Какой из металлов обладает наибольшей плотностью
Мы все любим металлы. Машины, велосипеды, кухонная техника, банки для напитков и множество других вещей - все они состоят из металла. Металл - краеугольный камень нашей жизни. Но иногда он бывает очень тяжелым.
Когда мы говорим о тяжести того или иного метала, то обычно имеем в виде его плотность, то есть соотношение массы к занимаемому объёму.
Еще одним способом измерения «веса» металлов является их относительная атомная масса. Самыми тяжелыми металлами по относительной атомной массе являются плутоний и уран.
Если вы хотите узнать, какой металл самый тяжелый, если рассматривать его плотность, то мы рады вам помочь. Вот топ-10 самых тяжелых металлов на Земле с указанием их плотности на кубический см.
10. Тантал - 16,67 г/см³
Десятую строчку в рейтинге занимает синевато-серый, очень твердый металл со сверхвысокой температурой плавления. Несмотря на свою твердость он пластичен, как золото.
Тантал является важным компонентом во многих современных технологиях. В частности, он используется для производства конденсаторов, которые применяются в компьютерной технике и мобильных телефонах.
9. Уран - 19,05 г/см³
Это самый тяжелый элемент на Земле, если учитывать его атомную массу - 238,0289 г/моль. В чистом виде уран представляет собой серебристо-коричневый тяжелый металл, который почти вдвое плотнее свинца.
Как и плутоний, уран служит необходимым компонентом для создания ядерного оружия.
8. Вольфрам - 19,29 г/см³
Считается одним из самых плотных элементов в мире. В дополнение к своим исключительным свойствам (высокая теплопроводность и электропроводность, очень высокая стойкость к воздействию кислот и истиранию) вольфрам также отличается тремя уникальными свойствами:
- После углерода он имеет самую высокую температуру плавления - плюс 3422 ° C. А его температура кипения - плюс 5555 ° C, эта температура примерно сопоставима с температурой поверхности Солнца.
- Сопровождает оловянные руды, однако препятствует выплавке олова, переводя его в пену шлаков. За это и получил свое название, которое в переводе с немецкого означает «волчьи сливки».
- Вольфрам имеет самый низкий коэффициент линейного расширения при нагревании из всех металлов.
7. Золото - 19,29 г/см³
С давних времен люди покупают, продают и даже убивают за этот драгоценный металл. Да что люди, целые страны занимаются скупкой золота. Лидером государств с самыми крупными запасами золота на данный момент является Америка. И вряд ли наступит пора, когда в золоте не будет нужды.
Говорят, что деньги не растут на деревьях, но золото - растет! Небольшое количество золота можно найти в листьях эвкалипта, если тот находится на золотоносной почве.
6. Плутоний - 19,80 г/см³
Шестой самый тяжелый металл в мире - один из самых нужных компонентов для ядерных держав мира. А еще он - настоящий хамелеон в мире элементов. Плутоний демонстрирует красочное состояние окисления в водных растворах, при этом их цвет варьируется от светло-фиолетового и шоколадного до светло-оранжевого и зеленого. Цвет зависит от степени окисления плутония и солей кислот.
5. Нептуний - 20,47 г/см³
Этот металл с серебристым блеском, названный в честь планеты Нептун, был открыт химиком Эдвином Макмилланом и геохимиком Филиппом Абельсоном в 1940 году. Он используется для получения шестого номера в нашем списке, плутония.
4. Рений - 21,01 г/см³
Слово «Рений» происходит от латинского Rhenus, что означает «Рейн». Нетрудно догадаться, что этот металл был обнаружен в Германии. Честь его открытия принадлежит немецким химикам Иде и Вальтеру Ноддакам. Это последний из открытых элементов, у которого есть стабильный изотоп.
Из-за очень высокой температуры плавления рений (в виде сплавов с молибденом, вольфрамом и другими металлами) применяется для создания компонентов ракетной техники и авиации.
3. Платина - 21,40 г/см³
Один из самых драгоценных металлов в этом списке (кроме Осмия и Калифорния-252) используется в самых разных областях - от ювелирного дела до химической промышленности и космической техники. В России лидером по добыче платинового металла является ГМК «Норильский никель». В год в стране добывается около 25 тонн платины.
2. Осмий - 22,61 г/см³
Хрупкий и при этом крайне твердый металл редко используется в чистом виде. В основном его смешивают с другими плотными металлами, такими как платина, для создания очень сложного и дорогого хирургического оборудования.
Название «осмий» происходит от древнегреческого слова «запах». При растворении щелочного сплава осмиридия в жидкости появляется резкое амбре, похожее на запах хлора или подгнившей редьки.
И осмий и иридий (первое место рейтинга) весят примерно в два раза больше свинца (11,34 г/см³).
1. Иридий - 22,65 г/см³ – самый тяжелый металл
Этот металл с полным правом может претендовать на звание элемента с наибольшей плотностью. Однако споры о том, какой же металл тяжелее - иридий или осмий, все-таки ведутся. А все дело в том, что любая примесь может снизить плотность этих металлов, а их получение в чистом виде - очень тяжелая задача.
Теоретическая расчетная плотность иридия составляет 22,65 г/см³. Он почти втрое тяжелее, чем железо (7,8 г/см³). И почти вдвое тяжелее, чем самый тяжелый жидкий металл - ртуть (13,6 г/см³).
Как и осмий, иридий был открыт английским химиком Смитсоном Теннантом в начале 19 века. Любопытно, что Теннант нашел иридий вовсе не целенаправленно, а случайно. Он был обнаружен в примеси, оставшейся после растворения платины.
Иридий в основном используется в качестве отвердителя платиновых сплавов для оборудования, которое должно выдерживать высокие температуры. Он перерабатывается из платиновой руды и является побочным продуктом при добыче никеля.
Название «иридий» переводится с древнегреческого как «радуга». Это объясняется наличием в металле солей разнообразной окраски.
Самый тяжелый металл в периодической таблице Менделеева очень редко встречается в земных веществах. Поэтому его высокая концентрация в образцах породы - маркер их метеоритного происхождения. За год во всем мире добывают около 10 тысяч килограмм иридия. Крупнейший его поставщик - Южная Африка.
Самые прочные металлы в мире: топ-10
Можете ли вы представить, что произошло, если бы наши предки не обнаружили важные металлы, такие как серебро, золото, медь и железо? Наверное, мы бы до сих пор жили в хижинах, используя камень в качестве основного инструмента. Именно крепость металла сыграла важную роль в формировании нашего прошлого и теперь работают как основа, на которой мы строим будущее.
Некоторые из них очень мягкие и буквально тают в руках, как самый активный металл в мире. Другие - настолько твердые, что их невозможно согнуть, поцарапать или сломать без применения спецсредств.
А если вам интересно, какие металлы самые твердые и прочные в мире, мы ответим на этот вопрос, учитывая различные оценки относительной твердости материалов (шкала Мооса, метод Бринелля), а также такие параметры как:
- Модуль Юнга: учитывает эластичность элемента при растяжении, то есть способность объекта к сопротивлению при упругой деформации.
- Предел текучести: определяет максимальный предел прочности материала, после которого он начинает проявлять пластичное поведение.
- Предел прочности при растяжении: предельное механическое напряжение, после которого материал начинает разрушаться.
10. Тантал
У этого металла сразу три достоинства: он прочный, плотный и очень устойчив к коррозии. Кроме того, этот элемент относится к группе тугоплавких металлов, таких как вольфрам. Чтобы расплавить тантал вам придется развести огонь температурой 3 017 °C.
Тантал в основном используется в секторе электроники для производства долговечных, сверхмощных конденсаторов для телефонов, домашних компьютеров, камер и даже для электронных устройств в автомобилях.
9. Бериллий
А вот к этому металлическому красавцу лучше не приближаться без средств защиты. Потому что бериллий высокотоксичен, и обладает канцерогенным и аллергическим действием. Если вдыхать воздух, содержащий пыль или пары бериллия, то возникнет заболевание бериллиоз, поражающее легкие.
Однако бериллий несет не только вред, но и благо. Например, добавьте всего 0,5 % бериллия в сталь и получите пружины, которые будут упругими даже если довести их до температуры красного каления. Они выдерживают миллиарды циклов нагрузки.
Бериллий применяют в аэрокосмической промышленности для создания тепловых экранов и систем наведения, для создания огнеупорных материалов. И даже вакуумная труба Большого Адронного Коллайдера сделана из бериллия.
8. Уран
Это естественное радиоактивное вещество очень широко распространено в земной коре, но сконцентрировано в определенных твердых скальных образованиях.
Один из самых твердых металлов в мире имеет два коммерчески значимых применения - ядерное оружие и ядерные реакторы. Таким образом, конечной продукцией урановой промышленности являются бомбы и радиоактивные отходы.
7. Железо и сталь
Как чистое вещество железо не такое твердое по сравнению с другими участниками рейтинга. Но из-за минимальных затрат на добычу оно часто комбинируется с другими элементами для производства стали.
Сталь - это очень прочный сплав из железа и других элементов, таких как углерод. Это наиболее часто используемый материал в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. И даже если вы не имеете к ним никакого отношения, то все равно используете сталь каждый раз, когда режете продукты ножом (если он, конечно, не керамический).
6. Титан
Титан - это практически синоним прочности. Он обладает впечатляющей удельной прочностью (30-35 км), что почти вдвое выше, чем аналогичная характеристика легированных сталей.
Будучи тугоплавким металлом, титан обладает высокой устойчивостью к нагреву и истиранию, поэтому является одним из самых популярным сплавов. Например, он может быть легирован железом и углеродом.
Если вам нужна очень твердая и при этом очень легкая конструкция, то лучше чем титан металла не найти. Это делает его выбором номер один для создания различных деталей в авиа- и ракетостроении и судостроении.
5. Рений
Это очень редкий и дорогой металл, который хотя и встречается в природе в чистом виде, обычно идет «довеском»-примесью к молибдениту.
Если бы костюм Железного человека был сделан из рения, он мог бы выдержать температуру в 2000 ° C без потери прочности. О том, что стало бы с самим Железным человеком внутри костюма после такого «фаер-шоу» мы умолчим.
Россия - третья страна в мире по природным запасам рения. Этот металл используется в нефтехимической промышленности, электронике и электротехнике, а также для создания двигателей самолетов и ракет.
4. Хром
По шкале Мооса, которая измеряет устойчивость химических элементов к царапинам, хром находится в пятерке лучших, уступая лишь бору, алмазу и вольфраму.
Хром ценится за высокую коррозионную стойкость и твердость. С ним легче обращаться, чем с металлами платиновой группы, к тому же он более распространен, поэтому хром является популярным элементом, используемым в сплавах, таких, как нержавеющая сталь.
А еще один из прочнейших металлов на Земле используется при создании диетических добавок. Конечно, вы будете принимать внутрь не чистый хром, а его пищевое соединение с другими веществами (например, пиколинат хрома).
3. Иридий
Как и его «собрат» осмий, иридий относится к металлам платиновой группы, и по внешнему виду напоминает платину. Он очень твердый и тугоплавкий. Чтобы расплавить иридий, вам придется развести костер температурой выше 2000 °C.
Иридий считается одним из самых тяжелых металлов на Земле, а также одним из самых устойчивых к коррозии элементов.
2. Осмий
Этот «крепкий орешек» в мире металлов относится к платиновой группе и обладает высокой плотностью. Фактически это самый плотный природный элемент на Земле (22,61 г/см3). По этой же причине осмий не плавится до 3033 ° C.
Когда он легирован другими металлами платиновой группы (такими как иридий, платина и палладий), он может использоваться во многих различных областях, где необходимы твердость и долговечность. Например, для создания емкостей для хранения ядерных отходов.
1. Вольфрам
Самый прочный металл, который только есть в природе. Этот редкий химический элемент также самый тугоплавкий из металлов (3422 ° C).
Впервые он был обнаружен в форме кислоты (триоксида вольфрама) в 1781 году шведским химиком Карлом Шееле. Дальнейшие исследования привели двух испанских ученых - Хуана Хосе и Фаусто д'Эльхуяра - к открытию кислоты из минерала вольфрамита, из которого они впоследствии изолировали вольфрам с помощью древесного угля.
Помимо широкого применения в лампах накаливания, способность вольфрама работать в условиях сильной жары делает его одним из наиболее привлекательных элементов для оружейной промышленности. Во время Второй мировой войны этот металл сыграл важную роль в инициировании экономических и политических отношений между европейскими странами.
Вольфрам также используется для изготовления твердых сплавов, а в аэрокосмической промышленности - для изготовления ракетных сопел.
Таблица предела прочности металлов
| Металл | Обозначение | Предел прочности, МПа |
|---|---|---|
| Свинец | Pb | 18 |
| Олово | Sn | 20 |
| Кадмий | Cd | 62 |
| Алюминий | Al | 80 |
| Бериллий | Be | 140 |
| Магний | Mg | 170 |
| Медь | Cu | 220 |
| Кобальт | Co | 240 |
| Железо | Fe | 250 |
| Ниобий | Nb | 340 |
| Никель | Ni | 400 |
| Титан | Ti | 600 |
| Молибден | Mo | 700 |
| Цирконий | Zr | 950 |
| Вольфрам | W | 1200 |
Сплавы против металлов
Сплавы представляют собой комбинации металлов, и основной причиной их создания является получение более прочного материала. Наиболее важным сплавом является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода.
Чем выше прочность сплава - тем лучше. И обычная сталь тут не является «чемпионом». Особенно перспективными представляются металлургам сплавы на основе ванадиевой стали: несколько компаний выпускают варианты с пределом прочности до 5205 МПа.
А самым прочным и твердым из биосовместимых материалов на данный момент является сплав титана с золотом β-Ti3Au.
Топ-10 самых тяжелых по плотности металлов
Тантал
Плотность: 16,64 г/см 3
Температура плавления/кипения: 3017 0 С/5458 0 С
Очень редкий металл, но далеко не самый тяжелый в мире. В естественных условиях представляет собой серебристо-белое твердое вещество с легким синеватым оттенком (оксидная пленка). Был обнаружен в далеком 1802 году, но сразу выделить его не удалось: до 1844-го его отождествляли с другим металлом – ниобием.
Тантал – один из самых тугоплавких в мире (по этому показателю он превосходит даже самый тяжелый металл планеты) и не вступает в реакцию с воздухом: окисление его поверхности наступает только при повышении температуры воздуха до 280 0 С, что в естественных условиях невозможно.
Одной из интересных особенностей тантала считается его парамагнетизм (при попадании в магнитное поле металл намагничивается в направлении этого поля). Кроме того, тантал поражает своей устойчивостью к воздействию агрессивных сред: его поверхность не «поддается» даже 70%-ной азотной кислоте. Применяется этот необычный металл в военной отрасли (при создании боеприпасов), медицине (при производстве протезов), в атомной промышленности (при создании ядерных реакторов) и пр.
Интересный факт: несмотря на высокую прочность, тантал очень пластичен (его можно сопоставить с золотом), поэтому чистый металл очень удобен в работе.
Фото: See page for author, Public domain, via Wikimedia Commons
Плотность: 18,92 г/см 3
Температура плавления/кипения: 1132 0 С /3745 0 С
Главное и не лучшим образом характеризующее этот твердый металл отличие от других представителей рейтинга – его радиоактивность. Уран, будучи в естественных условиях, проходит долгий этап трансформации, состоящий из 14 этапов и завершающийся его преобразованием в свинец. Правда, процесс этот длится миллиарды лет.
В чистом виде уран обладает большим весом, серебристо-белым цветом, высокой пластичностью (он чуть мягче стали) и слабовыраженными парамагнитными свойствами. Уран легко окисляется при контакте с воздухом, а порошкообразное вещество самовоспламеняется при температуре около 150 0 С.
Основное и явное применение урана – ядерная промышленность. Активным «потребителем» металла считается ядерная энергетика (производство реакторов, силовых установок и пр.). В последние годы особую ставку начали делать на разработку методов добычи урана из морской воды, где концентрация твердого вещества – 3 мкг/л).
Вольфрам
Плотность: 19,21 г/см 3
Температура плавления/кипения: 3422 0 С /3745 0 С
Свое довольно оригинальное название (в переводе с лат. – «волчья пена») получил оттого, что при сопровождении оловянной руды мешал выплавке олова, превращая его в пену шлака. То есть фактически пожирал как волк овцу.
Вольфрам представляет собой блестящее твердое вещество светло-серого цвета. Это – самый тугоплавкий металл на планете: температура его плавления близка к солнечной фотосфере. Кроме того, имеет самую высокую доказанную температуру кипения на планете. Правда, недавно появился «конкурент» – сиборгий с более высокой (предполагаемой) температурой плавления, но достоверно это пока неизвестно ввиду небольшой длительности существования металла.
В свое время вольфрам произвел настоящий фурор в промышленности и сегодня его используют как обязательную основу для жаропрочных сплавов. Кроме того, высокая прочность обеспечивает этому металлу широкое применение в различных сферах человеческой деятельности: его используют в авиационных двигателях, нитях накаливания, электровакуумном оборудовании и пр.
Золото
Плотность: 19,85 г/см 3
Температура плавления/кипения: 1064 0 С /2856 0 С
Один из самых твердых металлов на земле, но при этом отличающийся невероятной пластичностью: из него можно сделать лист толщиной всего 0,1 мкм (так называемое сусальное золото). Именно по этой причине благородный желтый металл нашел достойное место в ювелирном деле. Но при этом золото имеет высокую плотность, что значительно упрощает процесс его добычи.
Золото обладает очень высоким показателям электропроводимости, что могло бы сделать этот металл незаменимым в процессе создания микросхем, но – увы: стоимость исходного сырья весьма велика, а распространенность – мала.
Золото не вступает в реакцию с кислородом и большинством элементов. Металл не поддается воздействию кислот и щелочей (исключение – царская водка, которая служит для проверки чистоты металлов). Золото – один из немногих металлов, используемых не только в промышленности, но и на благо человеку (его активно применяют в гомеопатии, стоматологии). Кроме того, благородный металл нашел активное применение в банковском деле: он до сих пор является гарантом стабильности любой валюты и надежным инвестиционным инструментом.
Плутоний
Фото: United States DOE, Public domain, via Wikimedia Commons
Температура плавления/кипения: 640 0 С /3235 0 С
«Младший брат» урана и обладатель высокой радиоактивности. В естественных условиях добывают, но мало и редко, поскольку это попросту нецелесообразно, зато его легко получить в процессе многоступенчатого преобразования урана. Стал первым химически искусственным веществом, производим в промышленных масштабах.
Для получения плутония используется уран обогащенного и природного типа. Несколько лет назад сообщалось о закрытии в 2010 году последнего в мире реактора, производящего плутоний (в России). Но в тот же год в Японии запустили ядерный реактор. Правда, долго проработать ему не пришлось по причине произошедшей через пару месяцев после запуска аварии: реактор остановили, а после трагедии на Фукусима-1 и вовсе передумали запускать. В 2016 было принято решение об утилизации реактора.
Из-за очевидного военного потенциала плутоний стали активно использовать при производстве ядерного оружия (так называемый оружейный плутоний), как источник энергии для космических кораблей и в качестве топлива для ядерных реакторов.
Нептуний
Фото: Los Alamos National Lab., Public domain, via Wikimedia Commons
Плотность: 20,48 г/см 3
Еще одно радиоактивное «детище» урана, полученное в ходе проведения ядерных реакций. Считается первым трансурановым элементом. Относительно мягкое вещество отличается хорошей ковкостью, медленно вступает в реакцию с воздухом, быстро окисляясь при высокой его температуре. На земле этот металл встречается в следовом количестве, поэтому его добыча в естественных условиях попросту бессмысленна.
Нептуний опасен для человека при радиоактивном распаде: около 70-80% его частиц оседает в костной ткани, что приводит к полному ее поражению (степень поражения зависит от валентности изотопов). Основное его применение – получение плутония.
Рений
Фото: Alchemist-hp (talk) (pse-mendelejew.de), FAL, via Wikimedia Commons
Плотность: 21,01 г/см 3
Температура плавления/кипения: 3186 0 С /5596 0 С
Обнаружение плотного металла серебристого цвета было предсказано Менделеевым в далеком 1871 году, а фактическое его открытие произошло лишь спустя полтора столетия (в 1925-м). Рений стал последним среди открытых элементов со стабильным изотопом: все открытые позднее таковых не имели.
Рений – один из самых редких элементов нашей планеты. По своим геохимическим свойствам похож на вольфрам. Серебристо-белый металл считается одним из самых твердых и плотных среди всех существующих. В чистом виде рений пластичен уже при комнатной температуре, но при этом полностью сохраняет свою прочность даже при многократном нагреве или охлаждении.
Рений труднодоступен, а его получение весьма материалозатратно, поэтому металл является одним из самых дорогих: цена за 1 кг колеблется от 1000 до 10000 долларов. «Добыча» рения происходит преимущественно в процессе переработки молибденового и медного сырья.
Сфера применения рения обусловлена рядом его свойств (тугоплавкостью, устойчивостью к большинству реагентов и пр.). При этом учитывается его дороговизна: применение металла ограничено теми случаями, когда он дает преимущество перед использованием других. В основном, рений применяют при производстве ракетных деталей (в особенности, реактивных и ракетных двигателей).
Платина
Плотность: 21,44 г/см 3
Температура плавления/кипения: 1768 0 С /3825 0 С
«Выносливая» и твердая платина практически достигла вершины нашего рейтинга, что неудивительно: это один из самых тяжелых металлов в мире. Драгоценное вещество считается также одним из редчайших на планете. Кстати, даже так называемый самородный металл нельзя считать чистым: в нем содержится до 20% железа, а также родий, иридий, осмий, реже – медь.
Платина считается одним из самых инертных металлов, не вступающим в реакцию с кислотами и щелочами. Блестящий серебристый металл активно применяют в ювелирном и стекольном деле, медицине (хирургии), химической промышленности, автомобилестроении, а благодаря устойчивости к вакууму – еще и при создании космических аппаратов.
Интересный факт: преимущественная часть платиновых запасов мира «спрятана» в недрах всего лишь 5 стран – России, Китая, Зимбабве, ЮАР и США.
Иридий
Плотность: 22,53 г/см 3
Температура плавления/кипения: 2466 0 С/4428 0 С
Фактически иридий делит первое место с осмием – разница в плотности этих веществ – сотые доли грамма. Тем не менее этот «тяжеловес», все же, на эту самую малость легче. Это – очень редкий, ценный металл, абсолютно не взаимодействующий с кислотами, водой и даже воздухом. Иридий (как и лидер рейтинга самых тяжелых металлов) – тугоплавкое вещество, плохо поддающееся обработке.
В переводе с греческого означает «радуга», что неудивительно, ведь иридиевые соли отличаются невероятной цветовой гаммой: от медно-красного до ярко-синего. Белый с легким серебристым, словно зеркальным оттенком иридий считается самым прочным и одним из редчайших на планете: за год добывается не более 10 тонн, причем большинство месторождений расположены в месте падения метеоритов.
Применяется в высокоточном машиностроении в качестве индикатора герметичности сварочных швов. Активно используется палеонтологами и геологами в качестве временного индикатора обнаруженного слоя той или иной породы. Нередко один из самых тяжелых металлов на планете применяют и для получения электроэнергии. В последние годы иридий получил довольно неожиданное и необычное применение: для электростимуляции нервов и при создании протезов глазного и ушного аппарата человека.
Осмий
Плотность: 22,62 г/см 3
Самый тяжелый «представитель» периодической таблицы Менделеева, и, соответственно, самый тяжелый в мире металл. Год 1803-й стал для этого элемента фактически поворотным, поскольку в этот период времени его открытие происходило буквально в гоночных условиях: два ученых параллельно открыли осмий – Теннант и де Фуркруа. Но Теннант, все же, добился более четких и глубоких результатов, и в официальных документах, поданных королевскому обществу Лондона, указал, что найденный элемент условно делится на два металла – иридий и осмий.
Добыча осмия требует немалых затрат, поскольку он редкий и сложно поддающийся воздействию. Отсюда и внушительная стоимость – 15000 долларов за 1 грамм вещества. Плотность осмия лишь чуть-чуть превышает аналогичный показатель иридия, хотя свойства обоих видов пока не до конца изучены. Самый тяжелый металл в мире «недружелюбен» к высоким температурам: он очень тугоплавкий.
Осмий входит в группу платиновых элементов и условно благородный. И, хотя при застывании осмий образует красивые серебристо-голубые кристаллы, для создания ювелирных изделий он не подходит, поскольку абсолютно непластичен и плохо поддается ковке. Отличается специфическим запахом – чесночно-хлорная смесь.
Высоко ценится из-за своей прочности: металл часто добавляют в состав для изготовления узлов, подвергающихся частому и сильному трению. Такие сплавы становятся невероятно прочными и устойчивыми к любому воздействию.
Читайте также: