Какой самый тугоплавкий металл: Вольфрам — самый тугоплавкий металл

12 элементов, свойства, особенности и сферы применения

Чтобы расплавить металлы этой группы, требуются сверхтемпературы. Самый известный – вольфрам, из которого сделана нить накаливания в лампочках. Другие члены «семейства» тоже востребованы.

Содержание

1. Что считать тугоплавким металлом
2. Физико-химические характеристики
3. Технология получения
4. Сферы применения
5. Классификация
6. Основная группа
7. Дополнительная группа

Что считать тугоплавким металлом

О признаке, по которому металл причисляют к группе, говорит название.

Тугоплавкие металлы – это химические элементы с температурой плавления выше большинства остальных:

• В классическом понимании это более 2200°С. Таким свойством наделены пять металлов.
• Однако термин «тугоплавкие» применяют и в отношении металлов с температурой плавления выше железа, т.е. от 1850°С. По этому параметру тугоплавкими металлами являются еще девять элементов.

Таким образом, список тугоплавких элементов включает 14 позиций.

Физико-химические характеристики

Главная характеристика группы – тугоплавкость – обеспечивается структурой атомов. Электроны располагаются так близко, что для разрыва межатомных связок требуется температура до двух тысяч градусов.

Вторая общая черта – замедленность деформации ползучести. Чтобы они начали «расползаться», требуется нагрев 1500+°C. В отличие от легкоплавких металлов, которые растекаются при паре сотен градусов.

Однако большинство свойств тугоплавких металлов (плотность, твердость, сопротивляемость сжатию) разнятся из-за принадлежности к разным группам и отличий в структуре кристаллической решетки.

Больше схожести в химических свойствах:

• Легкость образования соединений с другими элементами, из-за чего обнаружить тугоплавы в чистом виде невозможно.
• На воздухе покрываются защитной пленкой. Скорость определяется температурой.
• При нагреве либо взаимодействии с газами (азотом, водородом, углеродом) первоначальные свойства утрачиваются, развивается коррозия, появляется хрупкость.
• Устойчивость перед воздействием кислот.

Учитывая такие характеристики, с элементами работают в вакууме. Самый распространенный пример – вольфрамовая нить накаливания внутри бытовой лампочки.

Технология получения

Исходник большинства тугоплавов – руда.

Процесс традиционен:

1. Из нее удаляют примеси.
2. Рафинируют (восстанавливают нужный элемент). Способ восстановления зависит от требуемой степени чистоты металла. Поэтому задействуют дугообразную, электронно-лучевую либо плазменную плавку.
3. Лучший продукт дает плазма. Он представляет собой мелкие гранулы, порошок либо заготовки (проволока, фольга, слитки, арматура, прокат).

Технология плавления специфична, поэтому таким сырьем занимаются специальные предприятия. В СССР их было всего два.

Обработка тугоплавких металлов возможна только методами порошковой металлургии.

Сферы применения

Применение тугоплавких металлов не ограничивается бытовыми лампочками.

Их свойства  обеспечивают использование всеми отраслями промышленного комплекса, ВПК, в быту:

• Металлургия. Компонент-лигатура для сплавов.
• Судо-, авиа-, космостроение. Детали двигателей.
• Ядерный сектор. Материал деталей реакторов.
• Химпром. Катализатор, источник света.
• Электроника. Конденсаторы.

Материал популярен как база жаропрочных, повышенно устойчивых конструкций (огнеупоров) для указанных отраслей. Особенно если требуются детали сложной конфигурации.

Особняком стоит выращивание рубинов. Для этого в бесцветный кристалл добавляют микродозы хрома.

Почти всегда применяются сплавы. Например, ядерщиками и строителями космических аппаратов востребована молибденово-танталово-вольфрамовая композиция. Она не деформируется при температурах порядка 4000°С, упруга, пластична, невосприимчива к ржавлению.

Классификация

В зависимости от температуры плавления тугоплавкие металлы причисляются к основной либо дополнительной группе.

Основная группа

Данный сегмент включает пять позиций: вольфрам, ниобий, тантал, молибден, рений. Плавятся при 2200°С+.

Свойства четвёртой группы элементов

Название	Ниобий	Молибден	Тантал	Вольфрам	Рений
Температура плавления	2750 K (2477 °C)	2896 K (2623 °C)	3290 K (3017 °C)	3695 K (3422 °C)	3459 K (3186 °C)
Температура кипения	5017 K (4744 °C)	4912 K (4639 °C)	5731 K (5458 °C)	5828 K (5555 °C)	5869 K (5596 °C)
Плотность	8,57 г·см³	10,28 г·см³	16,69 г·см³	19,25 г·см³	21,02 г·см³
Модуль Юнга	105 ГПа	329 ГПа	186 ГПа	411 ГПа	463 ГПа
Твёрдость по Виккерсу	1320 МПа	1530 МПа	873 МПа	3430 МПа	2450 МПа

Молибден

Самый востребованный из тугоплавких элементов.

Сфера использования номер один – металлургия:

• Молибденом «усиливают» сталь, чтобы получить твердый сплав.
• На пару с нержавеющей сталью применяют как материал инфраструктуры трубопроводов, деталей автомобилей, другой продукции машиностроения.
• Благодаря температуре плавления, износостойкости, малой истираемости используется как легирующая присадка.

Молибдену требуется пара процентов лигатур в составе, чтобы свойства сплава изменились.

Например, полпроцента титана плюс 0,08% циркония создают молибденовый сплав, не снижающий прочность до 1060°C.

Неординарные параметры по трению обусловили использование молибдена как долговечной смазки с высоким КПД.

Материал незаменим для ртутных реле, поскольку амальгама с данным металлом ртутью не формируется.

Вольфрам

Открыт в конце 18 века. Самый твердый и самый тугоплавкий (3422°C) металл.

Тугоплавкий прочный металл, светло-серого цвета – вольфрам

Вместе с медью и железом используется как основа (до 80%) сплавов с рением, торием, никелем. Такие добавки повышают плотность, порог стойкости к ржавлению, надежность.

Востребован как материал систем электроснабжения, приборов, боеприпасов, ядерных боеголовок ракет. Никелевые сплавы как материал клюшек ценят поклонники гольфа.

Вольфрам в слитках

Вольфрам, его сплавы востребованы там, где нужна повышенная плотность в условиях запредельных температур.

Тантал

Самый стойкий к кислотам, коррозии из сегмента тугоплавких металлов.

Тяжёлый твёрдый металл серого цвета – тантал

Поэтому используется в конденсаторах смартфонов, планшетов, других гаджетов.

Совместим с биологическими организмами (не меняется под воздействием природных кислот). Благодаря этому применяется медициной.

В природе ниобий и тантал соседи. Не случайно названы по именам отца и дочери – Тантала и Ниобы, персонажей древнегреческих мифов.

Ниобий

Металл с небанальными характеристиками:

• Самый легкий (малой плотности) в сегменте.
• Уникален благодаря свойству менять коэффициент твердости и упругости в зависимости от степени отжига.
• Самый частый в сплавах-суперпроводниках.

Применяется как материал конденсаторов, газовых турбин ракет, самолетов. А также элемент ядерных реакторов и ламп электронных приборов.

Вместе с гафнием и титаном – материал двигателей космических аппаратов (например, американского Аполлона).

Рений

Самый редкий и дорогой из тугоплавких металлов:

• В сплавах выступает легирующим, никогда – основным компонентом.
• Как лигатура, повышает утилитарные кондиции сплава: прочность, ковкость (например, с медью и платиной).
• Обнаружен последним в тугоплавком сегменте.

Оксид рения – самый неустойчивый, плотный поток кислорода способен сорвать оксидный слой.

Сплавы с рением служат катализаторами, начинкой электронного оборудования, гироскопов, реакторов атомных объектов.

Дополнительная группа

Данный сегмент тугоплавких металлов включает девять позиций. Их общий признак – порог плавления от 1850°C.

Сюда зачислены девять элементов из трех групп (четвертый – шестой периоды) таблицы Менделеева.

У каждого своя «изюминка»:

• Осмий – самое плотное вещество планеты, самый тяжелый тугоплав.
• Иридий встречается чаще в метеоритах, чем на Земле.
• Метаморфозы теплоемкости гафния необъяснимы наукой до сих пор.
• Рутений назван в честь России.
• Из чистого ванадия вытачивают жетоны и медали для коллекционеров.
• Титан – единственный тугоплавкий цветной металл. Материал зубных и костных протезов.
• Без циркония невозможны салюты и фейерверки. Медицинский «дублер» титана.

Тонким слоем хрома и благородного родия покрывают поверхность изделий класса люкс, включая ювелирные. Процессы называются хромированием и родированием.

Наиболее тугоплавкий металл. Краткая характеристика металлов

• Физические свойства металлов
• Легкоплавкие и тугоплавкие металлы
• Наиболее тугоплавкий металл — вольфрам
• Ниобий и его сплавы
• Тантал
• Хром и его сплавы

Металлы — это самый распространенный материал (наряду с пластмассами и стеклом), который применяется людьми с древних времен. Уже тогда человеку была известна характеристика металлов, он с выгодой использовал все их свойства для создания прекрасных произведений искусства, посуды, предметов быта, сооружений.

Одной из главных черт при рассмотрении этих веществ является их твердость и тугоплавкость. Именно эти качества позволяют определять область использования того или иного металла. Поэтому рассмотрим все физические свойства и особое внимание уделим вопросам плавкости.

Физические свойства металлов

Характеристика металлов по физическим свойствам может быть выражена в виде четырех основных пунктов.

1. Металлический блеск — все имеют примерно одинаковый серебристо-белый красивый характерный блеск, кроме меди и золота. Они имеют красноватый и желтый отлив соответственно. Кальций — серебристо-голубой.
2. Агрегатное состояние — все твердые при обычных условиях, кроме ртути, которая находится в виде жидкости.
3. Электро- и теплопроводность — характерна для всех металлов, однако выражена в разной степени.
4. Ковкость и пластичность — также общий для всех металлов параметр, который способен варьироваться в зависимости от конкретного представителя.
5. Температура плавления и кипения — определяет, какой металл тугоплавкий, а какой легкоплавкий. Этот параметр разный для всех элементов.

Все физические свойства объясняются особым строением металлической кристаллической решетки. Ее пространственным расположением, формой и прочностью.

Легкоплавкие и тугоплавкие металлы

Данный параметр является очень важным, когда речь заходит об областях применения рассматриваемых веществ. Тугоплавкие металлы и сплавы — это основа машино- и кораблестроения, выплавки и литья многих важный изделий, получения качественного рабочего инструмента. Поэтому знание температур плавления и кипения играет основополагающую роль.

Характеризуя металлы по прочности, можно разделить их на твердые и хрупкие. Если же говорить о тугоплавкости, то здесь выделяют две основные группы:

1. Легкоплавкие — это такие, которые способны менять агрегатное состояние при температурах ниже 1000 ^оС. Примерами могут служить: олово, свинец, ртуть, натрий, цезий, марганец, цинк, алюминий и другие.
2. Тугоплавкими считаются те, чья температура плавления выше обозначенной величины. Их не так много, а на практике применяется еще меньше.

Таблица металлов, имеющих температуру плавления свыше 1000 ^оС, представлена ниже. Именно в ней и располагаются самые тугоплавкие представители.

Название металла	Температура плавления, оС	Температура кипения, оС
Золото, Au	1064.18	2856
Бериллий, Ве	1287	2471
Кобальт, Со	1495	2927
Хром, Cr	1907	2671
Медь, Cu	1084,62	2562
Железо, Fe	1538	2861
Гафний, Hf	2233	4603
Иридий, Ir	2446	4428
Марганец, Mn	1246	2061
Молибден, Мо	2623	4639
Ниобий, Nb	2477	4744
Никель, Ni	1455	2913
Палладий, Pd	1554,9	2963
Платина, Pt	1768. 4	3825
Рений, Re	3186	5596
Родий, Rh	1964	3695
Рутений, Ru	2334	4150
Тантал, Та	3017	5458
Технеций, Тс	2157	4265
Торий, Th	1750	4788
Титан, Ti	1668	3287
Ванадий, V	1910	3407
Вольфрам, W	3422	5555
Цирконий, Zr	1855	4409

Самый легкоплавкий металл: свойства и использование

Вы можете назвать самый легкоплавкий металл? Подсказка: в нормальном состоянии он жидкий, серебристый и очень ядовитый. Догадались? В любом случае, давайте узнаем о нём побольше.

далее

Самый легкий металл. Какие существуют легкие металлы?

Первыми металлами, которые обнаружил человек, были золото, медь и серебро. Их применяли ещё в глубокой древности. Что представляют собой эти вещества? Какой металл самый легкий?

далее

Жаропрочная сталь: марка, подробное описание

Жаропрочная сталь: марки, обзор, применение, особенности. Жаропрочная сталь: подробное описание, фото. Для чего нужна жаропрочная сталь?

далее

Металл — определение. Виды и особенности металлов

Из 118 элементов известных человеку 94 относится к металлам. Это элементы, которые образуют простые вещества с характерным блеском, высокой пластичностью и ковкостью. Какими еще свойствами обладают металлы? На какие группы они подразделяются? …

далее

Самый прочный металл: какой он

Продолжительное время в производстве и вооружении основным материалом была сталь. Но сталь – не металл. Если точнее, то не совсем чистый металл. Это соединение железа с углеродом, в котором присутствуют и другие металлические добавки. Применяя …

далее

Применение ниобия. Производство ниобия в России

В настоящее время с развитием промышленности возникают потребности во все более качественных материалах. Одним из таких является ниобий. Применение этого вещества распространено не слишком сильно, но только потому, что цена на него довольно высока. Однако это вещество обладает отличными характеристиками.

далее

• Главная
• Образование
• / Среднее образование и школы

Химические свойства вольфрама. Характеристики и использование вольфрама

Каковы химические свойства вольфрама? Какие сплавы этого металла применяются чаще всего и где расположены его залежи? Вся информация о вольфраме – в статье.

далее

Самое тяжелое вещество во Вселенной. Плотность веществ на земле и во вселенной

Техногенная эволюция человеческой цивилизации с каждым последующим годом неуклонно движется вперёд. За последние сто лет произошёл скачок в развитии технологий, превосходящий достижения за две тысячи лет существования человечества. Познания становятся все шире и полнее. Почти каждый день совершаются новые грандиозные открытия, и мир узнает о получении новых материалов более прочных, текучих или сверхпроводящих. Открываются новые элементы с более тяжёлым удельным весом.

далее

Титан — металл. Свойства титана. Применение титана. Марки и химический состав титана

Вечный, загадочный, космический, материал будущего — все эти и многие другие эпитеты присваиваются в различных источниках титану. История открытия этого металла не была тривиальной: одновременно над выделением элемента в чистом виде трудились несколько ученых.

далее

Выплавка стали: технология, способы, сырье

Железную руду получают привычным способом: открытой или подземной добычей и последующей транспортировкой для первоначальной подготовки, где материал измельчается, промывается и перерабатывается.

далее

Какой самый твердый металл? (с картинками)

`;

Наука

Факт проверен

Самый твердый из известных металлов — стальной сплав, который часто делают еще тверже за счет добавления углерода и других элементов. С пределом прочности на разрыв 0,84 ГПа (122 000 фунтов на квадратный дюйм) и пределом текучести 0,64 ГПа (67 000 фунтов на квадратный дюйм) углеродистая сталь уступает по твердости только очень твердым неметаллам, таким как рубины, алмазы или агрегированные алмазные наностержни. Твердость определяется как сопротивление вещества истиранию или вдавливанию. Шкала Мооса ранжирует элементы по сравнительной твердости по шкале от 1 до 10, где 10 — самая твердая. Лучшие высокоуглеродистые стали оцениваются от 8 до 9.по шкале относительно рубина с 9 и алмаза с 10. Самые твердые металлы все еще несколько мягки по сравнению с самыми прочными неметаллами, исходя из самых сильных связей в химии, связи sp ₂ между атомами углерода.

Углеродистая сталь

Высокопрочная углеродистая сталь проходит процесс отпуска и отжига, при котором используется тепло, чтобы сделать ее более твердой. Хотя тепло делает металл более прочным, оно также делает его менее пластичным, а это означает, что он менее способен изгибаться и двигаться под нагрузкой. В сталь также добавляется углерод, после чего стальной легированный металл становится углеродистой сталью или усиленной сталью, самым твердым доступным металлом. Содержание углерода в самом твердом металле может достигать 2 процентов.

Углеродистая сталь

является одним из наиболее распространенных типов стали, вторым наиболее распространенным типом является нержавеющая сталь. Из-за высокой температуры плавления 2800 ° F (1537 ° C) большинство углеродистых сталей используются в строительных инструментах, таких как перфораторы и строительные дюбели. Иногда очень твердые металлы, такие как углеродистая сталь, нежелательны из-за других их свойств; углеродистая сталь, например, общеизвестно подвержена коррозии. Хотя это самый твердый металл, это не обязательно самый полезный материал для каждой работы.

Прочие твердые материалы

Хотя карбид вольфрама часто ошибочно принимают за самый твердый металл, на самом деле он представляет собой композитный материал, состоящий из вольфрама и углерода, часто с добавлением кобальта. Он используется как в вооруженных силах, так и в снаряжении для перезарядки оружия, а также является популярным выбором для мужских обручальных колец.

Иридий и титан также иногда ошибочно называют самыми твердыми металлами; хотя они тяжелые, они не самые тяжелые. Однако титан использовался для создания самых глубоководных подводных лодок в мире, а иридий известен как самый устойчивый к коррозии металл. Хром, имеющий показатель 8,5 по шкале Мооса, также является чрезвычайно твердым и часто добавляется в легированные стали для достижения этого качества. Обедненный уран, предпочтительный металл для корпусов танков, не тверже карбида вольфрама или углеродистой стали, но более плотный, что предпочтительнее для снарядов. Самый прочный элемент — углерод, но только в форме алмаза.

Майкл — давний участник AllTheScience, специализирующийся на темах, связанных с палеонтологией, физика, биология, астрономия, химия и футуризм. Помимо того, что он заядлый блоггер, Майкл особенно увлечен исследованиями стволовых клеток, регенеративной медициной и терапией продления жизни. Он также работал на Фонд Мафусаила, Институт искусственного интеллекта сингулярности и Фонд спасательных шлюпок.

Михаил Анисимов

Майкл — давний участник AllTheScience, специализирующийся на темах, связанных с палеонтологией, физика, биология, астрономия, химия и футуризм. Помимо того, что он заядлый блоггер, Майкл особенно увлечен исследованиями стволовых клеток, регенеративной медициной и терапией продления жизни. Он также работал на Фонд Мафусаила, Институт искусственного интеллекта сингулярности и Фонд спасательных шлюпок.

Вам также может понравиться

Рекомендуется

КАК ПОКАЗАНО НА:

Топ-5 самых прочных металлов в мире

« Назад ко всем новостям

В современном обществе мы полагаемся на различные металлы во всех сферах, особенно в строительстве и технологиях. Они формируют фундамент и каркас наших зданий, кузова наших автомобилей и замысловатые механизмы в наших любимых мобильных телефонах. Одним словом — они незаменимы. Хотя металлы, как правило, обладают множеством полезных свойств, есть одно особое свойство, которым все металлы обладают, и которое мы ценим больше всего: прочность. Итак, в этой статье команда Hill Metal Recycling расскажет о пяти самых прочных металлах на нашей планете.

Различные виды прочности

Прочность металла можно измерить четырьмя различными способами:

• Предел текучести – измеряет величину нагрузки, которую металл может выдержать до тех пор, пока не будет причинен ущерб.
• Прочность на сжатие – измеряет степень сжимающего напряжения, которое начинает вызывать повреждения.
• Прочность на растяжение – измеряет величину напряжения растяжения, которое может выдержать металл до тех пор, пока не будет нанесено повреждение.
• Ударная вязкость – измеряет наименьшее количество энергии удара, которое разрушает конкретный металл.

Пять самых прочных металлов

Осмий

Один из менее известных металлов в списке, осмий имеет голубовато-белый цвет, чрезвычайно прочен и имеет температуру плавления 3030 градусов по Цельсию. Кроме того, это один из самых плотных природных металлов. Благодаря своей исключительной прочности осмий обычно используется в наконечниках перьевых ручек и компонентах электрических цепей.

Сталь

Сталь, безусловно, является самым распространенным металлом в списке и использовалась людьми на протяжении веков; ежегодно производится примерно 1,3 миллиарда тонн стали! Он поддерживает наши здания, образует корпуса наших автомобилей и, возможно, является одним из самых полезных и распространенных материалов в современном мире. Это сплав железа и углерода, часто изготавливаемый из нержавеющей стали, частично состоящей из хрома.

Хром

Хром, возможно, самый прочный металл из пяти, имеет характерный серебристый цвет и, как было сказано ранее, обычно сплавляется со сталью для создания нержавеющей стали. Он имеет множество применений, например, хромирование, производство пигментов и даже дубление.

Титан

Титан, в отличие от осмия, имеет очень низкую плотность, но высокую прочность. Следовательно, титан известен тем, что имеет самое высокое отношение прочности на растяжение к плотности среди всех металлических элементов в периодической таблице. Титан часто сплавляют с железом и алюминием, создавая чрезвычайно легкие сплавы, которые бесценны в ряде приложений, таких как аэрокосмическая и военная техника.

Вольфрам

Вольфрам, особенно редкий металл, имеет серебристо-серый цвет и часто смешивается со сталью, что значительно увеличивает его ударную вязкость. Однако сам по себе вольфрам имеет самую высокую температуру плавления, а также самую высокую прочность на растяжение среди всех чистых металлов в периодической таблице, что делает его главным претендентом на звание самого прочного металла на планете.

Компания Hill Metal Recycling гордится тем, что является ведущим переработчиком черных и цветных металлов в Харлоу, Хартфордшир и прилегающих районах. Мы широко квалифицированы, опытны, а также связаны с DVLA и Агентством по охране окружающей среды.