Най-здравото желязо. Най-твърдите метали в света

Време за четене: 5 минути.

Металите придружават човечеството почти цялата му съзнателен живот. Започна, разбира се, с мед, тъй като тя е най-ковкият материал и достъпен в природата.

Еволюцията помогна на хората да се развият значително в техническо отношение и с течение на времето те започнаха да изобретяват сплави, които ставаха все по-здрави и по-здрави. В наше време експериментите продължават и всяка година се появяват нови здрави сплави. Нека разгледаме най-добрите от тях.

титан

Титанът е материал с висока якост, който се използва широко в много индустрии. Най-често срещаната област на приложение е авиацията. Обвини всичко добра комбинацияниско тегло и висока якост. Също така, свойствата на титана са висока специфична якост, устойчивост на физически влияния, температури и корозия.

Уран

Един от най-издръжливите елементи. IN природни условиятова е слаб радиоактивен метал. Може да се появи в свободно състояние, много е тежък и е широко разпространен в целия свят поради своите парамагнитни свойства. Уранът е гъвкав, има висока ковкост при коване и относителна пластичност.

волфрам

Повечето огнеупорен металот известните в момента. Има сребристо-сив цвят е така нареченият преходен елемент. Свойствата на волфрама го правят устойчив на химическа атака и ковък. Най-известната област на приложение се използва в лампите с нажежаема жичка.

рений

Сребристо бял метал. В природата може да се намери в чиста форма, но има и молибденова суровина, в която също се намира. отличителен белегрениева рефрактерност. Той принадлежи към скъпите метали, така че цената му също излиза извън мащаба. Основна зонаприложения - електроника.

осмий

Осмият е сребристо-бял метал, който има лек син оттенък. Той принадлежи към групата на платината и има необичайно голямо сходство с иридия по свойства като огнеупорност, твърдост и крехкост.

Берилий

Този метал е елемент със светлосив оттенък и висока токсичност. Да имаш такива необичайни свойстваМатериалът е широко използван в областта ядрената енергияи лазерна технология. Високата якост на берилия позволява да се използва при производството на легиращи сплави.

хром

Синкаво-бял оттенък прави хрома да се откроява общ списък. Устойчив е на алкали и киселини. В природата може да се намери в чист вид. Хромът често се използва за създаване на различни сплави, които се използват допълнително в областта на медицината и химическото оборудване.

Ферохромът е сплав от хром и желязо. Използва се при производството на металорежещи инструменти.

тантал

Това е сребрист метал с висока твърдост и плътност. Оловният нюанс върху метала се образува поради появата на оксиден филм върху повърхността. Металът е добре обработен.

Към днешна дата танталът се използва успешно в строителството ядрени реактории металургичното производство.

рутений

Сребрист метал, който принадлежи към групата на платината. Има необичаен състав: включва мускулживи организми. Друг отличителен факт е, че рутеният се използва като катализатор за много химични реакции.

иридий

В нашата класация този метал заема първия ред. Има сребристо бял цвят. Иридият също принадлежи към групата на платината и има най-висока твърдост от горните метали. IN съвременен святизползва се много често. Добавя се основно към други метали за подобряване на тяхната устойчивост. киселинни среди. Самият метал е много скъп, тъй като е много слабо разпространен в природата.

Прочетете също:

Често срещано мнение за твърдостта е диамантена или дамаска стомана / дамаска стомана. Ако първият минерал превъзхожда всички прости веществакоито съществуват на Земята, които природата е създала, тогава невероятните свойства на остриета, изработени от рядка стомана, те дължат на умението на ковачи, оръжейници, добавки от други метали. Много технически сплави, използвани например за производството на супертвърди фрези в инженерната индустрия, създаването на издръжлив, надежден инструмент, който има уникални свойства, са свързани с тези добавки в обичайната симбиоза на желязо с въглерод, накратко, традиционно наричана стомана - хром, титан, ванадий, молибден, никел. Когато читателите попитат кой е най-твърдият метал в света, тогава в отговор на страниците на сайтове те са бомбардирани с вълна от противоречива информация. В тази роля, според авторите на различни статии, се появява или волфрам или хром, или иридий с осмий, или титан с тантал.

За да преминем през джунглата на не винаги правилно интерпретирани, макар и точни факти, си струва да се обърнем към първоизточника - системата от елементи, съдържащи се както в състава, така и в други космически обекти, оставени на човечеството от великия руски химик и физик Д.И Менделеев. Той притежаваше енциклопедични знания, направи много научни пробиви в познанието за структурата, състава, взаимодействието на веществата, в допълнение към известната таблица, базирана на фундаменталните периодичен законкръстен на него.

Най-близките до Слънцето планети - Меркурий, Венера, Марс, заедно с нашата планета, са класирани като едно - земна група. За това има причини не само сред астрономи, физици и математици, но и сред геолози и химици. Причината за такива заключения за последните е, наред с другото, че всички те се състоят основно от силикати, т.е. различни производни на силициевия елемент, както и множество метални съединения от таблицата на Дмитрий Иванович.

По-специално нашата планета през по-голямата част(до 99%) се състои от десет елемента:

Но човек, в допълнение към желязото и сплавите на негова основа, които са необходими за оцеляването и развитието, винаги е бил много по-привлечен от скъпоценни, често наричани с уважение благородни, метали - злато и сребро, по-късно - платина.

С него, според приетата от химиците научна класификация, платинената група включва рутений, родий, паладий и осмий с иридий. Всички те също принадлежат към благородни метали. По атомна маса те все още са условно разделени на две подгрупи:

Последните две представляват специален интересза нашето псевдонаучно изследване кой е най-трудният тук. Това се дължи на факта, че голяма, в сравнение с други елементи, атомна маса: 190,23 - за осмий, 192,22 - за иридий, според законите на физиката, предполага огромна специфична плътност и, следователно, твърдостта на тези метали .

Ако плътното, тежко злато и олово са меки, пластични вещества, които са лесни за обработка, тогава осмий и иридий, открити в началото на XIXвекове, се оказа крехък. Тук е необходимо да се помни, че мярката за това физическо свойство е диамант, който може да бъде специални усилиянадпис върху всеки друг твърд материал, естествен или изкуствен произход, също е изключително крехка, т.е. доста лесно е да го разбиеш. Въпреки че на пръв поглед изглежда почти невъзможно.

Освен това осмий и паладий имат много по-интересни свойства:

• Много висока якост.
• Устойчив на корозия, окисляване дори при нагряване до високи температури.
• Устойчив на концентрирани киселини и други агресивни съединения.

Следователно, заедно с платината, включително под формата на съединения с нея, те се използват в производството на катализатори за много химични процеси, високоточни устройства, оборудване, инструменти в медицинската, научната, военната, космическата индустрии на човешката дейност.

Това са осмий и иридий, а учените след изследвания смятат, че това свойство е приблизително еднакво им дадено от природата, са най-твърдите метали в света.



И всичко ще бъде наред, но не много. Въпросът е, че тъй като присъствието им в земната кораи съответно световното производство на тези минерали е незначително:

• 10 -11% е съдържанието им в твърдата обвивка на планетата.
• Общото количество произвеждан чист метал годишно е в рамките на: 4 тона за иридий, 1 тон за осмий.
• Цената на осмия е приблизително равна на цената на златото.

Ясно е, че тези редкоземни, скъпи метали, въпреки тяхната твърдост, дори не могат да се използват като суровина за производство в ограничена степен; освен може би като добавки в сплави, съединения с други метали за придаване на уникални свойства.

Кой е за тях?

Но човекът не би бил себе си, ако не беше намерил заместник на иридия с осмий. Тъй като използването им е непрактично, твърде скъпо, тогава вниманието не беше безуспешно насочено към други метали, които намериха своето приложение в различни ситуации, индустрии за създаване на нови сплави, композитни материали, производство на оборудване, машини и механизми за гражданска и военна употреба:

Въпреки че най-твърдият метал в света, или по-скоро, цели два - иридий и осмий, показа своите уникални свойства само в лабораторни условия, както и добавки в сплави, които са незначителни по отношение на проценти, други съединения за създаване на нови материали, необходимо за човек, трябва да сте благодарни на природата за този дар. В същото време няма съмнение, че любознателните умове на талантливи учени и брилянтни изобретатели ще измислят нови вещества с уникални свойства, както вече се случи със синтеза на фулерени, който се оказа по-твърд от диаманта, който е вече невероятно.

От детството знаем, че най-издръжливият метал е стоманата. Всичко желязо е свързано с него.

Железният човек, Желязната лейди, стоманен характер. Изричайки тези фрази, имаме предвид невероятна сила, сила, твърдост.

Дълго време стоманата беше основният материал в производството и оръжията. Но стоманата не е метал. За да бъдем по-точни, това не е напълно чист метал. Това е с въглерод, в който има и други метални добавки. Чрез прилагане на добавки, т.е. промени свойствата му. След това се обработва. Производството на стомана е цяла наука.

Най-здравият метал се получава чрез въвеждане на подходящи сплави в стоманата. Може да бъде хром, който също дава устойчивост на топлина, никел, който прави стоманата твърда и еластична и т.н.

В някои позиции стоманата започна да измества алуминия. Времето минаваше, скоростта се увеличаваше. Алуминият също не издържа. Трябваше да се обърна към титана.

Да, титанът е най-здравият метал. За да се придадат на стоманата високи якостни характеристики, към нея е добавен титан.

Открит е през XVIII век. Поради своята крехкост беше невъзможно да се използва. С течение на времето, след като са получили чист титан, инженерите и дизайнерите се интересуват от неговата висока специфична якост, ниска плътност, устойчивост на корозия и високи температури. Неговата физическа сила надвишава силата на желязото няколко пъти.

Инженерите започнаха да добавят титан към стоманата. Резултатът беше най-издръжливият метал, който намери приложение в среда на свръхвисоки температури. По това време никоя друга сплав не можеше да им издържи.

Ако си представите самолет, който лети три пъти по-бързо, отколкото можете да си представите, как металът на обвивката се нагрява. Ламаринаобшивката на самолета в такива условия се нагрява до +3000C.

Днес титанът се използва неограничено във всички области на производството. Това са медицина, самолетостроене, корабопроизводство.

С цялата очевидност можем да кажем, че в близко бъдеще титанът ще трябва да се премести.

Учени от САЩ в лабораториите на Тексаския университет в Остин откриха най-тънкия и издръжлив материал на Земята. Наричаха го графен.

Представете си плоча, чиято дебелина е равна на дебелината на един атом. Но такава плоча е по-здрава от диаманта и предава сто пъти по-добре електричество, как компютърни чиповеот силиций.

Графенът е материал с невероятни свойства. Скоро ще напусне лабораториите и с право ще заеме мястото си сред най-издръжливите материали във Вселената.

Дори е невъзможно да си представим, че няколко грама графен биха били достатъчни, за да покрият футболно игрище. Ето го метала. Тръбите от такъв материал могат да се полагат ръчно без използване на повдигащи и транспортни механизми.

Графенът, подобно на диаманта, е най-чистият въглерод. Неговата гъвкавост е невероятна. Такъв материал лесно се огъва, сгъва се перфектно и се навива перфектно.

Производителите на сензорни екрани вече започнаха да го разглеждат, слънчеви панели, мобилни телефонии накрая, супер бързи компютърни чипове.

Първият метал, който човечеството започна да използва за икономически цели, беше медта: лесна за обработка, среща се в природата доста често, така че не е изненадващо, че именно тя е послужила като материал за първите метални ножове и брадви. Малко по-късно хората откриха, че като добавите калай към медта, можете да получите много по-здрава сплав - бронз. И когато овладяха желязото, се оказа, че в чист вид то не е много по-здраво от медта, но в комбинация с въглерод придобива много по-добри якостни качества. Средновековните алхимици, освен че търсят философския камък, експериментират и със сплави, опитвайки се да установят кой е най-твърдият метал в света, но всички експерименти потвърждават, че сплавите са по-здрави от чистия метал, какъвто и да е той. И как е днес?

Най-трудното

Всички най-издръжливи "чисти" метали са открити от човека доста късно. Причината е проста: те са много по-редки от обикновените желязо или мед. Има няколко метода за определяне на твърдостта на материалите: според Mohs, според Vickers, според Brinell и Rockwell, данните за които се различават леко. По скалата на Моос, например, желязото има стойност само 4, а най-високата твърдост на диаманта е 10. И дузина метали, чиято твърдост е 5 единици или повече, изглежда така:

• иридий - 5;
• рутений - 5;
• тантал - 5;
• технеций - 5;
• хром - 5;
• берилий - 5,5;
• осмий - 5,5;
• рений - 5,5;
• волфрам - 6;
• уран - 6.

Повечето от тази „великолепна дузина“ са изключително редки в природата (например годишното производство на рутений в света е около 18 тона, а на рений – около 40 тона) или имат радиоактивност, която затруднява използването им в ежедневието. И всички те имат много значителна цена, с възможно изключение на хром. Това е висока твърдост и относително ниска ценавърху този метал го направи популярен в производството на трайни сплави.

Използване на най-твърдите метали

Поради факта, че повечето от най-твърдите метали са много редки по природа, техните якостни качества остават непотърсени или изисквани в изключително ограничена степен, например за покриване на компоненти и части от механизми, които са подложени на най-голямото натоварване. Но за използване в производството инструментална стоманаили бронирани добавки от рений или рутений, виждате ли, е глупаво. Тези метали просто не са достатъчни за всичко. Следователно хромът се оказа много популярен. Това е най-важната легираща добавка, която подобрява както здравината, така и устойчивост на корозиясплави.

Някои от твърдите метали се използват в много малки количества в медицината, при създаването на космически технологии, като катализатори и в някои други области. В тези случаи се търси не тяхната твърдост, а други съпътстващи качества. Волфрамът, например, като най-огнеупорният метал на планетата (точка на топене +3422 по Целзий), е намерил приложение при създаването на нишки за осветителни тела. Добавя се в малки количества към сплави, които трябва да издържат на високи температури. дълго време– например в металургичната индустрия.

Уран

Уранът, подобно на волфрама, е най-твърдият метал на Земята, но уранът е много по-разпространен на нашата планета, така че е намерил много по-широко приложение. И нейната радиоактивност не пречи на това. Най-известното използване на урана е като "гориво" в атомните електроцентрали. Освен това се използва в геологията за определяне на възрастта скалии в химическа индустрия.

Силните свойства и високото специфично тегло на урана (той е 19 пъти по-тежък от водата) бяха полезни при създаването на бронебойни боеприпаси. В този случай се използва не чист метал, а неговата обеднена разновидност, почти изцяло състояща се от слабо радиоактивния изотоп уран-238. Тежките ядра, изработени от такъв метал, перфектно проникват дори в добре бронирани цели. Колко остатъчни ефектиизползването на такива боеприпаси е вредно заобикаляща средаи човека, все още не е известно със сигурност, тъй като е натрупан твърде малко статистически материал по този въпрос.

В света има много метали, които са еднакви по твърдост, но не всички от тях се използват широко в индустрията. Може да има няколко причини за това: рядкост и следователно висока цена, или радиоактивност, която пречи на използването при човешки нужди. Сред най-твърдите метали има 6 лидери, които са покорили света със своите характеристики.

Твърдостта на металите обикновено се измерва по скалата на Моос. Методът за измерване на твърдостта се основава на оценката на устойчивостта на надраскване от други метали. Така беше определено, че уранът и волфрамът имат най-висока твърдост. Има обаче метали, които се използват по-често различни областиживот, въпреки че тяхната твърдост не е най-високата по скалата на Моос. Следователно, разкривайки темата за най-твърдите метали, би било погрешно да не споменем добре познатите титан, хром, осмий и иридий.

На въпроса кой е най-твърдият метал, всеки, който учи химия и физика в училище, ще отговори: "Титан". Разбира се, има сплави и дори чисти самородни частици, които го превъзхождат по сила. Но сред тези, използвани в ежедневието и производството, титанът няма равен.

Чистият титан е получен за първи път през 1925 г. и в същото време е обявен за най-твърдия метал на Земята. Веднага започва да се използва активно в напълно различни области на производството - от части за ракети и въздушен транспорт до зъбни импланти. Заслугата на такава популярност на метала са няколко от основните му свойства: висока механична якост, устойчивост на корозия и високи температури и ниска плътност. По скалата за твърдост на Моос титанът има оценка 4,5, което не е най-високото. Въпреки това, неговата популярност и участие в различни индустрииго прави първият по твърдост сред често използваните.

Титанът е най-твърдият метал, който обикновено се използва в производството.

Повече подробности за използването на титан в индустрията. Този метал има широк обхватупотреба:

• Авиационна индустрия - части на самолети, газови турбини, кори, носещи елементи, части на шасито, нитове и др.;
• Космическа техника - кожи, детайли;
• Корабостроене - корабно покритие, части за помпи и тръбопроводи, навигационни инструменти, турбинни двигатели, парни котли;
• Машиностроене - турбинни кондензатори, тръби, износоустойчиви елементи;
• Нефтена и газова промишленост – сондажни тръби, помпи, съдове високо налягане;
• Автомобилна - в механизмите на клапани и изпускателни системи, трансмисионни валове, болтове, пружини;
• Строителство - външна и вътрешна облицовка на сгради, покривни материали, осветителни тела и дори паметници;
• Медицина - хирургически инструменти, протези, импланти, калъфи за сърдечни апарати;
• Спорт - спортно оборудване, аксесоари за пътуване, части за велосипеди.
• Средства за общо потребление - Бижута, декоративни елементи, градински инструменти, Ръчен часовник, кухненска посуда, кутии за електроника и дори звънци, а също така се добавят към състава на бои, варос, пластмаса и хартия.

Можете да видите, че титанът е търсен в напълно различни индустрии поради своята физични и химични свойства. Въпреки че не е най-твърдият метал в света по скалата на Mohs, продуктите му са много по-здрави и по-леки от стоманата, износват се по-малко и са по-устойчиви на дразнители.

Титанът се счита за най-твърдия сред активно консумираните метали.

Най-твърдият в естествената си форма е синкаво-бял метал - хром. Открит е в края на 18 век и оттогава се използва широко в производството. По скалата на Моос твърдостта на хрома е 5. И има основателна причина – той може да реже стъкло, а когато се комбинира с желязо, може да реже дори метал. Хромът се използва активно и в металургията - добавя се към стоманата, за да я подобри. физични свойства. Спектърът на употреба на хром е много разнообразен. От него се правят стъбла. огнестрелни оръжия, оборудване за медицинска и химическа обработка, предмети за бита - кухненски прибори, метални части от мебели и дори корпуси на подводници.

Най-високата твърдост в чиста форма - хром

Chrome се използва в различни полета, например, за производството от неръждаема стомана, или за повърхностно покритие - хромиране (уреди, автомобили, части, прибори). Често този метал се използва при производството на цеви за огнестрелно оръжие. Също така често този метал може да се намери в производството на багрила и пигменти. Друга област на употребата му може да изглежда изненадваща - това е производството на хранителни добавки и в създаването технологично оборудванеза химически и медицински лаборатории хромът е незаменим.

Осмий и иридий са представители на металите от платиновата група и имат почти еднаква плътност. В чистата си форма те са изключително редки в природата и най-често - в сплав един с друг. По своята същност иридият има висока твърдост, което затруднява металообработката, както механична, така и химична.

Осмий и иридий имат най-висока плътност

Иридият се използва активно в индустрията сравнително наскоро. Преди това се използваше с повишено внимание, тъй като неговите физико-химични характеристики не бяха напълно разбрани. Сега иридий се използва дори при производството на бижута (като инкрустации или в сплав с платина), хирургически инструменти и части за сърдечни пейсмейкъри. В медицината металът е просто незаменим: неговите биологични продукти могат да помогнат за преодоляване на онкологията и нейното облъчване радиоактивен изотопможе да спре процеса на растеж ракови клетки.

Две трети от добития иридий в света отива за химическата промишленост, а останалата част се разпределя между други индустрии - разпрашаване в металургичната промишленост, стоки народна употреба(елементи писалки, бижута), медицина в производството на електроди, елементи на пейсмейкъри и хирургически инструменти, както и за подобряване на физикохимичните и механични свойстваметали.

Твърдостта на иридия по скалата на Мос е 5

Осмият е сребристо-бял метал със синкав оттенък. Открит е след иридий с една година, а сега често се среща в железни метеорити. В допълнение към високата твърдост, осмият се отличава с високата си цена - 1 грам чист метал се оценява на 10 хиляди долара. Друга негова особеност е теглото – 1 литър разтопен осмий се равнява на 10 литра вода. Вярно е, че учените все още не са намерили приложение на това свойство.

Поради своята рядкост и висока цена, осмият се използва само там, където не може да се използва друг метал. Не е широко използван и няма смисъл да се търси, докато доставката на метал не стане редовна. Сега осмият се използва за направата на инструменти, които изискват висока точност. Продуктите от него почти не се износват и имат значителна здравина.

Индексът на твърдост на осмия достига 5,5

Един от най-известните елементи, който е един от най-твърдите метали в света, е уранът. Това е светлосив метал със слаба радиоактивност. Уранът се счита за един от най-тежките метали – специфичното му тегло е 19 пъти по-голямо от това на водата. Освен това има относителна пластичност, пластичност и гъвкавост, парамагнитни свойства. По скалата на Мос твърдостта на метала е 6, което се счита за много висок показател.

Преди това уранът почти не се е използвал и се е намирал само като рудни отпадъци при добива на други метали - радий и ванадий. Към днешна дата уранът се добива в находища, като основните източници са Скалистите планини на Съединените щати, Република Конго, Канада и Южноафриканския съюз.

Въпреки радиоактивността, уранът се консумира активно от човечеството. Най-търсен е в ядрената енергетика - използва се като гориво за ядрени реактори. Уранът се използва и в химическата промишленост и в геологията за определяне на възрастта на скалите.

Не пропусна невероятните цифри на специфично тегло и военно инженерство. Уранът редовно се използва за създаване на сърцевината на бронебойни снаряди, които поради високата си здравина вършат отлична работа.

Уранът е най-твърдият метал, но е радиоактивен

Начело на нашия списък с най-твърдите метали на Земята е брилянтен сребристосив волфрам. По скалата на Моос волфрамът има твърдост 6, подобно на урана, но за разлика от последния, той не е радиоактивен. Естествената твърдост обаче не го лишава от гъвкавост, защото волфрамът е идеален за коване на различни метални изделия, а устойчивостта му на високи температури позволява да се използва в осветителни тела и електроника. Консумацията на волфрам не достига висок оборот и главенпричината е ограниченото му количество в депозитите.

Поради високата си плътност, волфрамът се използва широко в производството на оръжия за производство на тежки и артилерийски снаряди. По принцип волфрамът се използва активно във военното инженерство - куршуми, противотежести, балистични ракети. Следващата най-популярна употреба на този метал е авиацията. От него се произвеждат двигатели, части от електровакуумни устройства. В строителството се използват режещи инструменти от волфрам. Също така е незаменим елемент при производството на лакове и светлоустойчиви бои, огнеупорни и водоустойчиви тъкани.

Волфрамът се счита за най-огнеупорен и издръжлив

След като проучихме свойствата и сферите на потребление на всеки метал, е трудно да се каже недвусмислено кой е най-твърдият метал в света, ако вземем предвид не само показателите на скалата на Моос. Всеки от представителите има редица предимства. Например титанът, който няма свръхвисока твърдост, твърдо зае първото място сред най-използваните метали. Но уранът, чиято твърдост достига най-високата оценка сред металите, не е толкова популярен поради слабата радиоактивност. А волфрамът, който не излъчва радиация и има най-висока якост и много добра пластичност, не може да се използва активно поради ограничените ресурси.