Самый тяжелый и легкий металл: Самый легкий металл, самые легкие металлы на планете

Самый легкий металл, самые легкие металлы на планете

Слово «металл» привычно ассоциируется с большим весом. Но это совсем не так – некоторые металлы настолько легкие, что даже не тонут в воде. А некоторые весят в сотню раз меньше пенопласта и все равно остаются прочным металлом. Возможно, вас также заинтересует статься про самые дорогие металлы в мире.

Узнай все о самом легком металле

Самый легкий металл в мире

Литий

Самый легкий металл, известный науке, это, безусловно, литий. Как и остальные легчайшие металлы, он относится к группе щелочных металлов, которой свойственная высокая химическая активность. Плотность лития – 0,534 грамма на кубический сантиметр, т.е. он почти вдвое легче воды. Более того, литий может плавать даже в керосине, поэтому для его хранения, как правило, используют минеральное масло, петролейный эфир, газолин или парафин.

Литий — мягкий металл, легко режется ножом

Литий в 40 раз легче одних из самых тяжелых и прочных металлов, известных науке, – осмия и иридия (22,587 г/см3). Молярная масса лития — 6,941 г/моль. Порядковый номер в таблице Менделеева – 3. Литий был выделен из минерала петалита шведским химиком Иоганном Арфведсоном в 1817 году. В природе литий встречается преимущественно в составе горных пород (примерно 21 грамм на тонну). Спустя семь лет литий впервые синтезировали лабораторным путем. Внешне этот пластичный и мягкий металл напоминает лед и даже имеет схожий серебристый оттенок. Чтобы расплавить литий, потребуется температура в 181 C0.

Удивительный литий и его свойства

В чистом виде этот легкий металл не используется, так как он чересчур активно взаимодействует с окружающей его средой. Обычно литий сплавляют с натрием или другими легкими металлами. Без лития не обходятся при изготовлении пиротехники, термоядерного оружия, оптики; также литий часто используется в качестве окислителя. Активное применение литию нашли в фармацевтике, пищевой, текстильной и силикатной промышленности. Некоторые сплавы лития оказались полезными даже в электронике и авиакосмической промышленности.

Литий весьма токсичен

Другие металлы щелочной группы также относят к самым легким, хотя они и уступают литию. Следом за литием идут калий (0,856 г/см3) и натрия (0,971 г/см3). Они также не тонут в воде. Остальные щелочные металлы (рубидий, цезий, франций) тяжелее воды.

Самый легкий и прочный металл

Алюминий

В поисках золотой середины между легкостью и прочностью большинство химиков сходятся во мнении – таковым металлом является алюминий.

Алюминий – золотая середина между легкими и прочными металлами

Алюминий был открыт в 1825 году датчанином Эрстедом. Первым изделием, изготовленным из алюминия, стала детская погремушка. С тех пор неприхотливому в обработке металлу нашлось столь широкое применение, что это вещество по праву получило звание металла XX века. Из него производят все, без чего нельзя представить наш современный быт: от строительных конструкций до садового инвентаря, фурнитуры и столовых приборов.

Самый легкий искусственный металл

Микролаттис

Известно, что самый легкий природный металл – литий. Однако в 2015 году ученые Калифорнийского университета продемонстрировали сверхлегкий материал по прочности схожий с металлами, но в сотню раз легче пенопласта. Он на 99,99% состоит из воздуха. При этом толщина его стенок составляет всего 100 нанометров – в тысячу раз тоньше человеческого волоса.

Если положить кусок микролаттиса на одуванчик, цветок, чью «шапку» может разрушить даже легкое дуновение ветерка, не деформируется.

Микролаттис так легок, что не деформирует одуванчики

Структура микролаттиса напоминает человеческие кости. Материал имеет такую же ячеистую структуру, состоящую из полых никелевых трубок, пересекающихся крест-накрест. Благодаря строению материал способен выдерживать колоссальные для своего веса нагрузки.

Микролаттис под микроскопом

Компания Boeing незамедлительно объявила о намерении использовать микролаттис для «самолетов будущего».

Какой металл самый легкий?

​

В сознании многих людей металлы ассоциируются с чем-то тяжелым и твердым. Но в то же время есть металлические элементы, которые легче воды и не тонут в ней, а плавают на поверхности. Это происходит из-за больших размеров атомов и как следствие малой плотности. Так какой же металл самый легкий? Достаточно взглянуть на периодическую систему Менделеева, чтобы понять, что это литий. Он почти вдвое легче воды.

 

Основные свойства лития

 

Плотность лития составляет всего 0,543 грамма на сантиметр кубический. Металл входит в щелочную группу, которая характеризуется очень высокой химической активностью. Поэтому в природе литий образует сложные многоэлементные соединения, входящие в состав горных пород. При этом литий является самым неактивным щелочным металлом, так что достаточно устойчиво проявляет себя после выделение в чистом виде. Физические свойства самого легкого металла на Земле выглядят следующим образом: в нормальных условиях серебристо-белый металл, мягкий (можно резать ножом), ковкий и пластичный. Температура плавления — 181 градус по Цельсию. Атомная масса — 6,941 грамм на моль.

 

 

Химические свойства характерны для металлов щелочной группы. Но литий, в отличие от остальных щелочных элементов при комнатной температуре медленно реагирует с кислородом и другими веществами. Зато при нагревании вступает в реакцию с газами, кислотами и основаниями. При нагревании до 300 градусов по Цельсию литий самовоспламеняется и горит красно-синим пламенем. В отличие от остальных элементов щелочной группы покрывается устойчивой оксидной пленкой и перестает реагировать с кислородом.

 

 

Литий не хранят в керосине, так как из-за малой плотности он плавает на поверхности. Для его длительного хранения используют петролейный эфир, парафин, газолин или минеральное масло. В качестве емкости применяют жестяные банки с герметично закрывающимися крышками. Литий является токсичным веществом и при попадании на открытые участки кожи вызывает зуд, раздражение и ожоги, поэтому при работе с ним необходимо использовать специальную защитную одежду. Пары лития обжигают верхние дыхательные пути, так что нужно позаботиться и о защите органов дыхания.

 

Технология производства лития

 

Производство самого легкого металла в мире сводится к разложению его природных соединений. Это достаточно трудоемкая процедура ввиду большого количества составных элементов. Содержание лития в добываемом сырье в среднем составляет 21 грамм на одну тонну. В промышленном производстве используют три метода разложения соединений лития: известковый, сульфатный и сернокислотный. Первые два подразумевают спекание руды с оксидом/карбонатом кальция или сульфатом калия.

 

 

Протекает процедура при температуре 250-300 градусов. Затем полученную массу обрабатывают водой, получая карбонат или сульфат лития. После этого проводится процедура хлорирования с целью получения хлорида лития. И, наконец, окончательную процедуру разделения проводят при помощи электролиза расплава в присутствии хлорида калия или бария, которые понижают температуру плавления литиевого хлорида. Чистый металл оседает на катоде, откуда его можно собирать для дальнейшей переработки.

 

 

 

Сернокислотный способ подразумевает растворение руды в серной кислоте с образованием сульфата лития. Дальнейшая процедура протекает по указанной выше схеме. Самый легкий металл применяется для производства эффективных полупроводников в сплавах с другими металлами, из него изготавливают аноды, используемые затем в процедурах электролиза, литий входит в состав ракетного топлива, в металлургии применяется в качестве сильного восстановителя менее активных металлов. В качестве различных соединений литий используется в производстве продукции для многих отраслей промышленности и народного хозяйства.

 

Алюминий

 

Если же брать самый крепкий и легкий металл, то им принято считать алюминий. Его плотность составляет 2,7 грамм на сантиметр кубический. Этот металл достаточно распространен в природе и получил широкое применение в промышленности. Многие сплавы алюминия прочнее стали и при этом гораздо легче нее. Уже сейчас использование алюминиевых конструкций в строительной сфере вышло на новый уровень.

 

 

К тому же этот элемент гораздо более стойко переносит воздействие коррозии и не требует для этого дополнительной закалки. Алюминий входит в состав авиационных сплавов, из которых изготавливают обшивку самолетов. Некоторые ученые предполагают, что в будущем его сплавы смогут полностью вытеснить сталь.

 

К тому же не прекращаются опыты по выделению новых элементов, сочетающих в себе положительные черты существующих веществ, но лишенные их природных недостатков. Так что возможно вскоре будет открыт новый самый легкий и прочный металл, который заявит о себе во всеуслышание.

Какие металлы самые тяжелые?

Обновлено 10 апреля 2018 г.

Клэр Гиллеспи

Когда вы говорите о том, насколько тяжел металл, на самом деле вы говорите о его плотности. Плотность — это мера того, насколько плотно материя упакована вместе. Когда вы посмотрите на плотность различных металлов, вы можете быть удивлены. Вы можете думать, что свинец очень плотный, но многие другие металлы имеют гораздо большую плотность.

TL;DR (слишком длинно, не читал)

Осмий и иридий — самые плотные металлы в мире, но относительная атомная масса — еще один способ измерения «веса». Самыми тяжелыми металлами по относительной атомной массе являются плутоний и уран.

Плотность и атомный вес

Говоря о тяжелых металлах, нужно различать плотность и атомный вес. Плотность материала – это масса на единицу объема. Плотность измеряется в килограммах на кубический метр (кг/м ³ ) или граммах на кубический см (г/см ³ ). Плотность влияет на взаимодействие различных материалов. Например, многие типы металлов тонут в воде, потому что металл имеет более высокую плотность (т. е. более плотный), чем вода.

С другой стороны, атомный вес – это средняя масса атомов элемента. Единица атомного веса, которая является безразмерной, основана на одной двенадцатой (0,0833) веса атома углерода-12 в его основном состоянии. Другими словами, атому углерода-12 присваивается 12 атомных единиц массы. Атомный вес более широко известен как относительная атомная масса, чтобы избежать путаницы, потому что атомная масса не совсем то же самое, что атомный вес, а «вес» подразумевает силу, действующую в гравитационном поле, измеряемую в единицах силы, таких как ньютоны.

Наиболее плотные металлы

Осмий и иридий являются наиболее плотными металлами. Другими словами, их атомы в твердом состоянии упакованы более плотно, чем атомы других металлов. При плотности 22,6 г/см ³ и 22,4 г/см ³ соответственно осмий и иридий примерно в два раза плотнее свинца, который имеет плотность 11,3 г/см ³ . Осмий и иридий были открыты английским химиком Смитсоном Теннантом в 1803 году. Осмий редко используется в чистом виде и в основном смешивается с другими плотными металлами, такими как платина, для создания очень прочного хирургического оборудования. Иридий в основном используется в качестве упрочнителя платиновых сплавов для оборудования, которое должно выдерживать высокие температуры. Платина имеет плотность 21,45 г/см ³ . Он плохо смешивается с другими элементами и в чистом виде используется в каталитических нейтрализаторах, лабораторном оборудовании, стоматологическом оборудовании и ювелирных изделиях.

Самый тяжелый металл по относительной атомной массе

Самым тяжелым природным элементом является плутоний (атомный номер 94, относительная атомная масса 244,0). Другими тяжелыми металлами с точки зрения относительной атомной массы являются уран (атомный номер 92, относительная атомная масса 238,0289), радий (атомный номер 88, относительная атомная масса 226,0254) и радон (атомный номер 86, относительная атомная масса 222,0). Оганесон (атомный номер 118) — самый тяжелый элемент в периодической таблице, но это синтетический элемент, который нельзя наблюдать в природе. Литий (атомный номер 3, относительная атомная масса 6,941) — самый легкий металл по относительной атомной массе.

Определение тяжелого металла

Правильное определение тяжелого металла на самом деле не имеет ничего общего с относительной атомной массой или плотностью. Любой токсичный металл может быть назван тяжелым металлом, включая свинец, ртуть, мышьяк, кадмий, цезий, хром, селен, серебро, никель, медь, алюминий, молибден, стронций, уран, кобальт, цинк и марганец, которые существуют в природе. на земле.

Могут ли тяжелые предметы плавать в Меркурии?

••• Comstock/Stockbyte/Getty Images

Обновлено 25 апреля 2017 г.

Автор: John Papiewski

Жидкий металл, ртуть, позволяет наглядно продемонстрировать плотность и плавучесть. Вы можете, например, плавать тяжелые предметы, такие как кирпичи и гантели, в достаточно большом контейнере с ртутью, потому что ее плотность больше, чем у свинца. Однако некоторые элементы еще более плотные, и предметы, сделанные из этих веществ, тонут в ртути.

Плотность вещества

Все вещества обладают свойством, называемым плотностью, которая представляет собой массу, деленную на объем. Если вы знаете вещество, из которого сделан объект, вы можете найти плотность, измерить объем и найти массу, умножив объем на плотность. Элементы в верхней части периодической таблицы, как правило, имеют более низкую плотность; те, что ближе к низу, имеют наибольшую плотность. Плотность ртути, которая является элементом номер 80 из 118, перечисленных в периодической таблице, составляет 13,55 грамма на кубический сантиметр.

Почему вещи плавают?

Примеров плавающих вещей предостаточно в природе и повседневной жизни: вы можете увидеть облака, плывущие по небу, или пробку, плывущую по воде. Всякий раз, когда вы видите плавающий объект, его плотность ниже плотности вещества под ним. Согласно принципу Архимеда, предмет, помещенный в жидкость, вытеснит часть жидкости; вес вытесненной жидкости создает выталкивающую силу, сила которой равна весу. Если сила больше, чем вес объекта, объект плавает. Поскольку плотность ртути очень высока, предметы, которые вы можете считать тяжелыми, такие как свинцовые гири или стальной шарикоподшипник, будут плавать в ней.

Плавание в ртути

Поскольку плотность ртути высока, большинство других веществ будут плавать в ней. Сюда входят металлы, такие как никель, железо и медь, а также смешанные вещества, такие как большинство видов камня и органических материалов, таких как пластмассы и дерево. Те жидкости и газы, которые имеют меньшую плотность, чем ртуть, также будут плавать в ней.

То, что не всплывет

Несколько элементов плотнее ртути, и предметы, сделанные из этих веществ, утонут в ней. Некоторые драгоценные металлы, в том числе золото плотностью 190,3 грамма на кубический сантиметр, платина с 21,4 и иридий с 22,65 — утонут в ртутной ванне. Многие актинидные элементы, радиоактивные вещества, находящиеся в самом низу периодической таблицы, также имеют очень высокую плотность и тонут в ртути. Плутоний, например, имеет плотность 19,84 грамма на кубический сантиметр. Америций, еще один актинидный элемент, немного плотнее ртути и имеет плотность 13,84 грамма на кубический сантиметр.

Связанные статьи

Ссылки

• Университет штата Джорджия: Меркурий
• Инженерный инструментарий: Металлы и сплавы — Плотность
• Управление военно-морских исследований: Подводные лодки: как они работают — Принцип Архимеда
• Лаборатория Джефферсона: Плутоний
• Лаборатория Джефферсона: Америций 900 74

Об авторе

Уроженец Чикаго Джон Папевски имеет степень по физике и пишет с 1991 года.