Создан самый крепкий сплав, известный человечеству

Наш мир полон удивительных фактов, которые интересны множеству людей. Не являются исключением и свойства различных металлов. Среди этих элементов, которых в мире насчитывается 94, есть самые пластичные и ковкие, есть также с высокой электропроводностью или с большим коэффициентом сопротивления. В этой статье речь пойдет о самых твердых металлах, а также об их уникальных свойствах.

Иридий

Первенство в перечне металлов, отличающихся наибольшей твердостью, занимает иридий. Его открыл в начале XIX века химик из Англии Смитсон Теннант. Иридий обладает следующими физическими свойствами:

• имеет серебристо-белый цвет;
• температура его плавления – 2466 оС;
• температура кипения – 4428 оС;
• сопротивление – 5,3·10−8Ом·м.

Поскольку иридий является твердейшим металлом на планете, он с трудом поддается обработке. Но его все же применяют в различных промышленных сферах. К примеру, из него изготавливаются небольшие шарики, которые используются в перьях для ручек. Из иридия изготавливают комплектующие к космическим ракетам, некоторые детали для автомобилей и другое.

Иридий

В природе встречается очень мало иридия. Находки этого металла являются своего рода свидетельством того, что в месте, где он был обнаружен, падали метеориты. Эти космические тела содержат значительное количество металла. Ученые полагают, что наша планета также богата иридием, но его залежи находятся ближе к ядру Земли.

Промышленное применение титана

Самый твердый металл имеет довольно широкий спектр применения во многих отраслях. Аморфно расположенные атомы обеспечивают титану высочайший уровень прочности на растяжение и кручение, хорошую сопротивляемость ударному воздействию, высокие магнитные качества. Металл используется для изготовления корпусов воздушного транспорта и ракет. Он хорошо справляется с огромными нагрузками, которые испытывают на себе машины, находясь на огромной высоте. Также титан применяется при производстве корпусов для подводных лодок, так как способен выдерживать высокое давление на больших глубинах.

В медицинской отрасли металл используется при изготовлении протезов и зубных имплантатов, а также хирургических инструментов. В качестве легирующей добавки элемент добавляют в некоторые марки стали, что придает им повышенную прочность и стойкость к коррозии. Титан хорошо подходит для литья, так как позволяет получать идеально гладкие поверхности. Из него также изготавливают ювелирные украшения и декоративные изделия. Активно используются и соединения титана. Из диоксида изготавливают краски, белила, добавляют в состав бумаги и пластика.

Сложноорганические соли титана применяют в качестве затвердительного катализатора в лакокрасочном производстве. Из карбида титана изготавливают различные инструменты и насадки для обработки и сверления других металлов. В точном машиностроении из титанового алюминида производят износостойкие элементы, которые обладают высоким запасом прочности.

Самый твердый сплав металла был получен американскими учеными в 2011 году. В его состав вошли палладий, кремний, фосфор, германий и серебро. Новый материал был назван «металлическое стекло». Он соединил в себе твердость стекла и пластичность металла. Последнее не позволяет трещинам распространяться, как это происходит со стандартным стеклом. Естественно, в широкое производство материал запущен не был, так как его компоненты, особенно палладий, относятся к редким металлам и стоят очень дорого.

В данный момент усилия ученых направлены на поиски альтернативных компонентов, которые бы позволили сохранить полученные свойства, но значительно снизили стоимость производства. Тем не менее, отдельные детали для аэрокосмической отрасли уже производятся из полученного сплава. Если альтернативные элементы удастся внедрить в структуру и материал получит широкое распространение, то вполне возможно, что он станет одним из самых востребованных сплавов будущего.

Распространенное мнение о твердости – это алмаз или булат / дамасская сталь. Если первый минерал превосходит все простые вещества, существующие на Земле, что создала природа, то, поражающими воображение свойствами клинков из редкой стали, они обязаны мастерству кузнецов-оружейников, добавкам из других металлов. Многие технические сплавы, применяемые, например, для производства сверхтвердых резцов в машиностроительной промышленности, создания прочного, надежного инструмента, обладающего уникальными свойствами, связаны с этими добавками в привычном симбиозе железа с углеродом, кратко, традиционно называемыми сталью, – хрому, титану, ванадию, молибдену, никелю. Когда читатели спрашивают, какой самый твердый металл в мире, то в ответ на страницах сайтов на них обрушивается шквал противоречивой информации. В этом амплуа, по мнению авторов различных статей, выступает то вольфрам или хром, то иридий с осмием, то титан с танталом.

Чтобы пробраться через дебри не всегда правильно истолкованных, пусть и точных фактов, стоит обратиться к первоисточнику – системе элементов, содержащихся как в составе , так и в остальных космических объектах, оставленной человечеству великим русским химиком и физиком Д.И. Менделеевым. Он обладал энциклопедическими знаниями, совершил много научных прорывов в знании об устройстве, составе, взаимодействии веществ, помимо знаменитой таблицы на основе открытого им фундаментального периодического закона, названной его именем.

Ближайшие к Солнцу планеты – Меркурий, Венеру, Марс, вместе с нашей планетой, причисляют к одной – земной группе. Основания для этого есть не только у астрономов, физиков и математиков, но и у геологов с химиками. Поводом для таких выводов у последних является в том числе и то, что все они, в основном, состоят из силикатов, т.е. различных производных элемента кремния, а также многочисленных соединений металлов из таблицы Дмитрия Ивановича.

В частности, наша планета большей частью (до 99%) состоит из десяти элементов:

Но человека, кроме необходимого для выживания и развития железа и сплавов на его основе, всегда куда больше привлекали драгоценные, часто уважительно называемые благородными, металлы – золото и серебро, позднее – платина.

С ней в одну, по научной классификации, принятой у химиков, платиновую группу входят рутений, родий, палладий и осмий с иридием. Все они также относятся к благородным металлам. По атомной массе их еще условно разделяют на две подгруппы:

Последние два и представляют особый интерес для нашего околонаучного расследования на тему, кто тут самый твердый. Связано это с тем, что большая, по сравнению с другими элементами, атомная масса: 190,23 — у осмия, 192,22 – у иридия, по законам физики, подразумевает и огромную удельную плотность, а, следовательно, твердость этих металлов.

Если плотные, тяжелые золото и свинец – это мягкие, пластичные вещества, несложные в обработке, то осмий и иридий, открытые в начале XIX века, на поверку оказались хрупкими. Здесь необходимо вспомнить, что мерило этого физического свойства – алмаз, которым можно без особых усилий нанести надпись на любом другом твердом материале природного или искусственного происхождения, также крайне хрупок, т.е. его достаточно несложно разбить. Хотя, на первый взгляд, это кажется практически невозможным.

Кроме того, осмий и палладий обладают еще многими интересными свойствами:

Читайте также:  Таблица плотности металлов (кг/м3): какова плотность чугуна
• Очень высокой тугоплавкостью.
• Не поддаются коррозии, окислению даже при нагревании до высокой температуры.
• Стойки к воздействию концентрированных кислот и других агрессивных соединений.

Поэтому наравне с платиной, в том числе в виде соединений с ней, они используются при производстве катализаторов многих химических процессов, высокоточных приборов, оборудования, инструментов в медицинской, научной, военной, космической отраслях деятельности человечества.

Именно осмий и иридий, а ученые после исследований считают, что это свойство у них примерно одинаково дано природой, являются самыми твердыми металлами в мире.

И все бы хорошо, да не очень-то. Дело в том, что как их наличие в земной коре, так и, соответственно, мировая добыча этих весьма полезных ископаемых ничтожны:

• 10 -11% – это их содержание в твердой оболочке планеты.
• Суммарное количество произведенного чистого металла в год в пределах: 4 т по иридию, 1 т – осмию.
• Цена осмия примерно равна цене золота.

Понятно, что эти редкоземельные, дорогие металлы, невзирая на их твердость, не могут даже ограничено использоваться в качестве сырья для производства; разве что как добавки в сплавы, соединения с другими металлами для придания уникальных свойств.

Рутений

Вторая позиция в нашем списке достается рутению. Открытие этого инертного металла серебристого цвета принадлежит русскому химику Карлу Клаусу, которое было сделано в 1844 году. Этот элемент относится к платиновой группе. Он является редким металлом. Ученым удалось установить, что всего на планете имеется примерно 5 тыс. тонн рутения. В год удается добыть примерно 18 тонн металла.

Рутений

Из-за ограниченного количества и высокой стоимости рутений редко применяется в промышленности. Его используют в следующих случаях:

• его небольшое количество добавляют в титан, чтобы улучшить коррозийные свойства;
• из его сплава с платиной делают электрические контакты, отличающиеся высокой стойкостью;
• рутений часто используют в качестве катализатора для химических реакций.

Сплавы самых прочных металлов

Добавление в металл определенных легирующих элементов на моменте плавки и литья повышает механические и физические характеристики материала. Одна из технологий получения сплава основывается на спекании порошков кобальта и карбидов металла. По сути, сплавы — это аналоги металлов, но с видоизмененными характеристиками прочности и твердости, что определяется размерами карбидных зерен в структуре, а также наличием определенных легирующих добавок.

Самые прочные сплавы— вольфрамовые. Они тугоплавкие, способны выдерживать колоссальные нагрузку и критично высокие температуры. Плавиться вольфрамовые сплавы начинают при температуре 2780 градусов, а при механической обработке режущая кромка свободно выдерживает до 800 градусов. Для создания таких сплавов используют в определенных пропорциях кобальт и карбид металлов. Есть и сплавы, созданные на основе карбидов и карбонитов титана. Особенно перспективными для металлургии являются сплавы на основе ванадиевой стали, предел прочности которых достигает 5205 МПа. Самый прочный в мире, который известен на сегодня, сплав состоит из титана с золотом β-Ti3Au.

Отдельно можно отметить стальные сплавы, которые состоят из железа и других элементов, например, углерода. Хотя само по себе железо не входит в топ самых прочных металлов, но в составе сплава показывает отличные характеристики прочности.

Тантал

Открытому в 1802 гуду металлу, названному танталом, достается третье место в нашем списке. Его обнаружил шведский химик А. Г. Экеберг. Долгое время считалось, что тантал тождественен ниобию. Но немецкому химику Генриху Розе удалось доказать, что это два разных элемента. Выделить тантал в чистом виде смог ученый Вернер Болтон из Германии в 1922 году. Это очень редкий металл. Больше всего залежей танталовой руды было обнаружено в Западной Австралии.

Тантал

Благодаря своим уникальным свойствам, тантал является очень востребованным металлом. Он применяется в различных сферах:

• в медицине из тантала изготавливают проволоку и другие элементы, которые могут скреплять ткани и даже выступать заменителем кости;
• сплавы с этим металлом устойчивы к агрессивной среде, благодаря чему они используются при изготовлении авиакосмической техники и электроники;
• тантал также применяют для создания энергии в атомных реакторах;
• элемент широко применяется в химической промышленности.

ТОП-10 самых крепких металлов в мире

Оговоренные выше 8 показателей не являются единственно верной формулой просчета крепости металлов. Существует 10+ вспомогательных параметров, которые также реально включить в комплекс, но существенных изменений в наш топ прочности они не привнесут.
Ниже мы проанализируем, какой металл самый крепкий, а также рассмотрим 10 наиболее прочных металлов в чистом виде, найденных в мире. Начнем от самого «слабенького» и доберёмся до лидера прочности в конце статьи. Параллельно обозначим особенности каждого из веществ + расскажем в каких областях те применяются порядком на 2020 год.

1) Тантал

В таблице Менделеева именуется как «Та». Внешне – это серебряный + белый оттенок и плотная оксидная плёнка. Открытие металла произошло В 1802 году Экебергом, но в чистом виде вещество смогли получить только спустя 42 года, и сделал это немец Розе. В отношении промышленности, первые шаги в данном направлении были сделаны вообще в 1922 году, а его активное распространение началось в период второй мировой.

Область применения тантала:

• при создании сплавов с высоким сопротивлением к коррозии и жару;
• лабораторная посуда и устойчивая к коррозии тех аппаратура в химической промышленности;
• оборудование для теплообмена для систем ядерной энергетики;
• хирургические расходники. Проволоку из тантала используют для сшивания нервных тканей;
• как составляющий элемент криотронов;
• как декоративный элемент для украшений.

Тантал относят к металлам с низким уровнем распространения в природе. Если брать в качестве точки отсчета земную поверхность, его долевое вхождение в кору земли менее двух миллионных процента – это сказывается и стоимости чистого металла. За один грамм тантала на рынке просят от 250 долларов. Основные физические свойства металла – высокая температура плавления (3000+ градусов) и пластичность (как у золота), хотя по твёрдости у материала конкурентов очень мало.

2) Бериллий

Химический элемент впервые открыт в 1798 году французом Вокленом. Средний показатель по объемам в земной коре – от 4 грамм на одну тонну. Если речь идет о щелочных породах, то его содержание повышается до 70 грамм на тонну. Основными месторождениями бериллия являются территории вблизи вулканов, где тот замещает в магматических породах такой материал, как кремний.

Свойства бериллия:

• твёрдость по Моосу в 5.5 балла;
• высокая хрупкость;
• большой модуль упругости;
• при контакте с воздухом покрывается оксидной пленкой;
• рекордсмен по звукопроводимости – от 12 500 метров в секунду;
• низкая реакционная способность.

В 2021 году основными поставщиками бериллия является Америка, Китай и Казахстан. Суммарный показатель добычи всех остальных стран по бериллию менее 1%. Среднегодовой объем добычи металла составляет всего 400 000 килограмм. В России планируется запустить комбинат по добыче данного металла, в том числе, но пока завод находится на стадии разработки, и не факт, что он будет запущен вообще.

Металл хорошо себя зарекомендовал в рентгенотехнике, ядерной энергетике, акустике и даже при разработке аэрокосмической технике. Благодаря высокой проводимости тепла в связке с его прочностью, материал часто используют для изготовления лабораторных тиглей и прочих специализированных компонентов, где требуются перечисленные свойства металла.

Назначение и способы напыления металла

3) Уран

Уран относят к семейству актиноидов и является слабо реактивным элементом периодической системы Менделеева. Впервые об уране начали говорить всерьёз в 1789 году. В 1840 удалось выделить первый образец чистого вещества, а в 1896 был открыт всем печально известный радиоактивный распад, который послужил дальнейшему применению металла в оружейной сфере.
Физические свойства урана:

• тяжелый;
• поверхность глянцевая с серебристо-белым оттенком;
• в чистом виде имеет меньшую прочность нежели сталь, что делает его более гибким;
• небольшие парамагнитные свойства;
• температура плавления от 1 100 градусов.

В химических свойствах мы здесь разбираться не будем, ибо для понимания происходящего придется углубляться в недра атомной энергетики. Только отметим, что основная сфера использования урана в промышленности – это производство ядерного топлива. Изотопы урана могут применяться для синтеза в промышленной медицине, а геологическая ценность – выявление возраста минералов или горных пород.

Отмеченные на карте страны сосредотачивают в себе 94% всей добычи урана для промышленных целей. Если по странам, то лидирующие позиции по объемам находятся у Казахстана, Австралии и Канады, а Россия занимает твердое 4-е место.

4) Железо/сталь

Само по себе железо не имеет высокого запаса прочности, но в комбинации с другими металлами, можно получить невероятно прочные соединения. Именно потому мы дописали в оглавлении «/сталь». Известность железа «Fe» пришла к нам еще с древних времен. Металл одним из первых начали использовать в быту древние греки, а это 4 тысячи лет до нашей эры. По содержанию в земной коре, железо является одним из самых распространенных элементов таблицы – 5% в коре, до 12% в мантии и до 90% в ядре.

Свойства железа:

• сам по себе пластичен, но сталь может корректироваться в отношении хрупкости у уровня прочности;
• ярко выраженные магнитные свойства;
• полиморфизм, обусловленный 4мя кристаллическими модификациями;
• плавиться металл начинает при 1 500+ градусах, а закипает при 2 850+.

По последним исследованиям американцев, мировые запасы железа составляют почти 180 миллиардов тонн. Крупные месторождения имеются в Бразилии, Австралии, Швеции, Индии, Польше, Украине. На территории России железо копают в Курске. О применении железа можно писать диссертацию. Его доля в рамках всей промышленности составляет 95%. Элемент важен не только в производстве, но и для организма человека – является катализатором для процесса дыхания.

Суть технологии отжига стали, виды и назначение

5) Титан

Титан одновременно открыли 2 ученых – англичанин Грегор и немец Клапрот в 1791 году. Впервые в чистом виде металл был получен в 1825 году. Сделал это швед Берцелиус. Промышленное применение металла началось только после 1940 года, когда вышел патент на его восстановление из тетрахлорида.

По распространенности, элемент замыкает 10-ку. В земной коре содержание титана находится на уровне 0.5%. Крупные месторождения титана — это ЮАР, Россия, Украина, Канада и США, но «по мелочи», металл добывают в большинстве развитых стран.

Область применения титана:

• важный элемент сплавов в авиа –, судо- и ракетостроении;
• как материал для реакторов, трубопроводов и насосов в химии;
• броня жилетов и обшивка подлодок – титан;
• благодаря физиологической инертности металла, титан широко применяется в медицине, при разработке различных протезов и имплантатов;
• как добавка в легированных сталях.

Средняя стоимость 1 килограмма титана начинается с 6 долларов. Чем чище металл, тем дороже он обойдется. По физическим свойствам – это серебристо-белый металл с температурой плавления в 1 700 градусов. При температурах ниже 70, повышается хрупкость металла. Весьма пластичен, а его прочность сильно зависима от предварительной обработки. По Виккерсу показатель твердости достигает 800 МПа.

6) Рений

Название металла обусловлено местом его первой добычи – река Рейн в Германии. Элемент относится к списку таковых, что были предсказаны Менделеевым. Официальное открытие рения в чистом виде датировано 1928 годом, а переход на промышленную добычу произошел после 1930 года. Установка добывала порядка 130 килограмм металла за год, и оговоренного объема вполне хватало, чтобы закрыть мировую потребность в данном металле.

Свойства рения:

• крайне высокая плотность – 21 грамм на сантиметр кубический;
• расплавить рений можно только при температурах выше 3 200 Цельсия;
• точка кипения – 5 600+ градусов, что дает возможность металлу занять твердое 2 место в рейтинге термоустойчивости;
• относится к тугоплавким металлам;
• при комнатной температуре обладает хорошей пластичностью;
• способен выдерживать многократный цикл нагрева-охлаждения без потери прочности.

По распространению, рений является одним из редчайших металлов на земле. Его массовая доля составляет 7*10 в минус 8 степени на всю массу земной коры. Главный источник извлечения металла – молибденовая руда. К слову, в России имеется одно из крупнейших месторождений данного металла с запасами в почти 20 тонн. Однако рений здесь также не чистый, а как составляющая минерала ринита. Цена одного килограмма рения от 1000 до 10 000 долларов. Металл используется в нефтеперерабатывающей промышленности, электротехнике/электронике и как элемент в сплавах в ракетостроении.

7) Хром

Нет, это не браузер, а химический элемент из металлов. Шкала Мооса присуждает хрому место в пятерке лучших. Он уступает только бору, вольфраму и конечно же алмазу. Первое упоминание более-менее чистого вещества упоминается в 1797 году, когда француз Воклен смог получить карбид хрома. Одно из важнейших применений хрома в промышленности – хромирование деталей посредством электролитического покрытия.

Физические свойства хрома:

• металл с голубоватым оттенком и решеткой кубического объёмоцентрированного типа;
• при температурах ниже 37 градусов, хром становится антиферромагнетиком, а выше – становится парамагнитным веществом;
• по Моосу твердость хрома оценивается в 8.5 баллов из 10;
• хром высокой чистоты подвержен механической обработке довольно неплохо;
• не реагирует с азотными и серными кислотами;
• при сгорании на температуре 2000+ градусов, образуется зеленоватый порошок – оксид хрома.

Редким в природе хром назвать нельзя. Металл составляет порядка 3 сотых от массы земной коры. В чистом виде он не встречается. Основными соединениями в природе является хромит и крокоит. Крупнейшее месторождение хрома расположено в ЮАР. Далее идет Казахстан и Россия. Базовые месторождения хрома по территории РФ расположены в рамках Урала. Базовое применение хрома – это добавка в легированные стали. Порошок способен в 2-3 раза повысить прочность сплава и добавить материалу антикоррозийные свойства. Именно потому хромирование гальванических покрытий в РФ так популярно.

Иридий

Что нужно знать рецензентам России в первую очередь – металл ставят в один ряд с драгоценными, а потому, его незаконное хранение, приобретение и сбыт в рамках РФ уголовно наказуемый проступок. Открытие металла произошло в 1803 году. Сделал это англичанин-химик Теннант. Происхождение самого названия от греческого, в переводе символизирующее радугу. Называть металл так стали из-за разноцветных солей, которые получались в осадке при реакциях с иридием.

Какими свойствами обладает иридий:

• из-за высокого показателя твердости, механической обработке почти не поддается;
• температура плавления металл составляет от 2 500+, а точка кипения достигается при температуре в 4 450+;
• одна из лучших коррозийных устойчивостей;
• сохраняет инертность на воздухе и при нагревании.

Особой значимости иридий в промышленности не имеет. Свечи зажигания, основа электродов и прочие мелочи применимы с иридием, но из-за его высокой стоимости, от 50 долларов за грамм, массовое производство оговорённых деталей низкорентабельно.

9) Осмий

Металл открыт англичанином Теннантом в 1803 году. Его получили как осадок от растворения платины в царской водке. По своему внешнему виду, осмий является серо-голубым металлом высокой прочности. Высокая удельная масса + сохранении блеска даже при влиянии высоких температур в совокупности с оттенком голубого, делают химический элемент привлекательным внешне. Массовая доля осмия в природе — 5•10 в −6 степени % по массе.

Где можно найти осмий:

• растворы с иридием;
• полиметаллические руды;
• минералы платины;
• в переработках от золотосодержащих руд.

Главные точки добычи осмия сосредоточены в Сибири и Урале, если мы говорим о РФ. Немалый объем металла добывается также США, Колумбией, Канадой и некоторыми странами в Южной Африке.

Распространённость осмия в земной коре – 7 тысячных грамма на тонну, а его получение происходит через обогащение сырья от платиновых металлов через прокаливание при температурном режиме от 800 Цельсия. Тугоплавкость металла позволяет его использовать в узлах трения, а благодаря близким свойствам к драгоценным металлам, элемент используют для украшений.

Обзорное видео по самому крепкому металлу на земном шаре:

10) Вольфрам

История вольфрама туманная. Его вывели еще в 1750 годах, но официальное признание произошло только после 1780, когда за исследование элемента всерьез взялись испанские химики-братья Элюар. В природе металл распространяется в нечистом виде (преимущественно окисленные сложные соединения), а как кларк в отношении 1.3 грамма на тонну земной массы. Крупнейшими месторождениями вольфрама являются Казахстан, Китай, США и Канада. Россия также имеет пару точек поставок. Годовой объем добычи самого крепкого металла в мире – до 50 000 тонн. Для обработки вольфрама приходится использовать метод порошковой металлургии. Проблема в прочности металла.

Химические/физические свойства вольфрама:

• плотность составляет 19.3 грамма на сантиметр кубический;
• самый термостойкий металл в мире. Плавиться начинает после достижения температуры в 2 450 градусов Цельсия. Точка кипения – 5 600 градусов (только вдумайтесь!);
• имеет парамагнитные свойства;
• твердость по Бринеллю 488 килограмм на миллиметр квадратный;
• хорошо проводит звук – от 4300 метров в секунду.

Ключевая область вольфрама – основа тугоплавких металлов в металлургии. Посмотрите на нить накаливания лампочки – она состоит из сплава с вольфрамом. Вакуумные трубки, электроды, прочие нагревательные элементы, где нужно выдерживать высокие температуры, представить без вольфрама нереально.

Таким образом, элемент не только самый крепкий метал в мире, но и один из незаменимых компонентов повседневной жизни и промышленности.

Хром

Одним из самых твердых металлов является и хром. Его открыли в России в 1763 году в месторождении Северного Урала. Он имеет голубовато-белый цвет, хотя бывают случаи, что его считают черным металлом. Хром нельзя назвать редким металлом. Его залежами богаты следующие страны:

• Казахстан;
• Россия;
• Мадагаскар;
• Зимбабве.

Хром

Месторождения хрома есть и в других государствах. Этот металл широко применяется в различных отраслях металлургии, науки, машиностроения и других.

О металлах в природе

В русский язык слово «металл» пришло из немецкого. С XVI века оно встречается в книгах, правда, достаточно редко. В дальнейшем, в эпоху Петра I, его стали употреблять более часто, причем, тогда слово имело обобщающее значение «руда, минерал, металл». И только в период деятельности М.В. Ломоносова эти понятия были разграничены.

В природе металлы встречаются в чистом виде достаточно редко. В основном, они входят в состав различных руд, а также образуют всевозможные соединения, такие как сульфиды, оксиды, карбонаты и другие. Для того чтобы получить чистые металлы, а это очень важно для их применения в дальнейшем, нужно их выделить, а затем очистить. При необходимости, металлы легируют — добавляют специальные примеси, с целью изменения их свойств. В настоящее время есть разделение на руды черных металлов, которые включают в свой состав железо, и цветных. К драгоценным или благородным металлам относят золото, платину и серебро.

Металлы есть даже в организме человека. Кальций, натрий, магний, медь, железо — вот перечень этих веществ, которые содержатся в наибольшем количестве.

Бериллий

Пятая позиция в списке наиболее твердых металлов досталась бериллию. Его открытие принадлежит химику Луи Никола Воклену из Франции, которое было сделано в 1798 году. Этот металл имеет серебристо-белый цвет. Несмотря на свою твердость, бериллий является хрупким материалом, что сильно усложняет его обработку. Его применяют для создания высококачественных громкоговорителей. Он применяется для создания реактивного топлива, огнеупорных материалов. Металл широко используется при создании аэрокосмической техники и лазерных установок. Он также применяется в атомной энергетике и при изготовлении рентгенотехники.

Бериллий

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.

7

Осмий

В список твердейших металлов также входит осмий. Он является элементом, входящим в платиновую группу, и по своим свойствам схож с иридием. Этот тугоплавкий металл устойчив к воздействиям агрессивной среды, имеют большую плотность, и плохо поддается обработке. Открыл его ученый Смитсон Теннант из Англии в 1803 году. Этот металл широко применяется в медицине. Из него изготовлены элементы электрокардиостимуляторов, он также применяется при создании клапана легочного ствола. Он широко применяется также в химической промышленности и в военных целях.

Осмий

Твердые металлы с наибольшей плотностью

Одними из самых твердых металлов, так же, являются осмий и иридий. Это вещества из платиновой группы, у них самая высокая, почти одинаковая, плотность.
Иридий открыли в 1803 году. Обнаружил металл химик из Англии Смитсон Теннат, во время исследования природной платины из Южной Америки. Кстати, с древнегреческого «иридий» переводится как «радуга».

Самый твердый металл добыть довольно сложно, поскольку в природе его почти нет. И часто металл находят в метеоритах, которые упали на землю. По словам ученых, на нашей планете содержание иридия должно быть намного больше. Но из-за свойств металла – сидерофильности – он находится на самой глубине земных недр.

Иридий довольно сложно обработать и термическим, и химическим способом. Металл не вступает в реакцию с кислотами, даже сочетаниями кислот при температуре меньше 100 градусов. При этом, вещество подвержено процессам окисления в царской водке (это смесь соляной и азотной кислот).

Интерес, как к источнику электрической энергии, представляет изотоп иридия 193 m 2. Поскольку период полураспада металла составляет 241 год. Нашел широкое применение иридий в палеонтологии и промышленности. Его используют при изготовлении перьев для ручек и определение возраста разных слоев земли.

А вот осмий открыли на год позже, чем иридий. Этот твердый металл нашли в химическом составе осадка платины, которая была растворена в царской водке. И название «осмий» получилось из древнегреческого слова «запах». Металл не подвержен механическому воздействию. При этом, один литр осмия в разы тяжелее, чем десять литров воды. Впрочем, это свойство пока осталось без применения.

Осмий добывают на американских и российских рудниках. Богато его месторождение и в ЮАР. Довольно часто металл находят в железных метеоритах. Для специалистов представляет интерес осмий-187, который экспортируется только из Казахстана. С его помощью определяют возраст метеоритов. Стоит отметить, что всего один грамм изотопа стоит 10 тысяч долларов.

Ну а используют осмий в промышленности. И не в чистом виде, а в виде твердого сплава с вольфрамом. Производят из вещества лампы накаливания. Осмий является катализатором при изготовлении нашатырного спирта. Редко из металла изготавливают режущие части для нужд хирургии.

Рений

Переходному серебристому металлу рению достается седьмая позиция в нашем списке. Предположение о существовании этого элемента были сделаны Д. И. Менделеевым в 1871 году, а открыть его удалось химикам из Германии в 1925 году. Уже через 5 лет после этого удалось наладить добычу этого редкого, прочного и тугоплавкого металла. На то время за год удавалось получить 120 кг рения. Сейчас количество ежегодной добычи металла увеличилось до 40 тонн. Он применяется для производства катализаторов. Из него также изготавливают электрические контакты, способные самоочищаться.

Рений

Самый твердый металл из чистых

Самый твердый из чистейших металлов на планете – хром. Он отлично поддается механической обработке. Металл голубовато-белого цвета обнаружили в 1766 году в окрестностях Екатеринбурга. Минерал тогда получил название «сибирский красный свинец». Его современное название – крокоит. Через несколько лет после открытия, а именно, в 1797 году, французский химик Воклен выделил из металла новый металл, уже тугоплавкий. Специалисты сегодня полагают, что полученное вещество – карбид хрома.
Название этого элемента образовано от греческого «цвет», ведь сам металл славится разнообразием окраски своих соединений. Хром довольно просто встретить в природе, он распространенный. Найти металл можно в ЮАР, которая по добыче занимает первое место, а так же в Казахстане, Зимбабве, России и Мадагаскаре. Присутствуют месторождения в Турции, Армении, Индии, Бразилии и на Филиппинах. Специалисты особенно ценят некоторые соединения хрома – это хромистый железняк и крокоит.

Вольфрам

Серебристо-серый вольфрам является не только одним из наиболее твердых металлов, он также лидирует по тугоплавкости. Его удается расплавить только при температуре в 3422 оС. Благодаря такому свойству он используется для создания элементов накаливания. Сплавы из этого элемента обладают высокой прочностью и часто применяются в военных целях. Вольфрам также используется для производства хирургических инструментов. Из него также изготавливают контейнеров, в которых хранят радиоактивные материалы.

Вольфрам

Как производят металлы?

Металлосодержащие руды считаются источником этих самых необходимых для всего современного человечества веществ. Чтобы выяснить их точное расположение, используют определенные методы поиска, которые построены на разведке и изучении месторождений. Металлы получают следующим образом:

1. Производится разработка рудных месторождений открытым способом или карьерным, а также подземным или шахтным. Возможны комбинированные способы.
2. Обогащение руд — выделение из сырья полезных компонентов, так называемых рудных концентратов.
3. Извлечение металлов из обогащенных руд путем химического или электролитического восстановления с использованием высоких температур или водной химии.
4. Чаще всего металлы выплавляют, нагревают до очень высоких температур руду и восстановитель. Для железа обычно применяют углерод.

В зависимости от дальнейшего применения, металлы подразделяют на группы:

1. Конструкционные материалы. Используют как сами металлы, так и их значительно улучшенные по свойствам сплавы. В данном случае ценят прочность, непроницаемость для жидкостей и газов, однородность.
2. Материалы для инструментов, чаще всего имеется в виду рабочая часть. Для этого подходят инструментальные стали и твердые сплавы.
3. Электротехнические материалы. Такие металлы используют как хорошие проводники электричества. Самые распространенные из них — это медь и алюминий. А также применяют как материалы, имеющие высокое сопротивление, — нихром и другие.

Уран

Одним из наиболее твердых металлов является уран. Его открыл в 1840 году химик Пелиго. Большой вклад в изучение свойств этого металла сделал Д. И. Менделеев. Радиоактивные свойства урана были выявлены ученым А. А. Беккерелем в 1896 году. Тогда химик из Франции выявленные излучения металла назвал лучами Беккереля. Уран часто встречается в природе. Странами, имеющими наибольшие месторождения урановой руды, являются Австралия, Казахстан и Россия.

Уран

Медь

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.

4

Титан

Заключительное место в десятке твердейших металлов достается титану. Впервые этот элемент в чистом виде удалось получить химику Й. Я. Берцелиусу из Швеции в 1825 году. Титан является легким металлом серебристо-белого цвета, который отличается высокой прочностью и устойчивостью к коррозии и механическим воздействиям. Сплавы из титана применяются во многих отраслях машиностроения, медицины и химической промышленности.

Титан

Физико-химические параметры титана

Полностью без примесей данный элемент первый раз выведен в Швеции в 1825 году. Это сделал химик с известной фамилией Берцелиус. Титан — это металл небольшого веса серебристо-белого оттенка. У него малая молекулярная масса. Она равна всего 22. Данный элемент отличается следующими характеристиками:

1. Плотность — пока материал находится в твердом состоянии до достижения точки кипения 4,51 г/куб. см. В виде жидкости плотность имеет другое значение — 4.12 г/куб.см
2. Параметры плавления — 1668°С.
3. Параметры кипения — 3227°С.
4. Упругость у титана небольшая, что считается его существенным недостатком.
5. Твердость по шкале НВ имеет показатель 103. Он может меняться в зависимости от наличия примесей в веществе и достигать более высоких показателей.
6. В стандартных условиях рассматриваемый металл практически не ржавеет, что является его неоспоримым преимуществом.
7. По биологическим показателям это совсем инертный материал, поэтому активно используется в медицине. Инертность может уменьшаться при повышении температуры. Например, при +200°С металл успешно поглощает водород и изменяет все свои характеристики.
8. Мало и тяжело проводит ток.

Если брать за образец шкалу МООСА, то по твердости титан имеет оценку 4.5. Это указывает на то, что это не самый твердый металл. Но из имеющихся твердых он используется чаще всего.

Применение титана

Данное вещество получило очень широкое применение практически во всех областях промышленности. На данный момент титан с успехом используется:

1. Авиационная промышленность — многие детали самолета подвергаются воздействию высоких температур и сильных деформирующих сил. Именно поэтому части шасси, заклепки, различные силовые элементы корпуса делают из титана.
2. Космическая техника. Также производят многие детали космических кораблей, особенно их обшивки.
3. Кораблестроение.
4. Нефтегазовая промышленность. Здесь титан используется для изготовления бурящих труб, насосов с высоким давлением.
5. Строительство. Здесь твердый металл нужен для разных видов обшивки зданий, кровля, памятники.
6. Медицина — многие видов протезов, а также инструменты.
7. Спорт — инвентарь, детали для велосипедов, турники, спортивные принадлежности.
8. Производство химических веществ. Материал просто не заменим в тех случаях, когда нужно прочное вещество, которое не будет реагировать с кислотами. Поэтому в химической промышленности из титана делают самые разные обменники, конструкции и трубы.

При всей своей твердости материал по весу отличается легкостью. Поэтому столь широко применение данного вещества во всех областях промышленности. Он в течение долгого времени не изнашивается, не деформируется.

См.также: Все о самых дорогих в мире

Почему графен – материал будущего?

Графен – самый тонкий и прочный материал, известный человеку.

Графен – самый прочный материал, известный человеку. Будучи прозрачным, графен состоит из однослойного атома углерода, расположенного в треугольной решетке и является основным структурным элементом древесного угля, графита и углеродных нанотрубок. По своей прочности графен в 200 раз превосходит сталь. Многообразие химических и физических свойств этого самого прочного материала на Земле обусловлено кристаллической структурой и химической связью атомов углерода, которые и составляют графен. Используют этот поражающий воображение материал в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Конечно графен – не вибраниум, однако вполне способен составить ему конкуренцию, учитывая, что в будущем с помощью графена ученые наверняка совершат огромное количество самых разных открытий. Так, с помощью этого сверхпрочного и тонкого материала ученые смогут восстанавливать сломанные кости и даже предотвращать переломы.