Металлы в обыденной жизни стали применять в древности. Медь была первым элементом, который начал использовать человек, так как в природе её было просто найти, и она легко обрабатывалась. Неслучайно археологами найдены многочисленные предметы, сделанные из меди. В ходе своего развития люди научились делать сплавы, из которых изготавливались орудия труда, а затем и оружие. В наши дни проводятся исследования для выявления прочнейших металлов. Давайте узнаем больше о свойствах и использовании десяти самых прочных металлов в мире.
Рений
Парамагнитный рений, один из более «тяжёлых» элементов высокой плотности (21.03 г/см3). На земле RE существует в чистом виде, особенно значительно содержание в виде примеси в молибдените до 0,5%. Ярко выраженными свойствами RE считаются высочайшая прочность, жаростойкость, характеризуется тугоплавкостью, стойкостью к окислению, пластичностью, малой коррозией при воздействии многих химических веществ. Рений — дорогостоящий металл. Сферы применения многообразны: электроника, ракетостроение, авиастроение (например, производство запчастей для сверхзвуковых истребителей), металлургическая отрасль, медицина, судостроение.
Хром
Хром – металл бело-голубого цвета. Характеризуется высокой прочностью, твёрдостью, ярко выраженными магнитными свойствами, не подвергается водородному охрупчиванию, стойкий к влиянию кислотной и щелочной среды. Его используют, создавая различные сплавы, а те в свою очередь востребованы для изготовления медоборудования. Кроме того, Cr применяется при синтезе искусственных рубинов, соли хрома четырехвалентного используют для сохранения древесины и дубления кож.
Уран
Наиболее распространенный металл, отличается большой прочностью, в привычных условиях слабо радиоактивен. Обнаружение учёными урана считается открытием планетарного масштаба. Наделен парамагнитными свойствами, гибкий, ковкий и относительно пластичный, благодаря таким качествам нашёл применение в разнообразных производственных сферах: является основой для ядерного оружия, соединения урана используются в производстве стекол, в качестве красителей.
Список
К металлам с изначальной хрупкостью относятся природные и технологичные материалы.
Природные вещества:
- Щелочноземельные – бериллий.
- Легкоплавкие – олово, висмут.
- Тяжелые элементы – цинк, марганец, хром, сурьма, кобальт.
Кобальт
В списке присутствуют уникумы:
- Вольфрам. Самый прочный на растяжение среди металлов.
- Осмий. Твердый хрупкий платиноид голубовато-серебристого цвета, второй по плотности среди простых веществ, тугоплавкий.
- Германий. Мягкий хрупкий белый металл.
Самый хрупкий металл – сурьма. Ее легко сделать порошком вручную.
Материалы, полученные в результате технологических процессов: бронза, белый чугун, сталь с высоким содержанием углерода.
Где используется металл
Osmium – самый малопотребляемый из платиноидов. Практическое применение тормозят редкость в природе и тугоплавкость: чтобы расплавить порошок, требуется выше 3000°С. Обеспечить такую температуру плавления по силам не каждому предприятию.
Первые идеи
Новый металл долго оставался невостребованным: люди не знали, куда его приспособить. Идею подали практичные немцы. Они решили делать из осмия нить накаливания. Такая лампочка светила ярко, потребляя втрое меньше энергии. Однако выгоды все равно не было, поэтому эксперимент свернули: победил более дешевый вольфрам.
Компромиссный вариант нашелся в конце ХХ века: транснациональная корпорация Osram выпускала бытовые лампочки накаливания под одноименным брендом. Он образован от слов осмий и вольфрам: из такого сплава были сделаны их нити накаливания.
Сегодня Osmium оставлен отраслям, где заменить его нечем.
Промышленность
Супертвердое сырье востребовано передовыми отраслями:
- Это материал сплавов узлов, деталей особо точных приборов.
- Из него сделаны стрелки часовых механизмов, измерительной техники.
- Это микропокрытие деталей, испытывающих при работе повышенные нагрузки по трению
Изделия, выполненные из сплавов с осмием, устойчивы к износу. Служат десятилетиями.
Выбор вида сплава определяется функциями изделий в технике:
- Осмий плюс платина либо палладий становятся электрическими контактами.
- Сплав с никелем, вольфрамом, кобальтом – материал стойких механически и химически наконечников.
- Многофункциональны соединения с рутением, иридием.
Они используются военно-промышленным комплексом, авиастроителями (гражданский и военный сегмент).
Слитки осмия
Химическая отрасль
Данной сферой востребованы премиальные свойства осмия как катализатора – он эффективнее платиновых аналогов.
С разными целями закупается четырехокись металла:
- Фармацевтическими гигантами – для синтеза лекарственных препаратов.
- Без нее невозможно синтезировать аммиак, молекулярный азот, прогидрировать органические соединения.
Химия и нефтепереработка забирают половину наличного осмия.
Благодаря осмиевому компоненту стало возможным получение густо-черного пигмента для нужд фарфорового производства.
Медицина
Осмиевая составляющая присутствует в изделиях, к которым предъявляются повышенные требования по твердости:
- хирургический инструментарий;
- имплантанты;
- кардиостимуляторы.
Материалам служит сплав осмия с платиной (осмия – 11%).
Как и «рутениевый красный», осмиевый пигмент создает контрастность при исследовании под микроскопом биологических субстанций (например, тканей человека).
Неоценимую пользу Osmium может принести как блокиратор онкологии. Данное направление – приоритет исследовательских работ.
Ювелирное дело
В данном сегменте благородный металл – лигатура платиновых сплавов. Ювелирные изделия в таком исполнении особо прочны, красивы, долговечны. Но это единичные случаи: сырья мало.
Палладий
Серебристо-белый изотоп, относящийся к благородным платиновым металлам, был открыт британским химиком Уильямом Волластоном в 1803 году. Основные достоинства палладия – пластичность, мягкость, низкая температура плавления, устойчивость к потемнению и коррозии.
Палладий широко применяется в промышленности и медицинской сфере. Незаменим при изготовлении ювелирных изделий: благодаря легковесности из него можно создавать настоящие шедевры искусства.
Самые крупные месторождения обнаружены в России (Мурманск, Норильск, Талнах), Африке, Канаде, Аляске, Колумбии, Австралии. Стоимость: 90 $ за 1 г.
Калифорний 252
На данный момент в мире нет металла, который стоил бы дороже Калифорния 252. Его необычайно большая стоимость зарегистрирована в Книге рекордов Гиннесса и равна 10 млн долларов за 1 г.
Ежегодно сложным и кропотливым трудом получают 35–40 мкг элемента. Его запас во всем мире составляет лишь 8 г.
В природе Калифорний 252 не встречается, он был синтезирован американскими учеными в 1950 году. В настоящее время уникальный металл производят в димитровградском НИИАР и Ок-Риджской национальной лаборатории в США.
Ценят металл за его небывалую энергию, сравнимую по мощности с энергией среднестатистического атомного реактора. Применяют в ядерной физике, в медицине при лечении онкологических заболеваний. С его помощью находят новые залежи золота и серебра, выявляют дефекты в реакторах самолетов.
Технология получения
Подобно другим платиноидам, Osmium извлекают из материнской породы: медно-никелевой, платиновой, золотой.
Добыча осмия проходит по-разному:
- На аффинажном предприятии в процессе очистки платины. Это отработанная, но технологически сложная многоэтапная процедура. Вначале получается осадочный осмиридий. Он ценен сам по себе, но иногда два компонента требуется разделить. Для этого проводят цепочку химических реакций.
- Второй способ получения осмия – прокаливание обогащенной породы при 800-900°С. Осмий получается губчатым.
- Металл чистотой 99,99% получают методом химического транспортирования.
Однако потери при производстве металла велики, поэтому разрабатываются более эффективные технологии.
Титан
Его называют металлом будущего, поскольку окончательное его место в жизни людей пока не определено. Человек быстро оценил его лучшие качества. Титан лёгкий и высокопрочный, устойчивый к высоким температурам, отличается низкой плотностью, стойкостью к коррозии. Сферы применения: авиационная техника и ракетная отрасль, судостроение. Титановые сплавы имеют большие перспективы применения, но сдерживаются его высокой стоимостью и недостаточной распространённостью.
История открытия и природные свойства
В 1803-1804 годах в Англии, при проведении опытов над платиной с царской водкой (смесь азотной кислоты с соляной), в полученном неизвестном осадке, после растворения платины, появился резкий, неприятный запах, напоминающий хлор. Благодаря этому запаху, только что открытый металл и получил своё название. Правда, на греческом языке. С греческого «осмий» переводится, как «запах».
Формально это благородный металл, потому что входит в платиновую группу. На этом истинное благородство и заканчивается. Свойства этого металла как химические, так и физические, до сих пор до конца не изучены. Физические характеристики более-менее уточнили несколько лет назад.
Платина
Платину открыли на колумбийских рудниках в XVI веке испанские конкистадоры. Неведомый металл, напоминавший серебро, поначалу считали абсолютно бесполезным и презрительно называли «серебришко».
Его часто использовали для подделки золотых и серебряных изделий. Со временем платина завоевала популярность.
Это один из редчайших элементов, встречающийся в сплаве с другими металлами. Ежегодно в мире добывается около 150 т платины. Процесс синтеза трудоемок и затратен, что и определяет уровень цен.
Тугоплавкая и огнеупорная платина обладает высокой плотностью и отличной износостойкостью. Она имеет низкую теплопроводность и не деформируется. Почти не поддается воздействию никаких кислот. Пластичная, натурально белая и блестящая.
Применяется в автопромышленности, радиотехнике, производстве компьютеров, космической индустрии, медицине, в оружейном и ювелирном делах.
Месторождениями этого металла славятся Россия, США, Китай, Южная Африка, Зимбабве. Стоимость: 33 $ за 1 г.
Особенности обработки
Материалы, наделенные хрупкостью, разрушаются при попытке их удлинить даже на пару процентов.
Поэтому их обработка специфична:
- Перед работой материал подогревают, чтобы нейтрализовать хладноломкость.
- Исключено воздействие давлением. Например, чугун (нагретый либо холодный) после такой операции сохранит форму, но внутренне разрушится.
- Болванки из хрупких сплавов (чугунные, бронзовые) рубят от края к центру.
Неоднозначно воздействие закалки. В отличие от подогрева, при такой обработке кратно увеличивается прочность стали, других материалов, но в ущерб пластичности. То есть порог хрупкости понижается.
Хрупкие металлы легче разрушить растяжением, чем сжатием.
