭ, – это в свою очередь легкое волокно высочайшей износостойкости, в 10 раз превосходящее по этому показателю сталь. Как и кевлар, спектра используется в изготовлении бронежилетов и защитных шлемов. Наряду с СВМПЭ марки дайнимо спектра популярна в судостроении и транспортной промышленности.
9. Графен
Фото: pixabay
Графен – это аллотропная модификация углерода, и его кристаллическая решетка толщиной всего в один атом настолько прочная, что она в 200 раз тверже стали. Графен с виду похож на пищевую пленку, но порвать его – практически непосильная задача. Чтобы пробить графеновый лист насквозь, вам придется воткнуть в него карандаш, на котором должен будет балансировать груз весом с целый школьный автобус. Удачи!
8. Бумага из углеродных нанотрубок
Фото: pixabay
Благодаря нанотехнологиям ученым удалось сделать бумагу, которая в 50 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Листы из углеродных нанотрубок в 10 раз легче стали, но удивительнее всего то, что по прочности они превосходят сталь в целых 500 раз! Макроскопические пластины из нанотрубок наиболее перспективны для изготовления электродов суперконденсаторов.
7. Металлическая микрорешетка
Фото: pixabay
Перед вами самый легкий в мире металл! Металлическая микрорешетка – это синтетический пористый материал, который в 100 раз легче пенопласта. Но пусть его внешний вид не вводит вас в заблуждение, ведь эти микрорешетки заодно и невероятно прочные, благодаря чему они обладают большим потенциалом для использования во всевозможных инженерных областях. Из них можно изготавливать превосходные амортизаторы и тепловые изоляторы, а удивительная способность этого металла сжиматься и возвращаться в своё первоначальное состояние позволяет использовать его для накопления энергии. Металлические микрорешетки также активно применяются в производстве различных деталей для летательных аппаратов американской компании Boeing.
6. Углеродные нанотрубки
Фото: User Mstroeck / en.wikipedia
Выше мы уже рассказывали про сверхпрочные макроскопические пластины из углеродных нанотрубок. Но что же это за материал такой? По сути это свернутые в трубку графеновые плоскости (9-ый пункт). В результате получается невероятно легкий, упругий и прочный материал широкого спектра применения.
5. Аэрографен
Фото: wikimedia commons
Известный также как графеновый аэрогель, этот материал чрезвычайно легкий и прочный одновременно. В новом виде геля жидкая фаза полностью заменена на газообразную, и он отличается сенсационной твердостью, жаропрочностью, низкой плотностью и низкой теплопроводностью. Невероятно, но графеновый аэрогель в 7 раз легче воздуха! Уникальное соединение способно восстанавливать свою изначальную форму даже после 90% сжатия и может впитывать такое количество масла, которое в 900 раз превышает вес используемого для абсорбции аэрографена. Возможно, в будущем этот класс материалов поможет в борьбе с такими экологическими катастрофами, как разливы нефти.
4. Материал без названия, разработка Массачусетского технологического института (MIT)
Фото: pixabay
Пока вы читаете эти строки, команда ученых из MIT работает над усовершенствованием свойств графена. Исследователи заявили, что им уже удалось преобразовать двумерную структуру этого материала в трехмерную. Новая графеновая субстанция еще не получила своего названия, но уже известно, что ее плотность в 20 раз меньше, чем у стали, а ее прочность в 10 раз выше аналогичной характеристики стали.
3. Карбин
Фото: Smokefoot
Хоть это и всего лишь линейные цепочки атомов углерода, карбин обладает в 2 раза более высоким пределом прочности, чем графен, и он в 3 раза жестче алмаза!
2. Нитрид бора вюрцитной модификации
Фото: pixabay
Это недавно открытое природное вещество формируется во время вулканических извержений, и оно на 18% тверже алмазов. Впрочем, алмазы оно превосходит еще по целому ряду других параметров. Вюрцитный нитрид бора – одна из всего 2 натуральных субстанций, обнаруженных на Земле, которая тверже алмаза. Проблема в том, что таких нитридов в природе очень мало, и поэтому их непросто изучать или применять на практике.
1. Лонсдейлит
Фото: pixabay
Известный также как алмаз гексагональный, лонсдейлит состоит из атомов углерода, но в случае данной модификации атомы располагаются несколько иначе. Как и вюрцитный нитрид бора, лонсдейлит – превосходящая по твердости алмаз природная субстанция. Причем этот удивительный минерал тверже алмаза на целых 58%! Подобно нитриду бора вюрцитной модификации, это соединение встречается крайне редко. Иногда лонсдейлит образуется во время столкновения с Землей метеоритов, в состав которых входит графит.
Список самых прочных материалов, известных человеку
Но прочность — это довольно широкое понятие, под которым скрывается множество свойств и допущений. Например, материал может быть прочным только в одном направлении, а в других хрупким. Поэтому наш список нельзя считать полностью объективным.
Стекловолокно
В 1932 году Рассел Слейтер создал новый прочный материал и использовал его в качестве теплоизоляции для зданий.
Стекловолокно имеет сопоставимые механические свойства, как полимеры и углеродное волокно. Несмотря на то, что стекловолокно не так прочно, как углеродное, оно намного дешевле и менее хрупко при использовании в различных композитах.
Стекло из микролегированного палладия
В 2011 году исследователи материалов из Калифорнийского технологического института совместно с лабораторией Беркли разработали новый тип металлического стекла с широким спектром свойств, которое намного прочнее стали.
Как следует из названия, это металлическое стекло изготовлено из палладия — металла с высоким коэффициентом жёсткости. Палладий снижает хрупкость стекла, но увеличивает его прочность.
Титановые сплавы
Такие сплавы чрезвычайно лёгкие и обладают высокой стойкостью к коррозии. Из-за этих свойств сплавы широко используются в кораблестроении.
При всех достоинствах титановых сплавов, они очень дорогие, а потому применение сильно ограничено в гражданском производстве. В основном материал используют в производстве военных судов и ледоколов.
Карбид вольфрама
Соединение карбида вольфрама состоит из равных частей атомов углерода и вольфрама. Он в основном используется для создания тяжёлых промышленных режущих инструментов и пуль большого калибра.
Лонсдейлит
Это природный минерал, образующийся при падении на Землю метеоритов, содержащих графит. Во время удара о поверхность вырабатывается тепло, которое превращает графит в алмаз под высоким давлением. При таком превращении сохраняется гексагональная кристаллическая решётка графита.
Лонсдейлит был назван в честь прославленного кристаллографа, родом из Ирландии, Кэтлина Лонсдейла. В прессе часто сообщалось, что лонсдейлит на 58% твёрже алмаза. Но это оказалось мифом. По шкале Мооса твёрдость минерала составляет 7–8 единиц.
Мартенситностареющая сталь
Это особая разновидность сверхвысокопрочных сталей, прочность которых определяется интерметаллическими соединениями, а не углеродом. Такие стали известны своей прочностью и твёрдостью, не теряя пластичности.
Одним из основных элементов, используемых в мартенситностареющей стали, является 25-процентная массовая доля никеля. Его лучшее соотношение веса и прочности, чем у большинства других сталей, позволяет широко использовать мартенсит в ракетах и обшивках ракет.
Вектран
Производится только японской корпорацией «Kuraray», а представляет собой химически стабильный полиэстер с высокой прочностью и термостойкостью.
В основном используются для закрепления электрических кабелей, канатов, а также в качестве одного из композитных материалов для высококлассных велосипедных шин. Есть и недостаток. Имея высокую прочность, материал легко трескается.
Кевлар
Впервые был использован в 1970-х годах не в военной технике, а в качестве замены стали в гоночных шинах. Материал получил широкое применение в промышленности, так как он в 5 раз прочнее стали.
Сейчас кевлар широко применяется в производстве велосипедных шин, парусов для гоночных яхт, пуленепробиваемых жилетов. Получил широкое применение в аэрокосмической отрасли.
Паучий шёлк
Эти произведения искусства паука выступают одним из самых твёрдых материалов, встречающихся в природе.
Прочность паучьего шёлка зависит от вида и от ряда других внешних факторов, таких как температура и влажность, во время тестирования. Но при подходящих условиях эта нить в 10 раз прочнее кевлара на растяжение.
Это интересно: Если паучья нить была бы длиной 40 000 километров, что равно длине окружности экватора, она бы весила около 500 граммов.
Карбид кремния
На фото: Минерал муссанит, который является природной разновидностью карбида кремния.
Этот материал составляет основу брони многих боевых танков. Он обладает высокой твердостью и прочностью, а также очень устойчив к радиации и химическим соединениям.
Patella vulgata
Этот вид морских улиток, широко известный как «европейский блюдец», в основном встречается в Западной Европе. Их зубы — один из самых прочных материалов, обнаруженных в живой природе.
Исследование 2015 года, опубликованное в журнале «Royal Society Journal», показало, что зуб европейского моллюска может быть прочнее, чем паучий шёлк, который официально является самым прочным природным материалом на Земле.
Вюрцит борная нанотрубка
Вюрцит нитрит бора — одно из самых редких веществ в мире. Они либо обнаруживаются естественным путём, либо синтезируются вручную. Материал назвали в честь прославленного французского химика Шарля Вюрца.
Различные симуляции показали, что борные нанотрубки из вюрцита могут выдерживать на 18% большее напряжение, чем алмаз. В природе они образуются во время извержений вулканов, под воздействием высоких температур и давления.
Buckypaper
Уникальный материал был создан американскими и бразильскими учёными. Сделан он из углеродных нанотрубок. Считается, что этот материал примерно в 50 000 раз тоньше, чем средний человеческий волос, и в 500 раз прочнее стали.
Ещё одна интересная характеристика Buckypaper в том, что она может рассеивать тепло, как латунь или сталь, и проводить электричество, как медь или кремний.
Зилон (Zylon)
Зилон специально разработан американским независимым институтом «SRI International» как особая разновидность термореактивного жидкокристаллического полиоксазола. Он в 1,6 раза прочнее, чем кевлар.
Zylon используется в ряде областей, где требуется очень высокая прочность и отличная термическая стабильность. Теннисные ракетки, сноуборды — вот некоторые из его известных применений.
Углеродное волокно
Диаметр таких волокон равен 5–10 микрометров и состоят они в основном из атомов углерода. У таких волокон есть ряд преимуществ перед сталью и сплавами.
У этих волокон высокая жёсткость, высокая прочность на разрыв, малый вес и высокая химическая стойкость. Эти свойства сделали углеродное волокно очень популярным в аэрокосмической, военной отраслях. Широко используют их в производстве спортивного снаряжения.
Волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (Dyneema)
Dyneema — это прочное и сверхлёгкое полиэтиленовое волокно, которое в основном используется в качестве композитных пластин для создания бронированных автомобилей. Оно легче воды, а останавливает пули и в 15 лучше стали.
Также используется для изготовления альпинистского снаряжения, рыболовных верёвок, тетивы для лука. Он имеет высокий предел текучести 2,4 ГПа и низкий удельный вес 0,97 г/см³.
Алмаз
Такие свойства алмаза человек стал применять в промышленности, в качестве изоляторов и полупроводников. А алмазная крошка просто незаменима при резке высокотвёрдых материалов.
Углеродные нанотрубки
Углеродные нанотрубки, как алмаз и графит, являются производным аллотропов углерода в цилиндрической наноструктуре. Исключительная прочность и меньший вес являются причиной его ценности для электронной промышленности и нанотехнологий.
Кроме того, благодаря своей превосходной теплопроводности, электрическим и механическим свойствам углеродные нанотрубки являются основой многих отраслей промышленности.
Графен
Графен, пожалуй, самый прочный материал, известный людям. В нём один слой углерода, расположенный в треугольной решётке. Является основным структурным элементом древесного угля, графита и углеродных нанотрубок.
Хотя графен производится в небольших количествах уже более века, первое изолированное открытие материала было сделано К. Новоселовым и А. Геймом в 2004 году. Оба за свой вклад в развитие науки получили Нобелевскую премию в области физики.
Подведём итог
Подытоживая подборку уникальных материалов, отметим, что прочность любого материала измеряется его пределом прочности на разрыв, то есть сопротивлением любого материала перед разрушением под постоянным давлением. Сейчас в большинстве случаев прочность измеряют методом конечных элементов, который является самым эффективным.
12 самых прочных металлов на планете
Природа
Свинец
Свинец относительно мягкий, но его низкая температура плавления и высокая коррозионная стойкость делают его очень востребованным элементом во всех отраслях промышленности.
Свинец входит в ряд наиболее часто встречающихся элементов на планете. В настоящее время историки вместе с археологами доказали, что свинец был известен людям ещё в VI тысячелетии до нашей эры, и, предположительно, использовался для плавки.
Чаще всего свинец используют для производства разнообразных типов сплавов. Используют его в качестве красителя, окислителя в пластмассах, свечах, стекле и полупроводниках. Ещё в период Средневековья из него стали изготавливать пули.
Олово
Физически олово характеризуется как мягкий серебристо-белый металл, который одновременно пластичен и податлив. В условиях комнатной температуры он практически не окисляется и не поддаётся коррозии.
Олово наиболее широко используют в сплавах. Это мягкие припои олово-свинец, которые обычно состоят из 60% или более олова. Из-за своей низкой токсичности лужёные металлические банки популярны в пищевой промышленности.
По распространённости на Земле этот важный для жизни природный элемент обосновался на 49 месте.
Алюминий
Этот металл обладает особыми качествами, которые делают его незаменимым в производстве и жизни современного общества. Это один из наиболее широко используемых цветных металлов в мире.
Около 8% земной коры состоит из алюминия, а его концентрация в Солнечной системе составляет 3,15 части на миллион. Из-за своей низкой плотности и устойчивости к коррозии, алюминий является ключевым элементом в аэрокосмической и инфраструктурной промышленности.
Примечательно, что чистый алюминий имеет предел текучести около 15–120 МПа, его сплавы намного прочнее и имеют предел текучести от 200 до 600 МПа.
Золото
Один из самых ценных и востребованных минералов на Земле. Он одновременно очень пластичный и податливый. Высокая цена на золото обусловлена его редкостью.
Металл широко используется в ювелирном деле, электронике и медицине. Исторически золото использовалось для изготовления денег. Около 10% мирового производства золота идёт в электронную промышленность, где оно используется для изготовления коррозионно-стойких компонентов.
Геологи считают, что в недрах нашей планеты скрыто около 80% от общего запаса золота.
Серебро
Драгоценный металл, имеющий огромное значение для многих высокотехнологичных отраслей промышленности. Из всех металлов у серебра самые высокие показатели электрической и теплопроводности. По этой характеристике он превосходит медь.
Из-за высокой стоимости металл используется только в нескольких отраслях, например, в электронике. Серебряное покрытие различных схем и полупроводниковых устройств необходимо для их правильного функционирования. Помимо электроники и создания ювелирных шедевров, серебро широко используется в качестве антибиотического покрытия в медицинских инструментах и приборах.
Это великолепный катализатор для большинства процессов окисления. В годы Второй мировой войны почти 13 000 тонн серебра было использовано для обогащения урана.
Титан
Титан входит в десятку самых распространённых металлов земной коры и содержится в большинстве магматических пород в виде оксидов. Имеет высокое отношение прочности к массе.
Среди других характеристик следует отметить высокую температуру плавления и относительно низкую электропроводность по сравнению с большинством других металлов. Титан используется в качестве легирующего элемента в различных типах сплавов для достижения большей прочности.
Благодаря своей высокой коррозионной стойкости и прочности на разрыв титан стал основным материалом в аэрокосмической и судостроительной отрасли.
Твёрдый блестящий хром имеет одну из самых высоких температур плавления среди всех металлов. Хром известен своими необычными магнитными свойствами.
Он проявляет антиферромагнитные свойства при комнатной температуре, но при температуре выше 38°C превращается в парамагнитный металл. Хром занимает 22 место по распространённости элементом на Земле и в основном добывается из минералов, таких как кимберлит.
Почти 85% добытого хрома приходится на производство металлических сплавов, а остальное используется для окрашивания, нанесения покрытий, производства тугоплавких материалов, а также в качестве катализатора для обработки углеводородов.
Один из немногих элементов, которые встречаются в природе в пригодной для использования металлической форме, которую не нужно извлекать из какой-либо минеральной руды.
Благодаря этой особенности люди могли использовать медь ещё до 7 000 году до нашей эры. В 3 500 году до нашей эры медь сплавили с оловом для получения бронзы. Впервые в истории человечества один металл был сплавлен с другим. Сейчас основная часть мирового производства меди используется в кабельных проводах и электрических цепях. Используют в производстве сантехники, кровле.
В человеке находится от 1,4 до 2,1 мг меди на 1 кг своего веса. Чрезмерное накопление меди в печени может привести к серьёзному повреждению органа и нервно-психическим симптомам. Это состояние известно как болезнь Вильсона.
Никель
Никель — переходный элемент, жизненно важен для производства сплавов, так как почти 68% от общего объёма производства никеля в мире используется для производства нержавеющей стали. Другие области применения никеля включают гальванику, производство аккумуляторных батарей и чеканку монет.
В природе никель встречается в основном в минералах с большим содержанием мышьяка или серы, таких как никелин, пентландит и миллерит. Индонезия является крупнейшим производителем никеля в мире, за ней следуют Филиппины и Россия.
Никель также играет важную биологическую роль в организме человека и микроорганизмов. Исследование, проведённое в 2014 году, показало, что пациенты, страдающие диабетом 2 типа, имеют высокую концентрацию никеля в крови по сравнению с теми, у кого этого заболевания нет.
Тантал
Помимо того, что тантал — прочный металл, он также выступает одним из самых плотных материалов на Земле. Тантал известен своей способностью противостоять коррозии настолько, что он может выдерживать очень агрессивную царскую водку при температуре ниже 150°C.
Этот элемент принадлежит к особой группе металлов, которые чрезвычайно устойчивы к нагреванию и известны как тугоплавкие металлы. Они хоть и в небольших количествах, но применяются в производстве всевозможных сплавов.
Тантал широко используется в секторе электроники для производства прочных сверхмощных конденсаторов для телефонов, планшетов, компьютеров, фотоаппаратов и высокоточных устройств для автомобилей.
Железо
Удивительный металл, который составляет большую часть ядра Земли и является четвёртым по распространённости элементом земной коры.
Элемент в чистом виде является пластичным, но легко комбинируется с другими элементами для получения сплавов железа, таких как чугун и сталь. Широко используется в промышленности из-за прочности и относительно малой стоимости.
Современные стали можно разделить на четыре разновидности. Это углеродистая сталь, низколегированная, высокопрочная низколегированная и легированная сталь. В то время как углеродистая сталь состоит в основном из железа и углерода. Другие типы содержат различные количества других элементов, таких как молибден, марганец, хром или никель.
Сталь наиболее широко применяют в производстве тяжёлого оборудования машиностроения и в строительной индустрии. Несмотря на появление алюминия, сталь остаётся жизненно важной для производства автомобильных кузовов. Предел текучести сплавов с железом может достигать более 2 000 МПа.
Вольфрам
Известен вольфрам своей высочайшей температурой плавления и беспрецедентной прочностью. Впервые он был открыт в виде кислоты в 1781 году шведским химиком Карлом Шееле. Исследования испанских учёных Фаусто и Хосе Эльхуяра позволили сделать открытие. Они выделили такую же кислоту из минерала вольфрамита, из которого позже выделили вольфрам с помощью древесного угля.
Помимо широкого использования в лампах накаливания, способность вольфрама функционировать при экстремальных температурах делает его востребованным элементом в военной промышленности.
Во время Второй мировой войны вольфрам играл важную роль в проведении экономических и политических сделок между европейскими странами. Большие его запасы были сосредоточены в Португалии, что подняло международный авторитет страны.
В заключение
Человечество давно пришло к выводу, что без металлов существование цивилизации на планете было бы невозможно. Все минералы или металлы, обнаруженные на Земле, ценны для человека, но только несколько из них имеют чрезвычайное значение. Чистые металлы мягкие или слабые, но включение в их сплав других металлов и примесей делает их намного прочнее. Редакция TheBiggest будет рада вашим комментариям по теме статьи. напишите какие прочные металлы вы часто используете в жизни.
Алмаз или обсидиан крепче по своим свойствам
О крепости разных минералов современным ученым известно все. Простые же люди продолжают спорить по этому поводу. Одни уверены – тверже алмаза на нашей планете нет ничего. Другие полагают, что по данному показателю его заметно опережает обсидиан. И действительно – названный материал еще в древности использовался для создания оружия, что свидетельствует о его прочности. Но так ли это? Давайте разбираться, что крепче – алмаз или все-таки обсидиан?
Происхождение камней
Алмаз – это искаженное арабами греческое слово «адамас», которое переводится как «несокрушимый». Данным термином обозначается минерал, являющийся аллотропной разновидностью самого обычного углерода.
Камень обладает удивительным и крайне редким свойством – метастабильностью. Проще говоря, он в естественной среде способен существовать неограниченный период времени. Так что выражение «бриллианты вечны» полностью соответствует истине. Однако если поместить кристалл в камеру, заполненную любым инертным газом и начать нагревать, то он превратится в грошовый графит.
Обсидиан известен человечеству гораздо дольше алмаза. У него есть множество альтернативных названий, среди которых наиболее распространены:
• вулканическое стекло;
• коготь дьявола.
Сам по себе минерал – это всего лишь магматическая порода. Однородный обсидиан получается при условии, что в расплаве будет максимум 1 процент воды. Излишек влаги приводит к вспучиванию камня, и тогда он классифицируется как перлит.
Медленное остывание магмы обеспечивает правильную кристаллизацию, но в итоге возникает не вулканическое стекло, а порода, содержащая три основных компонента:
• полевой шпат;
• слюда;
• кварц.
Свойства алмаза
Прочность алмаза стала эталонной при создании шкалы твердости различных минералов, разработкой которой занимался Фридрих Моос. Немецкий ученый дал рассматриваемому камню максимально возможную оценку – 10.
Основные свойства алмаза:
• абсолютная твердость;
• большая хрупкость (материал легко раскалывается);
• уникальная теплопроводность.
Ювелирами ценятся лишь некоторые качества алмазов – их сильное светопреломление и выраженная дисперсия.
Физики причисляют минерал к широкозонным полупроводникам. В эту категорию также входят:
• сульфит кадмия;
• карбид кремния;
• фосфид галлия.
Еще одно удивительнее свойство кристалла: минимальный коэффициент трения при контакте с металлами. Если дело происходит в воздушной среде, то показатель составляет 0,1. Причина в том, что на поверхности алмаза образуется газовая пленка, которая и выполняет роль смазки.
Твердость минерала делает его практически неуязвимым к истиранию, почему камни и используются в буровом оборудовании.
Алмаз вполне реально сжечь – для этого потребуется всего 1 000 градусов и подача воздуха. При данной температуре камень буквально испаряется – от него остается только углекислый газ. Если же минерал положить в вакуум и нагреть до 2 тысяч градусов, то он сначала трансформируется в графит, а затем взрывается.
Правда ли, что алмаз самый прочный минерал
Современная наука открыла ряд элементов гораздо тверже алмаза. На сегодняшний день по этому показателю лидирует фуллерит. Если бы упомянутая выше шкала Мооса предусматривала существование суперкрепких материалов, то для названного необходимо было бы использовать значение 30.
Чуть слабее синтетического фуллерита считают лонсдейлит. Последний минерал вполне натурален и образуется в момент столкновения астероидов с поверхностью нашей планеты. У этого камня есть одно уникальное свойство – чем серьезнее оказывается на него давление, тем он становится тверже.
Вюртцитный нитрид бора – еще один материал, крепость которого выше чем у алмаза. При этом увеличение нагрузки делает его еще прочнее – показатель повышается вдвое.
Нитрид углерода бора существует только в теории. Получившим его наверняка будут выдавать Нобелевскую премию, ведь минерал по многим рассчитанным параметрам обгонит алмаз.
Обсидиан
Обсидиан сильно отличается по составу, однако в нем всегда присутствует кремнекислота. Данного вещества в минерале не менее 10 процентов, а иногда и 75. Вторым обязательным компонентом является глинозем.
В остальном же обсидиан полностью соответствует по составу граниту – в том числе он имеет некоторые другие схожие с ним свойства. Так, к примеру:
• вулканическое стекло крайне хрупкий материал и быстро разрушается при трении;
• оно легко поддается полировке и приобретает в результате приятный стеклянный блеск.
Тем не менее в качестве поделочного камня черная порода серьезно уступает по декоративности ближайшим родственникам – кварцу, раухтопазу и мориону.
Максимальная твердость обсидиана по шкале Мооса – всего 5,5, что почти вполовину ниже, чем у алмаза.
Читайте также: