Бериллий
Металл серого цвета с серебристым оттенком, приобретающий при соприкосновении с воздухом матовый оттенок по причине образования оксидной плёнки. Металл, характеризующийся твёрдостью, высоко токсичный. В отличие от других металлов прекрасно проводит тепло и характеризуется низким электрическим сопротивлением. Обладая уникальными свойствами, Be получил применение в авиакосмической области, ракетостроении, ядерной энергетике, металлургической промышленности, атомной энергетике, лазерной технике. Учитывая высокую твёрдость Ве, его применяют для получения легирующих сплавов, материалов, отличающихся своими огнеупорными качествами.
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.
Применение
После открытия тугоплавкие материалы использовали только для транзисторов электроники и конденсаторов. Сфера применения расширилась только в середине XX века. В то время такие металлы стали использовать еще для изготовления станков, ракет, автомобилей, при самолетостроении.
Вольфрам считается самым тугоплавким материалом из всей категории, но его сфера применения ограничена из-за хладноломкости. То есть, делать из этого материала выдержит высокие нагрузки, но если она упадет с большой высоты, то моментально раскрошится на части.
Перечислим основные отрасли, где применяют металл:
- Благодаря пластичности из него выполняют нити накаливания для освещения, их ставят в кинескопы или вакуумные трубки.
- Подходит в качестве электрода во время аргонно-дуговой сварки.
- Выступает основой тяжелых сплавов. Из них делают противовесы, снаряды для оружия, пули и детали для ракет.
- Сплавы подходят для создания медицинских инструментов, танковой брони, деталей двигателей, защитных контейнеров для опасных веществ.
- Является нагревательным элементом в вакуумных печах сопротивления.
- Благодаря высокой плотности используется для защиты от излучения ионов. Выполненные из вольфрама детали более дешевые и эффективные, если сравнивать материал со свинцом.
- Для обработки металлоконструкций или в отрасли машиностроения используются материалы с карбидом вольфрама.
- В ядерной физике вольфроматы кальция или свинца применяют в качестве детекторов рентгеновского излучения.
Сплавы на основе вольфрама используются для бурения скважин, создания высокотемпературной смазки, с их помощью создают преобразователи, которые делают из тепла электричество. В промышленности на основе тугоплавкого материала выпускают электроды, проволоку, порошок, листы. Материал не имеет аналогов, поэтому вся выполненная из него продукция отличается уникальными физическими и химическими свойствами.
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.
Добыча и месторождения
В промышленных целях металл получают во время добычи руды, если ее предварительно обогащают. Во время этого процесса происходит флотация, дробление и шлифовка. Из полученного концентрата выделяют триоксид окиси, который восстанавливают до металла с помощью водорода и температурного воздействия.
Для получения материала используют 2 способа:
- Метод порошковой металлургии. Процесс протекает в несколько этапов. Сначала подготавливается порошок из чистого металла, сплава или сложного соединения, затем происходит прессование в специальных формах, а на финальном этапе начинается химическая обработка, благодаря которой вольфрам получает свои физические и химические свойства. Метод позволяет равномерно вводить присадок, что является его основным достоинством.
- Плавка в электронно-духовых печах. Во время этого процесса металлический порошок или вольфрамовая нить полностью расплавляются в пучок электронов. Для этого используется вакуумная камера, в которой исключается окисление, а также используемые в сплаве реактивные материалы не ставят под угрозу безопасность процесса. Наличие вакуума исключает сталкивание молекул газа электронов. Благодаря этому оборудованию удастся получать большие заготовки металла, вес каждой из них достигает 3 тонн.
В природных условиях вольфрам встречается только в окисленных отложениях. Образуется материал из трехокиси с железом, кальцием, марганцем. Во время анализа состава иногда встречается медь, свинец и другие редкие элементы. Минералы обнаруживают в горных породах, они выглядят как мелкие вкрапления. Тяжелого металла в них содержится до 2%.
Самые крупные запасы обнаружены в США, Китае, Канаде, Казахстане. В России и Португалии тоже есть месторождения. Ежегодно в мире производится 50 тонн вольфрама. В чистом виде он почти не используется из-за своей редкости.
Хром и его сплавы
Один из самых твердых металлов, в естественном виде голубовато-белой окраски. Его температура плавления ниже, чем у рассмотренных до сих пор элементов, и составляет 1907 оС. Однако он все равно используется в технике и промышленности повсеместно, так как хорошо поддается механическим воздействиям, обрабатывается и формуется.
Особенно ценен хром в качестве напылителя. Его наносят на изделия для придания им красивого блеска, защиты от коррозии и повышения износостойкости. Процесс называется хромированием.
Сплавы хрома очень популярны. Ведь даже небольшое количество этого металла в сплаве значительно увеличивает твердость и устойчивость последнего к воздействиям.
Получение тугоплавких материалов
Как отмечалось ранее, основной препятствующий фактор производству жаропрочных металлов их высокая химическая активность, препятствующая выделению элементов в чистом виде.
Основной технологией получения остается порошковая металлургия. Данная методика позволяет получать порошки тугоплавких металлов различными способами:
- Восстановление триоксидом водорода. Процесс производится в несколько этапов, внутри многотрубных печей при 750 – 950 °С. Технология применима под порошки тугоплавких металлов: вольфрам и молибден.
- Восстановлением водородом перрената. Схема реализуется в производстве металлического рения. Рабочие температуры составляют около 500 °С. Заключительная стадия предусматривает отмывание порошка от щелочи. Для этого последовательно используется горячая вода и раствор соляной кислоты.
- Использование солей металлов. Технология развита для выделения молибдена. Основным сырьем выступает аммонийная соль металла и его металлический порошок, вводимый в смесь на уровне 5 — 15% от массы. Состав проходит термическую обработку 500 – 850 °С в проточном инертном газе. Восстановление металла проходит в атмосфере водорода при температурах 800 – 1000 °С.
Производство тугоплавких металлов — порошковая металлургия
Экскурсия на производство
Способы получения жаропрочных металлов продолжают совершенствоваться, как и химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов, что связано с развитием ядерной энергетики, авиастроения, появлением новых моделей ракетных двигателей.
Одно из крупнейших предприятий по производству вольфрама на территории РФ – унечский завод тугоплавких металлов. Этот предприятие относительно молодое, строительство его началось в 2007 году на территории населенного пункта Унеча. Производственный акцент завода направлен на порошки тугоплавких металлов, точнее вольфрама и его карбидов.
В дальнейшем, для получения слитков рассыпчатую массу спекают или сдавливают прессом. Подобным образом порошки тугоплавких металлов обрабатываются для производства жаропрочных изделий.
Самые легкоплавкие и тугоплавкие металлы
К легкоплавким относятся все металлы, температура плавления которых меньше, чем у олова (231,9 °C). Элементы этой группы находят применение в качестве антикоррозийных покрытий, в электро- и радиотехнике, входят в состав антифрикционных сплавов. Ртуть, точка плавления которой -38,89 °C, при комнатной температуре является жидкостью и находит широкое применение в научных приборах, ртутных лампах, выпрямителях, переключателях, в хлорном производстве. У ртути самая низкая температура плавления по сравнению с другими металлами, входящими в группу легкоплавких. К тугоплавким металлам принадлежат все, температура плавления которых больше, чем у железа (1539 °C). Чаще всего их используют в качестве добавок при изготовлении легированных сталей, а также они могут служить и основой для некоторых специальных сплавов. Вольфрам, имеющий максимальную температуру плавления 3420 °C, в чистом виде используют в основном для нитей накала в электролампах.
Применение и нахождение в природе
Самый легкоплавкий металл в мире находится в природе очень рассеяно. Общая его концентрация в земной коре составляет примерно 83 мг/т, что делает его довольно редким элементом. В больших количествах он находится в глинистых сланцах и сульфидных минералах, в особенности в сфалеритах и антимонитах. Встречается в ливингстонитах и метациннабаритах.
Несмотря на свою токсичность, ртуть применяется во многих сферах, например, в металлургии, медицине, химической промышленности, машиностроении, электротехнике и даже сельском хозяйстве. Самый легкоплавкий металл подходит для наполнения энергосберегающих ламп, термометров и барометров.
В тяжёлой промышленности вещество используют для ртутнопаровых турбин, вакуумных установок и диффузионных насосов. Им наполняют измерительные приборы, аккумуляторы, сухие батареи. Ртуть участвует в производстве кондиционеров, холодильников и стиральных машин. В сельском хозяйстве её применяют в составе пестицидов.
Характеристики
Физический
| Имя | Ниобий | Молибден | Тантал | Вольфрам | Рений |
|---|---|---|---|---|---|
| Период | 5 | 5 | 6 | 6 | 6 |
| Температура плавления K | 2750 | 2896 | 3290 | 3695 | 3459 |
| Точка кипения K | 5017 | 4912 | 5731 | 5828 | 5869 |
| Температура плавления ° C | 2477 | 2623 | 3017 | 3422 | 3186 |
| Точка кипения ° C | 4744 | 4639 | 5458 | 5555 | 5596 |
| Плотность г · см−3 | 8.57 | 10.28 | 16.69 | 19.25 | 21.02 |
| Модуль для младших ГПа | 105 | 329 | 186 | 411 | 463 |
| Твердость по Виккерсу МПа | 1320 | 1530 | 873 | 3430 | 2450 |
Температура плавления тугоплавких металлов самая высокая для всех элементов, кроме углерод, осмий и иридий. Эта высокая температура плавления определяет большинство их применений. Все металлы объемно-центрированный кубический кроме рения, который шестиугольный плотно упакованный. Большинство физических свойств элементов этой группы значительно различаются, потому что они являются членами разных группы.
Сопротивление ползучести – ключевое свойство тугоплавких металлов. В металлах начало ползучести коррелирует с точкой плавления материала; ползучесть в алюминиевых сплавах начинается при 200 ° C, тогда как для тугоплавких металлов необходимы температуры выше 1500 ° C. Эта стойкость к деформации при высоких температурах делает тугоплавкие металлы пригодными для противодействия сильным воздействиям при высоких температурах, например, в реактивные двигатели, или инструменты, используемые во время ковка.
Химическая
Тугоплавкие металлы демонстрируют широкий спектр химических свойств, поскольку они входят в три отдельные группы в периодическая таблица. Они легко окисляются, но в массивном металле эта реакция замедляется за счет образования стабильных оксидных слоев на поверхности. В частности, оксид рения более летуч, чем металл, и поэтому при высокой температуре теряется стабилизация против воздействия кислорода, поскольку оксидный слой испаряется. Все они относительно устойчивы к кислотам.
Платина, Плотность: 21,45 г/см3
Платина является чрезвычайно редким металлом на Земле со средним содержанием 5 микрограммов на килограмм. Южная Африка является крупнейшим производителем платины с 80% мирового производства, а также небольшим вкладом США и России. Это плотный, пластичный и нереактивный металл.
Помимо символа престижа (ювелирные изделия или любые аналогичные аксессуары), платина используется в различных областях, таких как автомобильная промышленность, где она используется для производства устройств контроля выбросов автомобилей и для переработки нефти. Другие малые области применения включают, например, медицину и биомедицину, оборудование для производства стекла, электроды, противоопухолевые препараты, датчики кислорода, свечи зажигания.
Список и характеристики тугоплавких металлов
Тугоплавкость характеризуется повышенным значением температуры перехода из твердого состояния в жидкую фазу. Металлы, плавление которых осуществляется при 1875 ºC и выше, относят к группе тугоплавких металлов. По порядку возрастания температуры плавки сюда входят следующие их виды:
- Ванадий
- Хром
- Родий
- Гафний
- Рутений
- Вольфрам
- Иридий
- Тантал
- Молибден
- Осмий
- Рений
- Ниобий.
Современное производство по количеству месторождений и уровню добычи удовлетворяют только вольфрам, молибден, ванадий и хром. Рутений, иридий, родий и осмий встречаются в естественных условиях довольно редко. Их годовое производство не превышает 1,6 тонны.
Жаропрочные металлы обладают следующими основными недостатками:
- Повышенная хладноломкость. Особенно она выражена у вольфрама, молибдена и хрома. Температура перехода у металла от вязкого состояния к хрупкому чуть выше 100 ºC, что создает неудобства при их обработке давлением.
- Неустойчивость к окислению. Из-за этого при температуре свыше 1000 ºC тугоплавкие металлы применяются только с предварительным нанесением на их поверхность гальванических покрытий. Хром наиболее устойчив к процессам окисления, но как тугоплавкий металл он имеет самую низкую температуру плавления.
К наиболее перспективным тугоплавким металлам относят ниобий и молибден. Это связано с их распространённостью в природе, а, следовательно, и низкой стоимостью в сравнении с другими элементами данной группы.
Помимо этого, ниобий зарекомендовал себя как металл с относительно низкой плотностью, повышенной технологичностью и довольно высокой тугоплавкостью. Молибден ценен, в первую очередь, своей удельной прочностью и жаростойкостью.
Самый тугоплавкий металл в мире — свойства, получение, применение
Определение «тугоплавкие металлы» не требует дополнительных пояснений в силу исчерпывающей информативности самого термина. Единственным нюансом остается пороговая температура плавления, после которой вещество можно считать тугоплавким.
Где применяется вольфрам?
Широко используют соединения вольфрама. Их применяют в машиностроительной и горнодобывающей промышленностях, для бурения скважин. Из данного металла благодаря его высокой прочности и твердости изготавливают детали двигателей летательных аппаратов, нити накаливания, артиллерийские снаряды, сверхскоростные роторы гироскопов, пули и т.д. Также вольфрам успешно применяется как электрод при аргонно-дуговой сварке. Не обходятся и такие отрасли промышленности без соединений вольфрама – текстильная, лакокрасочная.
Определение
Большинство определений термина тугоплавкие металлы
определяют их как металлы имеющие высокие температуры плавления. По этому определению, необходимо, чтобы металлы имели температуру плавления выше 4,000°F (2,200°C ). Это необходимо для их определения как тугоплавких металлов.
Пять элементов — ниобий, молибден, тантал, вольфрам и рений входят в этот список как основные, в то время как более широкое определение этих металлов позволяет включить в этот список ещё и элементы имеющие температуру плавления 2123 K (1850 °C) — титан, ванадий, хром, цирконий, гафний, рутений и осмий.
Трансурановые элементы (которые находятся за ураном, все изотопы которых нестабильны и на земле их найти очень трудно) никогда не будут относиться к тугоплавким металлам.
Сравнительная таблица степени тугоплавкости чистых металлов
Следует отметить, что тугоплавкие материалы не ограничиваются исключительно металлами. К этой категории относится ряд соединений – сплавы и легированные металлы, разработанных, чтобы улучшить определенные характеристики исходного материала.
Относительно чистых элементов, можно привести наглядную таблицу степени их температурной устойчивости. Возглавляет ее самый тугоплавкий металл, известный на сегодня, – вольфрам с температурой плавления 3422 0С. Такая осторожная формулировка связана с попытками выделить металлы, обладающие порогом расплава, превосходящим вольфрам.
Поэтому вопрос, какой металл самый тугоплавкий, может в будущем получить совсем иное определение.
Пороговые величины остальных соединений приведены ниже:
- рений 3186;
- осмий 3027;
- тантал 3014;
- молибден 2623;
- ниобий 2477;
- иридий 2446;
- рутений 2334;
- гафний 2233;
- родий 1964;
- ванадий 1910;
- хром 1907;
- цирконий 1855;
- титан 1668.
Остается добавить еще один интересный факт, касающийся физических свойств жапропрочных элементов. Температура плавления некоторых из них чувствительная к чистоте материала. Ярким примером этому выступает хром, температура плавления которого может варьироваться от 1513 до 1920 0С, в зависимости от химического состава примесей. Поэтому, данные интернет пространства часто разнятся точными цифрами, однако качественная составляющая от этого не страдает.
Хром в чистом виде
Свойства самых тугоплавких металлов
Так самый тугоплавкий металл в мире (вольфрам) обычно легируется рением, торием, никелем при участии меди и/или железа. Первый делает сплав более коррозионстойким, второй — более надежным, а третий — придает небывалую плотность
Следует обратить внимание, что во всех сплавах вольфрама содержится не более 4/5
Из-за того, что вольфрам одновременно и твердый, и тугоплавкий его обычно применяют в электроснабжении, строении приборов, изготовлении оружия, снарядов, боеголовок и ракет. Более плотные сплавы (на базе никеля) применяют для производства клюшек для игры в гольф. Вольфрам образует и так называемые псевдосплавы. Дело в том, что в них металл не легируется, а наполняется жидким серебром или медью.
За счет разницы в температурах расплава получаются лучшие тепло и электропроводные свойства.
Это дает возможность использовать его для изготовления форм для литья цинковых деталей. Особое направления использования молибдена — в качестве легирующего элемента в стальных сплавах. Сплавы сталь+молибден обладают хорошей износостойкостью и невысокими показателями трения.
Сталь+молибден применяют в для изготовления труб, трубных конструкций, автомобиле и машиностроении.
Разделение металлов
В зависимости от температуры плавления металлы делятся на:
- Легкоплавкие: им необходимо не более 600Со. Это цинк, свинец, виснут, олово.
- Среднеплавкие: температура плавления колеблется от 600Со до 1600Со. Это золото, медь, алюминий, магний, железо, никель и большая половина всех элементов.
- Тугоплавкие: требуется температура свыше 1600Со, чтобы сделать металл жидким. Сюда относятся хром, вольфрам, молибден, титан.
В зависимости от температуры плавления выбирают и плавильный аппарат. Чем выше показатель, тем прочнее он должен быть. Узнать температуру нужного вам элемента можно из таблицы.
Еще одной немаловажной величиной является температура кипения. Это величина, при которой начинается процесс кипения жидкостей, она соответствует температуре насыщенного пара, который образуется над плоской поверхностью кипящей жидкости
Обычно она почти в два раза больше, чем температура плавления.
Обе величины принято приводить при нормальном давлении. Между собой они прямопропорциональны.
- Увеличивается давление – увеличится величина плавления.
- Уменьшается давление – уменьшается величина плавления.
Таблица легкоплавких металлов и сплавов (до 600С о )
| Название элемента | Латинское обозначение | Температуры | |
| Плавления | Кипения | ||
| Олово | Sn | 232 Со | 2600 Со |
| Свинец | Pb | 327 Со | 1750 Со |
| Цинк | Zn | 420 Со | 907 Со |
| Калий | K | 63,6 Со | 759 Со |
| Натрий | Na | 97,8 Со | 883 Со |
| Ртуть | Hg | – 38,9 Со | 356.73 Со |
| Цезий | Cs | 28,4 Со | 667.5 Со |
| Висмут | Bi | 271,4 Со | 1564 Со |
| Палладий | Pd | 327,5 Со | 1749 Со |
| Полоний | Po | 254 Со | 962 Со |
| Кадмий | Cd | 321,07 Со | 767 Со |
| Рубидий | Rb | 39,3 Со | 688 Со |
| Галлий | Ga | 29,76 Со | 2204 Со |
| Индий | In | 156,6 Со | 2072 Со |
| Таллий | Tl | 304 Со | 1473 Со |
| Литий | Li | 18,05 Со | 1342 Со |
Таблица среднеплавких металлов и сплавов (от 600С о до 1600С о )
| Название элемента | Латинское обозначение | Температураы | |
| Плавления | Кипения | ||
| Алюминий | Al | 660 Со | 2519 Со |
| Германий | Ge | 937 Со | 2830 Со |
| Магний | Mg | 650 Со | 1100 Со |
| Серебро | Ag | 960 Со | 2180 Со |
| Золото | Au | 1063 Со | 2660 Со |
| Медь | Cu | 1083 Со | 2580 Со |
| Железо | Fe | 1539 Со | 2900 Со |
| Кремний | Si | 1415 Со | 2350 Со |
| Никель | Ni | 1455 Со | 2913 Со |
| Барий | Ba | 727 Со | 1897 Со |
| Бериллий | Be | 1287 Со | 2471 Со |
| Нептуний | Np | 644 Со | 3901,85 Со |
| Протактиний | Pa | 1572 Со | 4027 Со |
| Плутоний | Pu | 640 Со | 3228 Со |
| Актиний | Ac | 1051 Со | 3198 Со |
| Кальций | Ca | 842 Со | 1484 Со |
| Радий | Ra | 700 Со | 1736,85 Со |
| Кобальт | Co | 1495 Со | 2927 Со |
| Сурьма | Sb | 630,63 Со | 1587 Со |
| Стронций | Sr | 777 Со | 1382 Со |
| Уран | U | 1135 Со | 4131 Со |
| Марганец | Mn | 1246 Со | 2061 Со |
| Константин | 1260 Со | ||
| Дуралюмин | Сплав алюминия, магния, меди и марганца | 650 Со | |
| Инвар | Сплав никеля и железа | 1425 Со | |
| Латунь | Сплав меди и цинка | 1000 Со | |
| Нейзильбер | Сплав меди, цинка и никеля | 1100 Со | |
| Нихром | Сплав никеля, хрома, кремния, железа, марганца и алюминия | 1400 Со | |
| Сталь | Сплав железа и углерода | 1300 Со – 1500 Со | |
| Фехраль | Сплав хрома, железа, алюминия, марганца и кремния | 1460 Со | |
| Чугун | Сплав железа и углерода | 1100 Со – 1300 Со |
Таблица тугоплавких металлов и сплавов (свыше 1600С о )
| Название элемента | Латинское обозначение | Температуры | |
| Плавления | Кипения | ||
| Вольфрам | W | 3420 Со | 5555 Со |
| Титан | Ti | 1680 Со | 3300 Со |
| Иридий | Ir | 2447 Со | 4428 Со |
| Осмий | Os | 3054 Со | 5012 Со |
| Платина | Pt | 1769,3 Со | 3825 Со |
| Рений | Re | 3186 Со | 5596 Со |
| Хром | Cr | 1907 Со | 2671 Со |
| Родий | Rh | 1964 Со | 3695 Со |
| Рутений | Ru | 2334 Со | 4150 Со |
| Гафний | Hf | 2233 Со | 4603 Со |
| Тантал | Ta | 3017 Со | 5458 Со |
| Технеций | Tc | 2157 Со | 4265 Со |
| Торий | Th | 1750 Со | 4788 Со |
| Ванадий | V | 1910 Со | 3407 Со |
| Цирконий | Zr | 1855 Со | 4409 Со |
| Ниобий | Nb | 2477 Со | 4744 Со |
| Молибден | Mo | 2623 Со | 4639 Со |
| Карбиды гафния | 3890 Со | ||
| Карбиды ниобия | 3760 Со | ||
| Карбиды титана | 3150 Со | ||
| Карбиды циркония | 3530 Со |
Рекорды для неорганических веществ
Самым сильным стабильным окислителем
, является комплекс дифторида криптона и пентафторида сурьмы. Из-за сильного окисляющего действия (окисляет все элементы в высшие степени окисления, в том числе кислород и азот воздуха) для него очень трудно измерить электродный потенциал. Единственный растворитель, который реагирует с ним достаточно медленно — безводный фтористый водород.
Самым плотным веществом
, является осмий. Его плотность составляет 22,5 г/см 3 .
Самый легкий металл
— это литий. Его плотность составляет 0,543 г/см 3 .
Самый дорогой металл
— это калифорний. Его стоимость в настоящее время составляет 6 500 000 долларов за 1 грамм.
Самый распространенный элемент в земной коре
— это кислород. Его содержание составляет 49% от массы земной коры.
Самый редкий элемент в земной коре
— это астат. Его содержание во всей земной коре, по оценкам специалистов составляет всего 0,16 грамм.
Самым горючим веществом
, является, по-видимому, мелкий порошок циркония. Для того чтоб он не мог гореть, необходимо поместить его в атмосферу инертного газа на пластину из материала, не содержащего неметаллов.
Веществом с наименьшей температурой кипения
, является гелий. Его температура кипения равна -269 градусов по Цельсию. Гелий — единственное вещество, не имеющее температуры плавления при обычном давлении. Даже при абсолютном нуле он остается жидким. Жидкий гелий широко используется в криогенной технике.
Самый тугоплавкий металл
— это вольфрам. Его температура плавления составляет +3420 градусов по Цельсию. Из него изготовляют нити накаливания для электрических лампочек.
Самый тугоплавкий материал
— это сплав карбидов гафния и тантала (1:1). Он имеет температуру плавления +4215 С.
Самым легкоплавким металлом
, является ртуть. Ее температура плавления равна -38,87 градусов по Цельсию. Она же являетсясамой тяжелой жидкостью
, ее плотность составляет 13,54 г/см 3 .
Самую высокую растворимость в воде среди твердых веществ
имеет трихлорид сурьмы. Его растворимость при +25 С составляет 9880 грамм на литр.
Самым легким газом
, является водород. Масса 1 литра составляет всего 0,08988 грамм.
Самым тяжелым газом при комнатной температуре
, является гексафторид вольфрама (т. кип. +17 С). Его масса составляет 12,9 г/л, т.е. в нем могут плавать некоторые виды пенопласта.
Самым стойким к кислотам металлом
, является иридий. До сих пор не известно ни одной кислоты или их смеси, в которых он бы растворялся.
Самый широкий диапазон концентрационных пределов взрываемости
имеет сероуглерод. Взрываться могут все смеси паров сероуглерода с воздухом содержащие от 1 до 50 объемных процентов сероуглерода.
Самой сильной стабильной кислотой
является раствор пентафторида сурьмы во фтористом водороде. В зависимости от концентрации пентафторида сурьмы эта кислота может иметь показатель Гаммета до -40.
Самым необычным анионом в соли
является электрон. Он входит в состав электрида 18-краун-6 комплекса натрия.
Рекорды для органических веществ
Самым горьким веществом
, является денатония сахаринат. Его получили случайно, во время исследования денатония бензоата. Сочетание последнего с натриевой солью сахарина дало вещество в 5 раз более горькое, чем предыдущий рекордсмен (денатония бензоат). В настоящее время оба этих вещества используются для денатурации спирта и других непищевых продуктов.
Самым сильным ядом
, является ботулинический токсин типа А. Его летальная доза для мышей (ЛД50, внутрибрюшинно) составляет 0,000026 мкг/кг веса. Это белок с молекулярной массой 150 000, продуцируемый бактерией Clostridium botulinum.
Самым нетоксичным органическим веществом
, является метан. При увеличении его концентрации интоксикация возникает из-за недостатка кислорода, а не в результате отравления.
Тантал
Внешне имеет светло-серый цвет с небольшим голубоватым оттенком. Температура плавления близка к 3000 °С. Хорошо поддается основным видам обработки. Его можно ковать, прокатывать, производить волочение для изготовления проволоки. Эти операции не требуют значительного нагрева. Для удобства дальнейшего использования тантал изготавливают в форме фольги и тонких листов. Повышение температуры вызывает активное взаимодействие со всеми газами, кроме инертных – с ними никаких реакций не наблюдается.
Тантал
Из тантала производят внутренние элементы генераторных ламп (магнетронов и клистронов). Он активно используется при производстве пластин в электролитических конденсаторах. Очень удобен для изготовления пленочных резисторов. Активно применяется для изготовления так называемых лодочек в испарителях, в которых осуществляется термическое напыление различных материалов на тонкие пленки.
Ввиду ряда своих уникальных качеств, считается незаменимым в ядерной, аэрокосмической и радиоэлектронной промышленности.
Режущие свойства вольфрама
В 1864 году английский ученый Роберт Мюшет использовал вольфрам как легирующую добавку к стали, которая выдерживала красное каление и еще больше увеличивала твердость. Резцы, которые изготовляли из полученной стали, увеличили скорость резания металла в 1,5 раза, и она стала составлять 7,5 метра в минуту.
Работая в этом направлении, ученые получали все новые технологии, увеличивая скорость обработки металла с использованием вольфрама. В 1907 году появилось новое соединение вольфрама с кобальтом и хромом, которое стало основоположником твердых сплавов, способных увеличивать скорость резания. В настоящее время она возросла до 2000 метров в минуту, и все это благодаря вольфраму – самому тугоплавкому металлу.
Тугоплавкие металлы и сплавы
Однако исследования не стоят на месте, а потому сейчас большинство свойств тугоплавких элементов можно скорректировать путем их легирования, то есть получения сплавов. Сплавы на основе неплавких металлов сохраняют свою непревзойденную устойчивость к воздействия высоких температур и сопротивление к деформированию. При этом они еще и приобретают такие полезные свойства, как большая или меньшая пластичность, коррозионостойкость, жаропрочность, упругость и пр.
Две трети всех неплавких металлов получают из руды, а точнее их так называемых рудных концентратов. Это значит, что помимо основного элемента в руде находится множество вспомогательных. Прежде чем получится хоть грамм тугоплавкого элемента необходимо кон, химически очистить от всего ненужного, а затем восстановить или, как еще говорят, рафинировать. В зависимости от того, насколько чистый металл нужен, используют дугообразную, электронно-лучевую или плазменную плавку. В последней получаются металлы самого лучшего вида. Готовые тугоплавкие металлоэлементы представляют собой порошок или гранулы, правда иногда их сразу подвергают обработке и получают тугоплавкие заготовки — листы, пленку, трубы, нити и пр. Получением как заготовок, так и чистых металлов занимаются заводы тугоплавких металлов и сплавов. Один из старейших в России — ОАО «Опытный завод тугоплавких металлов и твёрдых сплавов» — работает в данной сфере с 48-го года XX века. Еще один советский, а ныне Узбекский , существует с 1956 года.
Применение тугоплавких металлов основано на максимально эффективном использовании их природных свойств. Среди отраслей народного хозяйства, прибегающих к помощи тугоплавких металлоэлементов, можно выделить строительство машин, судов, космических аппаратов и их деталей, атомную энергетику, ядерную промышленность и химическую промышленность, электроснабжение и металлургию. При этом практически нигде тугоплавкие металлоэлементы не используются «в живую», обычно для этих целей берут их различные сплавы.
Характеристики самого плотного металла
Ученые сошлись во мнении, что, несмотря на практически одинаковую плотность, иридий совсем чуть-чуть уступает самому тяжелому металлу. Однако полностью физико-химические свойства этих двух элементов пока не изучены.
Редкостью и трудозатратностью добычи обусловлена стоимость осмия – в среднем от $15 000 за грамм. Он внесен в группу платиновых и условно считается благородным, однако название металла противоречит статусу: по-гречески «осме» значит «запах». Из-за высокой химической активности осмий пахнет смесью чеснока или редьки с хлором.
Застывая из расплава, осмий образует красивые кристаллы с интересным сине- или серебристо-голубым отливом. Но, несмотря на красоту, для изготовления драгоценных аксессуаров он не подходит, так как не обладает свойствами, необходимыми ювелирам: ковкостью и пластичностью.
Элемент ценен только из-за особой прочности. Сплавы, в которые добавляют совсем малые дозы самого тяжелого металла, становятся невероятно износостойкими. Обычно им покрывают узлы, подвергающиеся постоянному трению.
История открытия
1803—1804 годы стали для самого тяжелого металла поворотными: именно в это время его открытие проходило практически в условиях соревнований.
Сначала английский химик Смитсон Теннант и его ассистент Уильям Хайд Уолластон, совершившие не одно важное открытие, обнаружили в процессе эксперимента с платиновыми рудами и азотной и соляной кислотами необычный осадок с характерным запахом и поделились своей находкой с другими. Далее эстафету перехватили французские ученые Антуан де Фуркруа и Луи-Николя Воклен и на основе предыдущих и своих собственных исследований заявили об обнаружении нового элемента. Название ему дали «птен», что значит «летучий», так как в результате опытов они получали летучий черный дым
Название ему дали «птен», что значит «летучий», так как в результате опытов они получали летучий черный дым
Далее эстафету перехватили французские ученые Антуан де Фуркруа и Луи-Николя Воклен и на основе предыдущих и своих собственных исследований заявили об обнаружении нового элемента. Название ему дали «птен», что значит «летучий», так как в результате опытов они получали летучий черный дым.
Однако и Теннант не спал: он продолжал свои исследования и не упускал из виду опыты французов. В итоге Смитсон добился более конкретных результатов и в официальном документе, отправленном Лондонскому королевскому обществу, указал, что разделил птен на два родственных элемента: иридий («радуга») и осмий («запах»).
Где применяют
Список сфер применения довольно обширен: авиация, военная и ракетная техника, аэрокосмическая промышленность, медицина. Хотя производители оружия уже задумываются, чем можно заменить самый тяжелый в мире металл, так как осмий слишком трудно обрабатывать.
Почти половина мировых запасов самого тяжелого металла отдана на нужды химической промышленности. Им окрашивают живые ткани под микроскопом, обеспечивая их сохранность. Кроме того, его применяют как краситель при росписи фарфора.
Изотопы самого тяжелого металла используют для изготовления тары для хранения ядерных отходов.
Места природного залегания
В чистом виде осмий обнаружить практически нереально. Обычно этот тяжелый элемент встречается в соединении с иридием. Вещество содержится в месторождениях платиновых руд и на месте падения или в самих попавших на Землю метеоритах.
Сплавы
Чтобы изменить свойства того или иного металла, его сплавляют с другими веществами. Так, он может не только приобрести большую плотность, прочность, но и снизить или повысить температуру плавления.
Сплав может состоять из двух или больше химических элементов, но хотя бы один из них должен быть металлом. Такие «смеси» очень часто используют в промышленности, ведь они позволяют получить именно те качества материалов, которые необходимы.
Температура плавления металлов и сплавов зависит от чистоты первых, а также от пропорций и состава вторых. Для получения легкоплавких сплавов чаще всего используют свинец, ртуть, таллий, олово, кадмий, индий. Те, в составе которых находится ртуть, называются амальгамами. Соединение натрия, калия и цезия в соотношении 12%/47%/41% становится жидкостью уже при минус 78 °C , амальгама ртути и таллия — при минус 61°C. Самым тугоплавким материалом является сплав тантала и карбидов гафния в пропорциях 1:1 с температурой плавления 4115 °C.
