Самые твердые металлы
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.
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.
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.
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.
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.
Месторождения хрома есть и в других государствах. Этот металл широко применяется в различных отраслях металлургии, науки, машиностроения и других.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Самые твердые металлы в Мире: обзор свойств и характеристик
Любая отрасль современной промышленности не может сегодня обойтись без металла. Изготовленные из такого вида сырья конструкции отличаются прочностью, долговечностью, надежностью и простотой ухода.
Производство металлических изделий представляет собой процесс, состоящий из определенных последовательных действий. Сначала металл режут, потом сгибают, варят, красят готовую конструкцию и только потом упаковывают для отправки заказчику. Естественно нельзя недооценивать важность металлического сырья, поэтому стоит владеть всей необходимой информацией о видах металла и его свойствах.
Какой металл самый прочный и твердый? Дать ответ, что сталь, значит не быть полностью достоверным. Ведь получить качественную сталь можно, только сплавляя железо с углеродом и с некоторыми металлами, выступающими в роли добавок. И только титан наделяет сплав особой твердостью.
Титан: все о совершенном металле
Изобретение данного технологичного металла датируется концом XVIII века. Его открытие произошло в двух странах с разницей в 6 лет. Пальма первенства в этом неоднозначном историческом событии принадлежит двум химикам: Грегору (Германия) и Клапроту (Англия). Прошло почти тридцать лет, когда впервые получили образец металлического титана.
Однако по причине своей хрупкости титан долго оставался не у дел. Только в 1925 году появился титан в своем чистом виде и сразу же стал предметом интереса для конструкторов и инженеров. Добывают металл из руды с помощью магниетермического способа, предложенного в 1940 году. Ценен титан своими физическими свойствами:
- высокой удельной прочностью;
- небольшой плотностью;
- способностью выдерживать нагрузки и оставаться прочным при высоких температурных показателях;
- устойчивостью к коррозии.
Добычу металла производят во многих странах мира: Китай, Япония, Россия, Индия, Украина, ЮАР. Сфера применения титана довольно разнообразна: военная промышленность, медицина (изготовление остепротезов), производство ювелирных изделий и спортивного оборудования. Не обходятся без него и химическая промышленность, кораблестроение, авиационная отрасль экономики и ракетостроение.
Обзор твердых металлов с максимальными показателями плотности
Можно ли с помощью какого-то элемента определить возраст различных слоев земли? Несомненно! Это прерогатива иридия, изобретение которого датируется 1803 годом.
Осмий был обнаружен в осадке платины, которую растворили в царской водке (смесь двух кислот: соляной и азотной). Отличается максимальной устойчивостью к механическим воздействиям. Его добычей занимаются на рудниках Америки и России, находят его залежи и в ЮАР. Падающие железные метеориты доставляют нам землянам осмий из других планет. В Казахстане был обнаружен осмий-187, способный определить возраст этих необычных образований. В промышленности используют сплав осмия с вольфрамом для производства ламп накаливания. Осмий служит катализатором в процессе изготовления нашатырного спирта.
Среди самых чистых металлов по твердости выделяют хром. Он отличается:
- широкой распространенностью в природе;
- разнообразием окраски своих соединений;
- легкостью к проведению механической обработки.
Своему появлению на свет хром обязан окрестностям Екатеринбурга. Именно там, в 1766 году и был обнаружен голубовато-белый металл. Добыча этого «сибирского красного свинца» (первоначальное название минерала) производится в России, Казахстане, Зимбабве, ЮАР. Бразилия, Индия, Армения и Мадагаскар также содержат залежи данного металла.
Статус самого твердого в мире металла принадлежит по праву вольфраму. Ни один из металлических элементов не может превзойти его по температуре плавления. Самое удивительное, что вольфрам довольно гибок и податлив, что характеризует его как идеальный материал для ковки любых необходимых деталей (даже мелкие элементы для осветительных приборов и детали к телевизорам выплавляются из него).
Между тем высокий показатель плотности вольфрама (разнится от золота несколькими десятыми) позволяет использовать данный элемент для изготовления противовесов и артиллерийских снарядов.
Какой самый твердый из известных металлов?
••• Jupiterimages/Photos.com/Getty Images
Обновлено 24 апреля 2017 г.
Автор Дэвид Кеннеди
Твердость — это относительный термин применительно к материалам, как металлическим, так и неметаллическим. Как правило, твердость включает высокую температуру плавления, устойчивость к царапанью и высокую устойчивость к деформации под давлением. Хром является одним из самых твердых металлических элементов по сравнению с переходными металлами, такими как медь и железо, щелочными металлами, включая натрий, и постпереходными металлами, такими как свинец. Однако соединения и сплавы металлов и других элементов могут быть тверже, чем в чистом виде.
Шкалы твердости
Твердость — это свойство, которое на первый взгляд кажется простым, но имеет сложные аспекты, которые обнаруживаются при тщательном изучении. Для оценки и сравнения твердости материалов ученые разработали ряд тестов и измерительных шкал.
Например, шкала Мооса — это система относительных оценок, которая сравнивает устойчивость материалов к царапинам. Таким образом, если материал A может поцарапать вещество B, то A должен быть тверже, чем B, и A получает более высокое число Мооса. Самым твердым веществом по шкале Мооса является алмаз с оценкой 10, а самым мягким — тальк с оценкой 1. По шкале Виккерса используется алмазный индентор в форме правильной пирамиды, который затем вдавливается в испытуемый материал на 10 до 15 секунд и сообщается как VHN или число твердости по Виккерсу.
Сплавы стали
Сталь представляет собой сплав железа, углерода и других материалов; ряд сталей предлагает множество различных свойств, включая твердость. Хром добавляется для повышения коррозионной и химической стойкости, а также повышения твердости и жаропрочности. Бор, никель, молибден, ниобий и титан могут добавлять упрочняющие и упрочняющие свойства. Комбинация этих различных веществ может производить одни из самых твердых металлов.
Карбид вольфрама
Карбид вольфрама 857 состоит из 85,7% карбида вольфрама, 9,5% никеля, 1,8% тантала, 1,5% титана, 1% ниобия и 0,3% хрома. Эта форма карбида вольфрама измеряется между 8 и 9 по шкале Мооса. Он в четыре раза тверже титана.
Хром
С рейтингом Мооса 8,5 хром является самым твердым чистым элементарным металлом; однако стали, в которых используется хром, тверже, чем этот элемент сам по себе. Лишь следовые количества хрома необходимы для придания стали значительной твердости. Помимо использования в сплавах, хромирование добавляет тонкое покрытие металла к другим материалам, обеспечивая блестящую, твердую внешнюю «оболочку», которая также противостоит коррозии.
Соединения металлов
При химическом соединении с другими элементами некоторые металлы могут образовывать чрезвычайно твердые вещества. Например, редкие металлы рений и осмий в сочетании с бором образуют соединения, которые намного тверже стали; на самом деле известно, что диборид осмия царапает алмаз, самое твердое известное вещество, встречающееся в природе.
Похожие статьи
Ссылки
- Gordonengland.co.uk
- American Elements: Chromium
- Калифорнийский университет: Ученые Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разрабатывают новый сверхтвердый материал
Об авторе
Дэвид Кеннеди учился в Университете Пердью в Вест-Лафайет, штат Индиана. После получения степени бакалавра гуманитарных наук в области творческого письма он продолжил свою писательскую карьеру, внештатно работая онлайн в Demand Studios. Кеннеди пишет информационные статьи о здоровье, медицине, промышленности, компьютерах и образовании.
Фото Кредиты
Jupiterimages/Photos.com/Getty Images
Какие металлы самые прочные и твердые?
Человеческие технологии совершенствуются с каждым днем все больше и больше. Современные промышленные процессы требуют материалов, способных выдерживать огромное давление, сохраняя при этом свою форму и целостность. Для этого инженеры обычно обращаются к металлам из-за их широкой доступности и пластичности.
Но какой металл самый прочный и насколько он прочный?
Ответ на этот вопрос зависит от того, как сформулирован сам вопрос. Имеет ли значение практичность использования металла в любом значительном количестве? Должен ли это быть натуральный металл или рассматриваются сплавы? В чем разница между прочностью и твердостью? В этой статье делается попытка изучить несколько ответов на этот вопрос, охватывая каждый металл претензией на титул и аргументируя его правоту.
Примечание: Для ясности, рассматриваемая «прочность» представляет собой предел прочности при растяжении, то есть силу, которую объект может выдержать до деформации, если не указано иное.
Самый прочный природный металл: вольфрам
Что касается чистых металлов, то вольфрам обладает самой высокой прочностью на растяжение с предельной прочностью 1510 мегапаскалей. Вольфрам также имеет самую высокую температуру плавления среди всех нелегированных металлов и вторую самую высокую температуру плавления во всей таблице Менделеева — только углерод может выдерживать более высокие температуры.
Вольфрам очень плотный и хрупкий, что затрудняет работу с ним во всех формах, кроме самых чистых. Вольфрам обычно используется в электротехнике и в военных целях, и вы можете найти вольфрамовые нити накаливания в лампочках и вольфрамовом покрытии, которое добавляет реальной мощности снарядам. Он также является обычным компонентом стали и других сплавов, где даже небольшое количество может значительно увеличить прочность сплава.
Мегапаскаль (МПа) — это метрическая единица измерения давления, в основном используемая в гидравлических системах для измерения высокого давления, равная 1 000 000 ньютонов на квадратный метр (паскаль). 1 МПа равен 10 Бар.
Самый прочный сплав: сталь
Сплавы постоянно меняются, поскольку исследователи пытаются создать все более прочные комбинации элементов. Как правило, самый прочный сплав — это сталь, смешанная с несколькими другими элементами. Сплавы ванадиевой стали кажутся особенно перспективными: несколько компаний выпускают варианты с пределом прочности до 5205 МПа.
Сталь, имеющая это отличие, называется Micro-Melt® 10 Tough Treated Tool Steel.
Сталь сама по себе представляет собой сплав железа и углерода, хотя могут использоваться и другие элементы. Сталь — универсальный сплав, а это означает, что ее форма может соответствовать практически любым спецификациям. Сталь использовалась на протяжении тысячелетий, но стала более точной наукой в эпоху Возрождения (1300-1700).
Самый твердый металл: хром
«Твердость» минерала обычно определяется по шкале Мооса и определяется как устойчивость минерала к царапинам. Алмазы — самые твердые минералы, известные человеку, но какой самый твердый металл? Эта честь принадлежит хрому, металлу, наиболее известному как ключевой компонент нержавеющей стали. Хром также широко используется в хромировании, которое действует как форма защиты от коррозии и физических повреждений.
Уникальные свойства хрома известны со времен династии Цинь в Китае, когда оружие и доспехи были покрыты металлом и сохранились до наших дней, не подверженные коррозии и в идеальном состоянии.