Что мягче золото или алюминий

Механические свойства металлов.

Прочность. Прочностью называют свойство твердых тел сопротивляется разрушению, а также необратимыми изменениями формы. Основным показателем прочности является временное сопротивление, определяемое при разрыве цилиндрического образца, предварительно подвергнутого отжигу. По прочности металлы можно разделить на следующие группы:

К ртути понятие прочности неприменимо, поскольку это жидкость.

Временное сопротивление металлов указано в таблице 10.

Таблица 10. Прочность металлов

По степени пластичности металлы принято подразделять следующим образом:

Высокая очистка хрупких металлов несколько повышает пластичность. Сплавы, полученные на их основе, почти не поддаются обработке давлением. Промышленные изделия из них часто получают путем литья. Относительное удлинение металлов характеризует таблица 11.

Таблица 11. Пластичность металлов.

Таблица 12. Твердость металлов.

Таблица 13. Модуль Юнга металлов при 20 o С.

Источник

Самые мягкие металлы в мире

Насколько золото мягкое, и как используется это свойство металла?

Этот металл достаточно сильно распылен в природе. Золото содержится в морской воде, в человеческом организме, его можно обнаружить практически в любом осколке гранита. И это притом, что золота лишь миллионные доли процента в земной коре.

В чистом виде цвет этого металла – желтый с оттенком красного, что отличает его от всех других металлов. Золото является мягким благородным металлом. Под действием окружающей среды оно легко разрушается.

В чистом виде это настолько мягкий металл, что его несложно поцарапать даже ногтем. Известно, что из одного грамма данного металла можно вытянуть трехкилометровую проволоку, так же грамма будет достаточно, чтобы изготовить тончайшую золотую фольгу, которая будет в сотни раз тоньше волоса человека, при этом будет гнуться не ломаясь.

По механической прочности и по своей химической стойкости этот драгметалл уступает почти всем платиноидам, но он незаменим для электрических контактов. Именно поэтому в микроэлектронике повсеместно используются гальванические покрытия и золотые проводники. В ядерных исследованиях не обходится без золота, где его используют как мишень. Применяют его и в нейтронной бомбе в качестве нейтронной оболочки.

Источник

Самый крепкие и мягкие металлы

Практическое применение металлов играет большую роль в жизни людей: от железобетонных конструкций домов до медицинских протезов и строительства космических ракет − везде участвуют различные виды соединений. Рассмотрим как наиболее твердые, так и самые мягкие из них.

Самые крепкие металлы

В качестве вспомогательной оценки твердости металлов в списке будут приведены данные по десятибалльной шкале Мооса. Она строится по принципу крепости того или иного вещества посредством легкости его разрушения относительно принятых за эталон 10 минералов.

Титан

Свое название титан получил в честь персонажа древнегреческой мифологии благодаря немецкому химику Мартину Клапроту. Механическая прочность этого металла превышает крепость алюминия в 4 раза, железа − в 2. Он также обладает устойчивостью к коррозиям и легкостью, ввиду чего используется для изготовления бронежилетов в военной промышленности, брони в авиации, протезов в медицине, его широко применяют в ювелирном деле. Твердость по шкале Мооса − 6.0.

Свое название уран так же, как и титан, получил от химика Мартина Клапорта. Однако, в этот раз ученый решил назвать новый открытый элемент в честь самой далекой из известных на 1789 год планет.

Тяжелый металл, в чистом виде немного легче стали. Уран радиоактивен и представляет серьезную опасность для человека. Его количество в земной коре в 1000 раз превышает концентрацию золота и в 30 − серебра. Изотоп урана-235 используется в ядерной энергетике ввиду того, что этот элемент наделен большим содержанием потенциальной энергии. Твердость по шкале Мооса − 6.0.

Вольфрам

Вольфрам относится к тяжелым и прочным металлам, обладает устойчивостью к коррозии, очень слабо взаимодействует с крайне опасными в мире химии веществами, уничтожающими многое. Вступает в реакцию с концентрированной соляной и разбавленной серной кислотами.

Благодаря своей прочности и тугоплавкости металл используется для изготовления нитей накаливания в осветительных приборах. Также ввиду высокой плотности вольфрам пригоден для защиты от ионизирующего излучения. Твердость по шкале Мооса − 9.0.

Рений

Свое название рений получил в честь реки Рейн, проистекающей в Германии. Металл один из наиболее редких на планете по содержанию в земной коре. Самое большое месторождение элемента находится в России: по предварительной оценке запасы на Курильских островах составляют 10-15 т этого вещества.

Рений − жесткий металл, обладает хорошей прочностью и высокой плотностью. Элемент еще более устойчив к окислению, чем вольфрам, он почти не растворяется в соляной и серной кислотах даже при нагревании. Ввиду своей редкости обладает высокой стоимостью, поэтому его физические и химические свойства используются в малом количестве областей и там, где он необходим. Рений применяют в изготовлении реактивных двигателей, в целом он незаменим в военной промышленности. Твердость по шкале Мооса − 7.0.

Бериллий

Бериллий − один из самых твердых металлов на Земле.

Свое название получил от древнегреческого слова «глиций», которое означает «сладкий». Дело в том, что растворимые в воде соединения этого металла имеют сладковатый вкус.

Бериллий используют для получения более крепких сплавов: добавление элемента повышает их твердость, прочность и устойчивость к коррозиям. Также металл обладает свойством слабого поглощения рентгеновского излучения, благодаря чему из него изготавливают детали различных аппаратов. Бериллий используется и в атомных реакторах − из него делают отражатели нейтронов. Твердость по шкале Мооса − 5.5.

Хром получил свое название от греческого слова «χρῶμα» и означает «цвет». Название дано металлу благодаря тому, что его соединения имеют различную окраску. Большое содержание этого элемента в земной коре отмечается в ЮАР − 1 место в мире, Казахстане − 2 место, а также еще 8 странах, расположенных преимущественно в Азии и Африке.

Самая крепкая сталь, как правило, получается при добавлении в нее хрома. Этот металл используется в качестве покрытий, повышающих износостойкость того, на что он нанесен. Применение вещества встречается в аэрокосмической промышленности: хром незаменим в изготовлении сопел плазмотронов. Твердость по шкале Мооса − 8.5.

Хром является биогенным элементом и входит в состав тканей всех растений и животных. У последних он участвует в регуляции липидного, белкового и углеводного обменов, недостаток металла в организме способен привести к повышению холестерина в крови.

Тантал

Свое название тантал получил в честь героя древнегреческой мифологии, когда все первые попытки химиков выделить металл в чистом виде при его открытии в 1802 году не увенчались успехом. Элемент относится к редким, его содержание в земной коре не превышает 0,0002%.

Месторождения тантала находятся в 12 странах мира, расположенных в Австралии, Азии, Африке,Северной Америке и Европе.

Тантал обладает удивительными физическими характеристиками: несмотря на свою прочность, он гибкий, как золото.

Химические свойства металла так же поражают: его устойчивость к реагентам схожа со стеклом. Элемент используется в атомной промышленности, авиакосмической технике, медицине и даже ювелирном деле. Твердость по шкале Мооса − 6.5.

Иридий

Самый твердый металл на сегодня, его тугоплавкость и устойчивость к кислотам пока не сыскали равных. Иридий обладает устойчивостью к коррозиям, в природе он практически не встречается, поэтому высокое нахождение металла в земных породах свидетельствует о метеоритном происхождении месторождений. Элемент является еще более редким, чем золото и платина. В число стран, где в природе встречается содержание этого металла, входят ЮАР, Канада, Россия, США, Новая Гвинея.

Высокая твердость и тугоплавкость иридия делают его тяжело поддающимся обработке. Металл не вступает в химическую реакцию ни с одной из известных человечеству кислот. Один из изомеров иридия используется в атомной энергетике, сам элемент нашел применение в машиностроении, авиации, производстве космических аппаратов, ювелирном деле. Твердость по шкале Мооса − 6.5.

Самый мягкий металл

Самый мягкий элемент во Вселенной − ртуть. Элемент является единственным, находящимся в жидком состоянии при нормальных условиях: тех, в которых привычно и комфортно существовать людям. Вещество ядовито − пары ртути, попавшие в организм человека, способны привести к тяжелому отравлению. Элемент редко встречается в земной коре, его месторождения находятся в 8 странах мира, расположенных на Кавказе, в Европе и Азии.

Ртуть известна человечеству с незапамятных времен: до открытия своих ядовитых качеств она применялась в медицине в составе антисептиков, мочегонных и слабительных. На сегодня этот металл используется для изготовления термометров, люминесцентных ламп, датчиков положения, детекторов радиационного излучения.

Твердость по шкале Мооса у ртути не может быть измерена ввиду ее чрезвычайной мягкости.

Определить крепость и твердость металла непросто: всегда важно учитывать все критерии оценки, благодаря которым прочность элементов будет различаться в зависимости от выбранного признака.

Видео в тему

Источник

Самый мягкий металл

О том, какой металл самый мягкий, можно рассуждать довольно долго, если учитывать различные параметры. К примеру, многим известно, что золото в чистом виде является очень мягким металлом. Его очень просто поцарапать ногтем или сделать из нескольких грамм данного металла тончайшую проволоку.

Благодаря необычайной мягкости золота можно изготавливать из него любой формы драгоценные изделия, чем и пользуются ювелиры. Однако золото – это не самый мягкий металл. Зато таким с уверенностью можно назвать галлий.

Галлий: характеристики

Данный элемент представляет собой довольно пластичный металл, который отличается серебристым цветом и имеет синеватый оттенок. Расположен самый мягкий металл в мире в таблице Менделеева под номером 31. В природе этот металл не встречается в чистом виде, а извлекают его из цинковой руды или бокситов, которые содержат галлий в огромных количествах.

Однако вряд ли можно считать галлий самым мягким, если он оказывается под воздействием низких температурных режимов. В этом случае он является очень даже твердым. Но стоит лишь температуре воздуха подняться до отметки в плюс 29,8 градусов, как галлий начинает плавиться. Чтобы расплавить такой металл, можно лишь положить его в руку.

А уж если ложка, изготовленная из галлия, окажется в горячем чае, то процесс плавления пойдет еще быстрее. При температуре плюс 500 градусов данный металл и вовсе становится настолько «агрессивным», что способен разъедать множество металлов (исключением будет вольфрам). Например, если разогретая до такой температуры капля галлия окажется на банке из алюминия, то примерно через тридцать минут структура банки слабеет, и она раскрошится, словно тонкий лед от механического воздействия.

Есть возможность даже наблюдать, как галлий напоминает сердце, которое бьется, – выполняется эксперимент, когда представитель наиболее мягких элементов начинает совершать активные движения и даже напоминает при этом совершенно неизведанную форму жизни. А происходит это так – расплавленный галлий в виде одной капли соприкасается с кончиком гвоздя. При этом капля сначала продолжает плавиться, а затем, когда контакт заканчивается, снова собирается. В результате получается довольно эффектное зрелище, за которым хочется наблюдать и наблюдать.

Назначение мягкого металла

Особой роли с биологической точки зрения у данного металла не имеется. Но с того самого момента, когда он впервые был обнаружен (в 1875г.), галлий используется в микроэлектронике. Широко его используют также в фармацевтическом производстве. В наше время для создания микроволновых схем и инфракрасных приложений используют арсенид галлия.

Кроме того, что данный металл признан наиболее мягким, он является еще и дорогостоящим. К примеру, в 2005 году за 1000 килограммов данного металла покупателям приходилось выкладывать чуть больше одного миллиона долларов.

Другие мягкие металлы

Возможно, что некоторым приходит на ум противопоставить галлию ртуть, ведь она изначально является жидким металлом, а значит, тоже имеет право называться самой мягкой. Однако есть и еще несколько элементов из таблицы Менделеева, которые тоже могут считаться одними из самых мягких. Этот цезий, калий и рубидий.

Наиболее мягким элементом при комнатной температуре считается цезий. Он является щелочным металлом, имеющим серебристо-желтый цвет. В переводе с латинского «цезий» означает «небесно-голубой». А все потому, что цезий имеет две ярко-синие линии в эмиссионном спектре.

Встречающийся лишь в соединениях с другими элементами калий является щелочным металлом, обладающим серебристо-белым цветом. Он способен мгновенно окисляться на воздухе и оперативно вступать с водой в химическую реакцию, при которой получается щелочь.

И еще одним из наиболее мягких можно назвать рубидий, который тоже является щелочным металлом. Данный элемент представляет собой простой металл, обладающий серебристо-белым цветом.

Источник

14 различных типов металлов

Термин «металл» происходит от греческого слова «metalléuō», что означает выкапываю или добываю из земли. Наша планета содержит много металла. На самом деле из 118 элементов периодической системы порядка 95 являются металлами.

Это число не является точным, потому что граница между металлами и неметаллами довольно расплывчата: нет стандартного определения металлоида, как нет и полного согласия относительно элементов, соответствующим образом классифицированных как таковые.

Сегодня мы используем различные виды металлов, даже не замечая их. Начиная с зажимов в сантехнике и заканчивая устройством, которое вы используете для чтения этой статьи, все они сделаны из определенных металлов. Фактически, некоторые металлические элементы необходимы для биологических функций, таких как приток кислорода и передача нервных импульсов. Некоторые из них также широко используются в медицине в виде антацидов.

Все металлы в периодической таблице можно классифицировать по их химическим или физическим свойствам. Ниже мы перечислили некоторые различные типы металлов вместе с их реальным применением.

Классификация по физическим свойствам

14. Легкие металлы

Сплав титана 6AL-4V

Примеры: Алюминий, титан, магний

Легкие металлы имеют относительно низкую плотность. Формального определения или критериев для идентификации этих металлов нет, но твердые элементы с плотностью ниже 5 г/см³ обычно считаются легкими металлами.

Металлургия легких металлов была впервые развита в середине 19 века. Хотя большинство из них происходит естественным путем, значительная их часть образуется при электротермии и электролизе плавленых солей.

Их сплавы широко используются в авиационной промышленности благодаря их низкой плотности и достаточным механическим свойствам. Например, сплав титана 6AL-4V составляет почти 50 процентов всех сплавов, используемых в авиастроении. Он используется для изготовления роторов, лопастей компрессоров, мотогондол, компонентов гидравлических систем.

13. Тяжелые металлы

Окисленные свинцовые конкреции и кубик размером 1 см3

Примеры: железо, медь, кобальт, галлий, олово, золото, платина.

Эти металлы редки в земной коре, но они присутствуют в различных аспектах современной жизни. Они используются в солнечных батареях, сотовых телефонах, транспортных средствах, антисептиках и ускорителях частиц.

Тяжелые металлы часто смешиваются в окружающей среде из-за промышленной деятельности, ухудшая качество почвы, воды и воздуха, а затем вызывая проблемы со здоровьем у животных и растений. Выбросы транспортных средств, горнодобывающие и промышленные отходы, удобрения, свинцово-кислотные батареи и микропластики, плавающие в океанах, являются одними из наиболее распространенных источников тяжелых металлов в этом контексте.

12. Белый металл

Подшипники из белого металла

Примеры: Обычно изготавливается из олова, свинца, висмута, сурьмы, кадмия, цинка.

Белый металлический сплав изготавливается путем объединения определенных металлов в фиксированных пропорциях в соответствии с требованиями конечного продукта. Основной металл для ювелирных изделий, например, формуется, охлаждается, экстрагируется, а затем полируется, чтобы придать ему точную форму и блестящий вид.

Они также используются для изготовления тяжелых подшипников общего назначения, подшипников внутреннего сгорания среднего размера и электрических машин.

11. Хрупкий металл

Хрупкое разрушение чугуна

Примеры: сплавы углеродистой стали, чугуна и инструментальной стали.

Металл считается хрупким, если он твердый, но не может противостоять ударам или вибрации под нагрузкой. Такие металлы под воздействием напряжения ломаются без заметной пластической деформации. Они имеют низкую прочность на разрыв и часто издают щелкающий звук при поломке.

Многие стальные сплавы становятся хрупкими при низких температурах, в зависимости от их обработки и состава. Чугун, например, твердый, но хрупкий из-за высокого содержания углерода. Напротив, керамика и стекло гораздо более хрупки, чем металлы, из-за их ионных связей.

Галлий, висмут, хром, марганец и бериллий также хрупки. Они часто используются в различных гражданских и военных целях, связанных с высокими деформационными нагрузками. Чугун, устойчивый к повреждениям в результате окисления, используется в машинах, трубах и деталях автомобильной промышленности, таких как корпуса коробок передач и головки цилиндров.

10. Тугоплавкий металл

Микроскопическое изображение вольфрамовой нити в лампе накаливания

Примеры: молибден, вольфрам, тантал, рений, ниобий.

Тугоплавкие металлы имеют чрезвычайно высокие температуры плавления (более 2000 °С) и устойчивы к износу, деформации и коррозии. Они являются хорошими проводниками тепла и электричества и имеют высокую плотность.

Другой ключевой характеристикой является их термостойкость: они не расширяются и не растрескиваются при многократном нагревании и охлаждении. Однако они могут деформироваться при высоких нагрузках и окисляться при высоких температурах.

Благодаря своей прочности и твердости они идеально подходят для сверления и резки. Карбиды и сплавы тугоплавких металлов используются почти во всех отраслях промышленности, включая горнодобывающую, автомобильную, аэрокосмическую, химическую и ядерную.

Металлический вольфрам, например, используется в ламповых нитях. Сплавы рения используются в гироскопах и ядерных реакторах. А ниобиевые сплавы используются для форсунок жидкостных ракетных двигателей.

9. Черные и цветные металлы

Валы-шестерни из (черной) нержавеющей стали

Черные металлы: Сталь, чугун, сплавы железа.
Цветные металлы: Медь, алюминий, свинец, цинк, серебро, золото.

Термин «железо» происходит от латинского слова «Ferrum», что переводится как «железо». Таким образом, термин «черный металл» обычно означает «содержащий железо», тогда как «цветной металл» означает металлы и сплавы, которые не содержат достаточного количества железа.

Поскольку черные металлы могут иметь широкий спектр легирующих элементов, которые значительно изменяют их характеристики, очень трудно поместить свойства всех черных металлов под один зонт. Тем не менее некоторые обобщения могут быть сделаны, например, большинство черных металлов являются твердыми и магнитными.

Черные металлы используются для применения с высокой нагрузкой и низкой скоростью, в то время как цветные металлы предпочтительны для применения с высокой скоростью и нулевой нагрузкой для применения с низкой нагрузкой.

Сталь является наиболее распространенным черным металлом. Она составляет около 80% всего металлического материала благодаря своей доступности, высокой прочности, низкой стоимости, простоте изготовления и широкому спектру свойств. Она широко используется в строительстве и обрабатывающей промышленности. Фактически, рост производства стали показывает общее развитие промышленного мира.

8. Цветные и благородные металлы

Ассортимент благородных металлов

Цветные металлы: медь, алюминий, олово, никель, цинк
Благородные металлы: родий, ртуть, серебро, рутений, осмий, иридий

Благородные металлы, с другой стороны, устойчивы к окислению и коррозии во влажном воздухе. Согласно атомной физике, благородные металлы имеют заполненный электрон d-диапазона. В соответствии с этим строгим определением, медь, серебро и золото являются благородными металлами.

Они находят применение в таких областях, как орнамент, металлургия и высокие технологии. Их точное использование варьируется от одного элемента к другому. Некоторые благородные металлы, такие как родий, используются в качестве катализаторов в химической и автомобильной промышленности.

7. Драгоценные металлы

Родий: 1 грамм порошка, 1 грамм прессованного цилиндра и 1 г аргонодуговой переплавленной гранулы

Примеры: палладий, золото, платина, серебро, родий.

Драгоценные металлы считаются редкими и имеют высокую экономическую ценность. Химически они менее реакционноспособны, чем большинство элементов (включая благородные металлы). Они также пластичны и имеют высокий блеск.

Несколько веков назад эти металлы использовались в качестве валюты. Но сейчас они в основном рассматриваются как промышленные товары и инвестиции. Многие инвесторы покупают драгоценные металлы (в основном золото), чтобы диверсифицировать свои портфели или победить инфляцию.

Классификация по химическим свойствам

6. Щелочные металлы

Твердый металлический натрий

Примеры: натрий, калий, рубидий, литий, цезий и франций.

Щелочь относится к основной природе гидроксидов металлов. Когда эти металлы реагируют с водой, они образуют сильные основания, которые легко нейтрализуют кислоты.

Они настолько реактивны, что обычно встречаются в природе в слиянии с другими веществами. Карналлит (хлорид калия-магния) и сильвин (хлорид калия), например, растворимы в воде и, таким образом, легко извлекаются и очищаются. Нерастворимые в воде щелочи, такие, как фторид лития, также существуют в земной коре.

5. Щелочноземельные металлы

Изумрудный кристалл, основной минерал бериллия.

Примеры: бериллий, кальций, магний, барий, стронций и радий.

Щелочноземельные металлы в стандартных условиях мягкие и серебристо-белые. Они имеют низкую плотность, температуру кипения и температуру плавления. Хотя они не так реакционноспособны, как щелочные металлы, они очень легко образуют связи с элементами. Как правило, они вступают в реакцию с галогенами, образуя галогениды щелочноземельных металлов.

Все они встречаются в земной коре, кроме радия, который является радиоактивным элементом. Радий уже распадался в ранней истории Земли из-за относительно короткого периода полураспада (1600 лет). Современные образцы поступают из цепочки распада урана и тория.

Щелочноземельные металлы имеют широкий спектр применения. Бериллий, например, используется в полупроводниках, теплопроводниках, электрических изоляторах и в военных целях. Магний часто сплавляют с цинком или алюминием для получения материалов со специфическими свойствами. Кальций в основном используется в качестве восстановителя, а барий используется в вакуумных трубках для удаления газов.

4. Переходные металлы

Примеры: титан, ванадий, хром, никель, серебро, вольфрам, платина, кобальт.

Большинство элементов используют электроны из своей внешней оболочки для связи с другими элементами. Переходные металлы, однако, могут использовать две крайние оболочки для соединения с другими элементами. Это химическая особенность, которая позволяет им связываться со многими различными элементами в различных формах.

Они занимают среднюю часть таблицы Менделеева, служа мостом между (или переходом) между двумя сторонами таблицы. Более конкретно, есть 38 переходных металлов в группах с 3 по 12 периодической таблицы. Все они являются пластичными, податливыми и хорошими проводниками тепла и электричества.

Многие из этих металлов, такие как медь, никель, железо и титан, используются в конструкциях и в электронике. Большинство из них образуют полезные сплавы друг с другом и с другими металлическими веществами. Некоторые из них, включая золото, серебро и платину, называются благородными металлами, потому что они крайне инертны и устойчивы к кислотам.

3. Постпереходные металлы

Висмут в виде синтетических кристаллов

Примеры: алюминий, галлий, олово, свинец, таллий, индий, висмут.

Физически они хрупки (или мягки) и имеют более низкую температуру плавления и механическую прочность, чем переходные металлы. Их кристаллическая структура довольно сложна: они проявляют ковалентные или направленные эффекты связи.

Различные металлы этого семейства имеют различное применение. Алюминий, например, используется для изготовления оконных рам, кухонной посуды, банок, фольги, деталей автомобилей. Оловянные сплавы используются в мягких припоях, оловянных и сверхпроводящих магнитах.

2. Лантаноиды

1-сантиметровый кусок чистого лантана

Примеры: лантан, церий, прометий, гадолиний, тербий, иттербий, лютеций.

Сплавы лантаноидов используются в металлургии из-за их сильных восстановительных способностей. Около 15 000 тонн лантаноидов ежегодно расходуется в качестве катализаторов и при производстве стекол. Они также широко используются в лазерах и оптических усилителях.

Некоторые исследования показывают, что лантаноиды могут быть использованы в качестве противораковых средств. Лантан и церий, в частности, могут подавлять пролиферацию раковых клеток и способствовать цитотоксичности.

1. Актиниды

Металлический уран, высокообогащенный ураном-235

Примеры: актиний, уран, торий, плутоний, фермий, нобелий, лоренций

Подобно лантаноидам, актиниды образуют семейство редкоземельных элементов с аналогичными свойствами. Они представляют собой серию из 15 последовательных химических элементов в периодической системе от атомных номеров 89 до 103.

Все они радиоактивны по своей природе. Синтетически произведенный плутоний, а также природные уран и торий являются наиболее распространенными актинидами на Земле. Первым актинидом, который был открыт в 1789 году, был уран. И большая часть существующих продуктов актинидов была произведена в 20 веке.

Источник