Большинство самых тяжелых металлов редкие и чрезвычайно ценные. Многие достижения современной техники и медицины были бы просто невозможны, если бы их не было.
Большая часть таких металлов не находит широкого бытового применения (в лучшем случае, здесь на ум приходит платина и золото). Поэтому значение многих из них для цивилизации могут оценить лишь специалисты. При этом история открытия некоторых сама по себе интересна.
Представляем вам рейтинг наиболее плотных в мире металлов.
Тантал — 16,67 г/см³
Чрезвычайно тугоплавкий (температура плавления 3017 °C), тантал во многих случаях успешно заменяет платину.
Применяется в ювелирном деле — из него изготавливают корпусы часов, браслеты и другие ювелирные изделия. Этому способствует высокая твердость металла. Кроме того, он дешевле платины, хотя и дороже серебра.
Его соединения заменяют платину и как катализаторы в химической промышленности. В стекловарении добавка в расплав этого металла позволяет получать стёкла, используемые для производства маленьких биноклей и легких очков. И совершенно незаменим тантал в производстве радиоэлектроники.
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
Уран — 19,05 г/см³
От имени этого элемента пошло обозначение планеты Солнечной системы, а не наоборот, как считают многие.
Это очень тяжёлый, гибкий и ковкий металл. Способен самовоспламеняться. Его много как в земной коре, так и в морской воде.
Благодаря урану в конце IXX века случайно открыли невидимые лучи (сегодня явление испускания некоторыми природными веществами невидимых лучей называют радиоактивностью).
Природные окиси урана с древности используют при изготовлении глазури для керамических изделий. В наши дни соединения этого металла применяются также для создания желтой краски.
Видео самых тяжелых металлов
Металлы человечество начало активно использовать еще в 3000-4000 годах до нашей эры. Тогда люди познакомились с самыми распространенными из них, это золото , серебро , медь. Эти металлы было очень легко найти на поверхности земли. Чуть позже они познали химию и начали выделять из них такие виды как олово, свинец и железо. В Средневековье набирали популярность очень ядовитые виды металлов. В обиходе был мышьяк , которым было отравлено больше половины королевского двора во Франции. Так же и , которая помогала вылечить разные болезни тех времен, начиная от ангины и до чумы. Уже до двадцатого столетия было известно более 60 металлов, а вначале XXI века – 90. Прогресс не стоит на месте и ведет человечество вперед. Но встает вопрос, какой металл является тяжелым и превосходит по весу все остальные? И вообще, какие они, эти самые тяжелые металлы в мире?
Многие ошибочно думают, что золото и свинец являются самыми тяжелыми металлами. Почему именно так сложилось? Многие из нас выросли на старых фильмах и видели, как главный герой использует свинцовую пластину для зашиты от злобных пуль. В добавок, и сегодня используют свинцовые пластины в некоторых видах бронежилетов. А при слове золото у многих всплывает картинка с тяжелыми слитками этого металла. Но думать, что они самые тяжелые – ошибочно!
Для определения самого тяжелого металла надо брать во внимание его плотность, ведь чем больше плотность вещества, тем оно тяжелее.
Вольфрам — 19,29 г/см³
Абсолютный чемпион по тугоплавкости. Кипит при температуре 5555 °C (такая же — в фотосфере Солнца).
Слово вольфрам означает «пожирающий олово, как волк овцу». Это наименование появилось не случайно. Вольфрам, находясь среди оловянных руд, мешал выплавке олова.
Используется для создания обручальных колец. Своей прочностью символизирует устойчивость личных отношений. К тому же, отполированный вольфрам ничем не поцарапать.
Применяется в производстве нитей накаливания в различных осветительных приборах.
Золото — 19,29 г/см³
Содержание золота в земле очень низкое, хотя месторождений, богатых им, много. Чуть-чуть золота есть даже в воде — в каждом ее кубометре присутствует не менее пяти микрограммов золота.
При обычных условиях не окисляется и не взаимодействует с большинством кислот, поэтому считается благородным металлом.
Золото легко пропускает тепло и электричество, благодаря чему незаменимо в радиоэлектронике.
Плутоний — 19,80 г/см³
Первый искусственный химический элемент, чье производство почти сразу после открытия началось в промышленных масштабах.
Назван в честь Плутона, который в 2006 году «разжаловали», лишив статуса планеты.
Интерес к плутонию изначально был вызван его военным применением. Высокая плотность и аномально высокая сжимаемость давали возможность изготавливать компактные, мощные и конструктивно простые атомные заряды.
Все изотопы плутония радиоактивны. «Реакторный» изотоп плутония позволяет создавать долгоживущие необслуживаемые (до ста лет эксплуатации) источники энергии.
Как находят величину?
Плотность металлов — это характеристика, которую можно определить двумя принципиально разными способами:
- экспериментальным;
- теоретическим.
Экспериментальные методы бывают следующего вида:
- Непосредственные измерения веса тела и его объема. Последний легко вычислить, если известны геометрические параметры тела, а его форма является идеальной, например, призмой, пирамидой или шаром.
- Гидростатические измерения. В этом случае используются специальные весы, изобретенные еще Галилеем в XVI веке. Принцип их действия достаточно прост: сначала взвешивают тело неизвестной плотности в воздухе, а затем — в жидкости (воде). После этого по простой формуле вычисляют искомую величину.
Что касается теоретического способа определения плотности металлов — это достаточно простой метод, который требует знания типа кристаллической решетки, межатомного расстояния в ней и массы атома. Далее покажем на примере осмия, как этот метод применяют.
Нептуний — 20,47 г/см³
Был получен искусственно из урана посредством ядерных реакций. Интересно, что назван не в честь древнегреческого божества Нептуна, а опосредованно — ввиду практической незаметности в природе в честь планеты Нептун, которая сама получила название в честь божества, но долго не поддавалась наблюдению астрономами.
Это металл самостоятельной ценности не имеет, но в радиохимической промышленности является «ступенькой» от урана к получению следующего важного радиоматериала — плутония.
Осмий и иридий — самые тяжелые металлы в мире
Рассмотрим основных тяжеловесов, которые делят 1 и 2 места. Начнем с иридия и заодно произнесём слова благодарности в адрес английского ученого Смитсона Теннат, который в 1803 году получил этот химический элемент из платины, где присутствовал вместе с осмием в виде примеси. Иридий с древнегреческого можно перевести, как «радуга». Металл имеет белый цвет с серебряным оттенком и его можно назвать ни только тяжеловесным, но и самым прочным. На нашей планете его очень мало и за год его добывают всего до 10000 кг. Известно, что большинство месторождений иридия можно обнаружить на местах падения метеоритов. Некоторые ученые приходят к мысли, что данный металл ранее был широко распространён на нашей планете, однако из-за своего веса, он постоянно выдавливал себя ближе к центру Земли. Иридий сейчас широко востребован в промышленности и используется для получения электрической энергии. Так же его любят использовать палеонтологи, и с помощью иридия определяют возраст многих находок. Вдобавок, данный металл могут использовать для покрытия некоторых поверхностей. Но сделать это сложно.
Далее рассмотрим осмий. Он самый тяжёлый в периодической таблице Менделеева , ну, соответственно, и самый тяжелый в мире металл. Осмий имеет оловянно-белый с синим оттенок и также открыт Смитсоном Теннат одновременно с иридием. Осмий практически невозможно обработать и, в основном, его находят на местах падения метеоритов. Он неприятно пахнет, запах похож на смесь хлора и чеснока. И с древнегреческого переводится, как «запах». Металл довольно тугоплавкий и используется в лампочках и в других приборах с тугоплавкими металлами. За один только грамм этого элемента надо заплатить более 10000 долларов, из этого понятно, что метал очень редкий.
Использование металлов в повседневной жизни началось на заре развития человечества, и первым металлом являлась медь, поскольку является доступной в природе и легко поддается обработке. Недаром археологи при раскопках находят различные изделия и домашнюю утварь из этого металла. В процессе эволюции люди постепенно учились соединять различные металлы, получая все более прочные сплавы, пригодные для изготовления орудий труда, а позже и оружия. В наше время продолжаются эксперименты, благодаря которым можно выявить самые прочные металлы в мире.
Рений — 21,01 г/см³
Назван в честь реки Рейн, по месту открытия.
Очень редок, единственное экономически выгодное месторождение рения расположено в России.
Тугоплавкость, химическая нейтральность и хорошая пластичность позволяют использовать этот металл для создания медицинских инструментов.
Жаростойкие сплавы рения с иными металлами применяются для производства реактивных двигателей. Таким образом, рений имеет важнейшее военно-стратегическое значение.
Электропроводность:
Все металлы хорошо проводят электрический ток, обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля.
Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность. По этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также и натрий. В экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.
Платина — 21,40 г/см³
Название платине придумали конкистадоры. Буквально с испанского оно означает «серебришко». Объясняется такое пренебрежительное именование особой тугоплавкостью металла. Многие годы его не знали как применить, тогда платина стоила вдвое дешевле серебра.
В наши дни ценится гораздо дороже даже золота. Чрезвычайная тугоплавкость, химическая инертность и отличные свойства катализатора химических реакций делают ее незаменимой в промышленности. При этом высокая стоимость и хорошая прочность открывают пути к применению в ювелирном деле.
Осмий: открытие, особенности, применение
Осмий – это тоже самый тяжелый металл в таблице Менделеева. Оловянно-белый с голубым оттенком металл открыл Смитсон Теннат год спустя после обнаружения иридия в платине. Когда платину растворили в «царской водке», то в осадке ученый и обнаружил этот элемент, который является довольно редко используемым и дорогостоящим металлом, но при этом невероятно полезным.
Осмий, как и предыдущий выявленный металл, обработке почти не поддается. Он по большей части содержится в метеоритах, но и на нашей планете можно встретить крупные месторождения (например, они существуют в России, США и ЮАР). Отличительной особенностью осмия является неприятный запах, в котором можно уловить одновременно запах чеснока и хлора. Поэтому с древнегреческого название «осмий» означает «запах».
Как правило, используется осмий для изготовления лампочек накаливания или других приборов, требующих применения тугоплавких материалов. Может применяться в качестве катализатора в процессе изготовления аммиака. Высокая прочность осмия позволяет использовать его для изготовления хирургических инструментов. Чтобы определить настоящий возраст метеорита железной породы, используют изотоп осмия 187. Естественным месторождением осмия может «похвастаться» Казахстан. Но за грамм такого металла, добытого с данного месторождения, покупателю придется выложить не меньше 10000 долларов, а все потому, что металл этот довольно редкий.
Можно отметить, что это какое-то невероятное стечение обстоятельств, что столь тяжелые и редкие металлы встречаются в одном сплаве. А чтобы разлучить эти материалы, сделав их отдельными металлами, которые можно использовать в различных отраслях, придется уделить процессу немало сил и времени.
Невероятные факты
Когда речь заходит о ювелирных украшениях многие из нас грезят об ослепительной жемчужине или о бриллиантах, в зависимости от размера своего бумажника. В большинстве случаев, цепочка или оправа, которые держат саму драгоценность, играют роль второй скрипки.
Однако, существует причина, по которой ваш сосед прячет золотые монеты, а отец запирает семейное серебро в сейф. Золото и серебро являются чрезвычайно ценными материалами из-за их редкости, высокого социально-экономического значения, не реакционной способности, способности противостоять коррозии и окислительным силам. Из года в год, даже из месяца в месяц цены на эти металлы колеблются значительно.
Однако, помимо прочего, эти ценные металлы также используются в промышленных целях. К примеру, металлы платиновой группы используются для установки на лабораторное оборудование, стоматологические материалы и электронику. Драгоценные и ценные металлы также служат средством инвестиций. Важно отметить, что условная единица веса драгоценных металлов представляет собой тройскую унцию в размере 1,1 стандартной унции или 0,031 кг.
Давайте же посмотрим на самые ценные металлы в мире и поймем, что делает их такими особенными.
10. Индий
Если бы у драгоценных металлов была бы личность, то индий, вероятно, был бы плаксивым ребенком. Он очень мягкий (в прямом и переносном смысле), цвета индиго внутри (был назван в честь того, что его спектральная линия именно такого цвета) и издает своего рода «крик» при сгибании.
Индий – это редкий металл, который извлекается из цинковых, свинцовых, железных и медных руд. В своей чистой форме индий – это белый металл, который крайне податлив и очень блестящий. Впервые он широко использовался в ходе Второй мировой войны в качестве подшипников на авиационных двигателях. Индий также используется для создания устойчивых к коррозии зеркал, полупроводников, сплавов и электропроводности в различных устройствах.
В 2009 году средняя цена на индий составляла 500 долларов за килограмм (15 за тройскую унцию), крупнейшими же его производителями считаются Китай, Южная Корея и Япония. С ростом цен на индий все популярней становится его переработка и дальнейшая утилизация.
9. Серебро
Серебро – это один из самых ценных металлов на земле. Этот блестящий белый металл в своей чистой форме является самым лучшим электрическим и термальным проводником, при этом у него самое низкое сопротивление.
Вам, вероятно, известны основные области применения серебра – ювелирные изделия, монеты, фотография, различные схемы, стоматология, батареи. Что касается необычных сфер применения, серебро может использоваться для того, чтобы предотвратить распространение бактерий на поверхности мобильного телефона, убрать неприятный запах из обуви, а также избежать появления плесени на обработанной древесине.
Часто серебро используется в сплавах с медью, золотом и свинцово-цинковыми рудами. Крупнейшими производителями серебра считаются Перу, Китай, Мексика и Чили. Средняя цена на серебро составляет 432 доллара за килограмм (13,40 за тройскую унцию), хотя цены регулярно растут. В связи с большим количеством областей использования, серебро считается одним из самых ценных металлов в мире.
8. Рений
Хотя, возможно, рений не так известен, как золото и платина, серебристый рений – это один из самых плотных металлов, который занимает третье место по высоте точки плавления.
Из-за его подобных свойств, рений, открытый в 1925 году, используется в высокотемпературных газотурбинных двигателях. Этот металл также добавляется в никелевые жароустойчивые сплавы для улучшения сопротивляемости высоким температурам. Другие области применения – термопар, электроматериалы и т.д.
Рений – побочный продукт молибдена, который, по существу, является побочным продуктом добычи меди. Чили, Казахстан и США возглавляют список стран, добывающих этот ценный металл. Цены на него значительно варьируются, чего только стоит последний скачок с 2419 долларов за килограмм до 4548 долларов.
7. Палладий
В 1803 году Уильям Хайд Волластон (William Hyde Wollaston) нашел способ отделения палладия от окружающих его платиновых руд. Этот серовато-белый драгоценный металл ценится за свою редкость, пластичность, устойчивость к высоким температурам, а также из-за способности поглощать большое количество водорода при комнатной температуре.
Палладий, названный в честь греческой богини Паллады, является одним из членов группы драгоценных металлов. Его ценные свойства пользуются высоким спросом, поэтому он используется в различных отраслях промышленности: производители автомобилей полагаются на него при изготовлении каталитических нейтрализаторов, которые регулируют уровень выбросов; ювелиры используют его для создания сплавов белого золота; производители электроники обрабатывают им покрытия своих устройств, поскольку палладий обладает хорошими проводящими функциями.
Хотя за последнее время цены на палладий подскочили, однако, средняя цена составляет 8483 доллара за килограмм (263 за тройскую унцию). Почти половина палладия изготавливается в России, далее следуют Южная Африка, США, Канада и другие страны.
6. Осмий
Осмий один из самых плотных элементов на земле, он голубовато-серебристого цвета и был открыт в 1803 году Смитсоном Теннантом (Smithson Tennant). Он также обнаружил и иридий (№5 в нашем списке). До настоящего времени не разрешен спор о том, какой из этих металлов более тяжелый (осмий или иридий).
Редко встречаемый осмий, как правило, находят в рудах других металлов платиновой группы, добывается он в некоторых регионах России, Северной и Южной Америки. Цена на него в среднем составляет 12700 долларов за килограмм.
Этот очень твердый металл имеет крайне высокую температуру плавления, поэтому обращаться с ним не так-то легко. По большей части осмий используется для упрочнения сплавов из платины в электрических контактах, волокнах и в других целях. Стоит отметить, что существуют опасности, связанные с обработкой осмия, поскольку он выделяет токсичные оксиды, которые могут спровоцировать появление раздражения на коже и повредить глаза.
5. Иридий
Этот металл, безусловно, является самым экстремальным членом платиновой группы. Он белого цвета, обладает удивительно высокой температурой плавления, является одним из самых плотных элементов и самым устойчивым к коррозии металлом. Вода, воздух, кислоты не имеют никакого реального воздействия на иридий.
Из-за подобных его свойств, он крайне сложно добывается и еще сложнее обрабатывается. Большую его часть поставляет Южная Африка, добывается он из платиновых руд и выступает в качестве побочного продукта добычи никеля. Средняя его цена за килограмм – 13548 долларов. Его уникальные черты позволяют этому твердому металлу вносить свой вклад в достижения в области медицины, электроники, автомобилестроения. Даже ювелиры пытаются использовать иридий в некоторых своих эксклюзивных творениях.
4. Рутений
Рутений, яркий серый металл, был открыт в 1844 году русским ученым Карлом Карловичем Клаусом. Этот член платиновой группы сохраняет многие характеристики своих «коллег», в том числе твердость, редкость и устойчивость к воздействию внешних элементов. При этом, плавится рутений при температуре 800 градусов Цельсия.
Рутений находится в аналогичных рудах платиновой группы в регионах России, Северной и Южной Америки, Канады. Цены на этот металл варьируются, в среднем он стоит 13548 долларов за килограмм (420 за тройскую унцию).
После сложного процесса химической обработки, металл может быть выделен и использован в различных целях. Его добавляют в сплав платины и палладия в целях повышения твердости (в ювелирных украшениях) и для лучшего сопротивления (с агрессивными компонентами, особенно с титаном). Рутений также стал весьма популярным в области электроники, как способ повышения эффективности электрических контактов.
3. Золото
Золото всегда было заветным товаром, оно заманивало всех – от египтян, которые украшали им древние гробы до золотоискателей 19 века, которые обследовали каждый кусочек побережья Калифорнии в поисках самородков.
Из-за его всеобщей желательности, прочности и пластичности, золото остается одним из самых популярных металлов, в том числе и для инвестиций. Средняя цена на золото в 2009 году составляла 30645 долларов за килограмм (950 за унцию), однако всего за год цена подскочила до 40290 долларов.
Крупнейшие шахты по добыче золота расположены в Южной Африке, США, Австралии и Китае. Обычно золото отделяется от окружающих его пород и минералов при помощи панорамирования, после чего оно становится готовым к различным химическим реакциям и плавке.
Помимо использования в ювелирных изделиях, его также применяют и в промышленности. Благодаря его проводимости, оно часто становится частью различных электроприборов, а его отражающая поверхность позволяет использовать его в защищающих от излучения щитах и для производства офисных окон.
2. Платина
Средняя цена на этот ослепительный серебристый металл составляет 38290 долларов за килограмм. Добываемая в большей степени в Южной Африке, России и Канаде, платина сделала себе имя благодаря своей гибкости, плотности и неагрессивным свойствам. Кроме того, как и палладий, платина может поглощать большое количество водорода.
Этот ценный металл стал широко применяться в ювелирной промышленности за его блестящий вид и хорошее сопротивление. Также платина используется в таких областях, как стоматология, аэронавтика и в производстве оружия.
1. Родий
Родий является одним из ценнейших металлов в мире. Этот блестящий, серебристого цвета металл обладает замечательными отражательными свойствами, именно поэтому его используют в производстве фар, зеркал и в финальной обработке ювелирных изделий.
Кроме того, родий очень ценен в автомобильной промышленности. Однако, за свою высокую температуру плавления, способность противостоять коррозии родий является важным элементом и в других отраслях промышленности. Этот чрезвычайно редкий и ценный металл добывается только в некоторых регионах. Около 60 процентов родия поставляет Южная Африка, далее следует Россия. Хотя на протяжении многих лет цена на этот металл снижается, он по-прежнему остается самым дорогим из существующих в настоящее время ценных металлов – средняя его цена составляет 46516 долларов за килограмм.
В настоящее время уже известно 126 химических элементов. Но самыми тяжелыми среди них принято считать Осмий (Os) и Иридий (Ir). Оба эти элемента являются переходными металлами и принадлежат к группе платины. Их порядковые номера в Периодической системе И.П. Менделеева 76 и 77 соответственно. Являясь очень твердыми, оба металла по плотности можно сравнить между собой. Это обусловлено тем, что значения плотности были выведены чисто теоретически (22,562 г/см³ (Ir) и 22,587 г/см³ (Os)). А при подобных вычислениях всегда существует погрешность (± 0,009 г/см³ для обоих расчетов).
История открытия
Открытие этих элементов связано с именем английского ученого С. Теннанта. В 1803г. он изучал свойства платины. И при проведении реакции этого металла на смесь кислот («царскую водку») был выделен нерастворимый осадок, состоявший из примесей. Изучая эту субстанцию, С. Теннант и выделил новые элементы, названные им «иридий» и «осмий». Название «иридий» («радуга») элемент получил за то, что у его солей встречались разнообразные расцветки. А «осмий» («запах») был так назван благодаря резкому, близкому к озону, запаху оксида осмия OsO4.
Свойства
Как осмий, так и иридий практически не поддаются обработке. Имеют очень высокую температуру плавления. В компактной форме они не вступают в реакции с активными средами, такими как кислоты, щелочи или смеси кислот. Эти свойства наблюдаются у осмия при температурах до 100°C, а у иридия – до 400°C.
Распространение
Наиболее часто добываемая форма этих элементов — осмистый иридий. Этот сплав в основном встречается в местах разработки природной платины и золота. Еще одним местом, где часто находят иридий и осмий, являются железные метеориты. Осмий без иридия в природе практически не встречается. Тогда как иридий находят в сочетаниях с другими металлами. Например, в соединениях с рутением или родием. Однако при этом иридий остается одним из самых нераспространенных химических элементов на нашей планете. Его промышленная добыча в мире не превышает 3 тонн в год. На данный момент регионы, являющиеся основными источниками добычи иридия и осмия считаются Калифорния, Аляска (США), Сибирь (Россия), Бушвельд (ЮАР), Австралия, Новая Гвинея, Канада.
