Прочный и легкий металл. Самые твердые металлы в мире

Сегодня мы рассмотрим самые прочные металлы в мире и обсудим их свойства. И открывает "рейтинг прочности" титан.

Не самый прочный?

Название металла, предположительно, произошло от имени древнегреческого героя Титана. Поэтому данный металл ассоциируется у нас с несокрушимостью. Многие считают титан самым прочным металлом в мире. Однако на самом деле это далеко не так.

Чистый титан был впервые получен в 1925 году. На новый материал сразу же обратили внимание благодаря ряду свойств. Титан начали очень активно применять в промышленной сфере.

Сегодня титан находится на 10 месте среди природных металлов по распространенности. В земной коре его содержится около 700 млн тонн. То есть нынешнего сырья хватит еще на 150 лет.

Титан отличают превосходные свойства. Это легкий и прочный металл, устойчивый к коррозии. Он с легкостью поддается термической обработке, имеет широкий диапазон применения. Он взаимодействует с другими элементами таблицы Менделеева только при нагревании. В природе содержится в рутиловых и ильменитовых рудах. Чистый титан получают путем спекания руды с хлором.

Он способен выдерживать огромные нагрузки. Отличается металл высокой прочностью и сопротивляемостью ударному действию. Его используют при изготовлении транспортных средств, ракет и даже подводных лодок. Титан выдерживает силу давления даже на больших глубинах.

Популярен он и в медицинской промышленности. Протезы на его основе не взаимодействуют с тканями организма и не подвержены коррозии. Но через годы он начинает изнашиваться, что заставляет заменять протез на новый.

Новые разработки

В 2016 году ученые отыскали способ усовершенствовать свойства титана и сделать его еще более прочным. Основная цель исследований - найти более стойкий материал, при этом совместимый с тканями организма. И тут вспомнили о золоте, которое долгие годы применяется в протезировании.

Сплав титана и золота, после нескольких попыток найти идеальное соотношение составляющих, оказался невероятно прочным. В 4 раза прочнее других металлов, использующихся сегодня для протезирования.

Тантал

Один из самых прочных металлов. Назван в честь древнегреческого бога Тантала, который прогневил Зевса и был низвержен в ад. Имеет серебристо-белый цвет с синеватым отливом. Является характерным элементом гранитной и щелочной магмы. Его добывают из минерала колтана, наиболее крупные месторождения которого находятся в Бразилии и Африке.

Он был открыт в далеком 1802 году. Тогда его считали разновидностью колумбия, но позже установили - это два разных металла, схожих по свойствам. Лишь через 100 лет удалось получить чистый тантал. Стоимость его сегодня достаточно высокая - 150 долларов за 1 кг металла.

Тантал - тугоплавкий металл с достаточно высокой плотностью. С химической точки зрения он стабилен, так как не растворяется в разбавленных кислотах. В виде порошка тантал неплохо горит на воздухе. Используется для изготовления электролитических конденсаторов, нагревателей в вакуумных печах. Танталовые конденсаторы увеличивают срок эксплуатации электронных систем до 10-12 лет. Примечательно, что нашли применение ему даже ювелиры - им заменяют платину.

Испытание металлов на прочность показало - сплав тантала и вольфрама имеет почти стопроцентную крепость.

Осмий - самый-самый...

Осмий - еще один невероятно прочный металл. Он также входит в список самых редких и дорогих. В составе земной коры он присутствует в мизерных количествах. Относится к рассеянным, то есть не имеет собственных месторождений. Поэтому добыча его сопровождается огромными сложностями.

Осмий принадлежит к группе платиновых металлов. Стоимость его составляет около 10 000 долларов за 1 грамм. По цене он уступает лишь искусственному калифорнию. Он состоит из нескольких изотопов, которые невероятно сложно разделить. При этом наиболее востребованным является изотоп осмий-187. Его цена за 1 грамм доходит до 200 000 долларов!

Осмий - рекордсмен по плотности среди металлов. Кроме этого, он является высокопрочным металлом. Сплавы, в составе которых присутствует осмий, приобретают устойчивость к коррозии, становятся более прочными и долговечными. Применяют металл и в чистом виде, к примеру, для изготовления дорогих авторучек, которые практически не изнашиваются и пишут годами.

Хром

Хром, кобальт и вольфрам известны науке еще с 1913 года и объединены под общим названием - стеллиты. Они сохраняют твердость даже при температуре 600 градусов по Цельсию.

В основном этот металл содержится в глубоких слоях Земли. Также он встречается в составе каменных метеоритов, которые считаются аналогами нашей мантии. Промышленную ценность представляют только хромшпинелиды. Многие минералы, в составе которых встречается хром, совершенно бесполезны. Наиболее чистый хром получают путем электролиза концентрированных водных растворов или электролиза сульфата хрома.

Металл в сочетании со сталью значительно усиливает ее прочность, а также добавляет устойчивости к окислению. Он совершенствует характеристики стали, при этом не снижая ее пластичности.

Рутений

Принадлежит к платиновой группе и относится к благородным металлам. Однако из их списка рутений считают наименее благородным... Открыл его ученый Карл-Эрнст Клаус в 1844 году. Примечательно, что профессор постоянно нюхал и пробовал на вкус результаты своих исследований. Однажды он даже получил ожог ротовой полости, когда дегустировал одно из соединений открытого им рутения.

Его мировые запасы на сегодняшний день составляет около 5 000 тонн. Рутений долгое время исследуют, однако многие его свойства пока неизвестны. Вся проблема в том, что пока не было найдено способа полной очистки рутения. Загрязненность сырья мешает исследовать его свойства. Однако медики уверены, что использование металла в обиходе способно повысить заболеваемость среди населения. Поэтому выброс изотопа рутения-106 на Урале вызвал такой резонанс в прессе. Ведь рутений-106 имеет радиоактивные свойства.

При этом стоимость его в 2017 году неожиданно превзошла все платиновые металлы.

Иридий - самый прочный металл

Именно иридий отличается наивысшей прочностью. Да, он уступает осмию по плотности, но имеет высочайший коэффициент прочности. Его также называют самым редким из металлов, однако на самом деле содержание астата в земной коре еще меньше.

Иридий изучали очень осторожно. Спустя 70 лет его основные свойства - невероятная прочность и устойчивость к коррозии, стали известны всему миру. Сегодня он применяется во множестве отраслей. Львиную долю металла эксплуатирует химическая промышленность. Оставшаяся часть распределена на множество других областей, среди которых - медицина и ювелирное дело. Иридий в сочетании с платиной создает качественные и очень долговечные украшения.

Когда говорят о самых прочных металлах в мире , сразу вспоминается средневековый рыцарь с мечом наперевес и в доспехах из легендарной дамасской стали. Именно ее многие небезосновательно считают самой твердой, прочной, не поддающейся ни механическим, ни химическим воздействиям. Но ведь сталь – это не чистый металл, она состоит из нескольких компонентов, которые подвергли обработке для изменения итоговых свойств готового продукта. Следовательно, именоваться веществом с наивысшей твердостью она не может. Какой же металл является самым прочным на планете?

10 Титан

На 10-й позиции нашего рейтинга самых прочных металлов в мире находится титан. Это высокопрочное твердое вещество серебристого цвета с низкой плотностью. Титан устойчив перед высокими температурами, он не поддается коррозии, стоек перед химическими веществами и не боится механических повреждений. Расплавить титан возможно лишь при температуре выше 3200 градусов, а закипает он, разогревшись до температуры 3300 градусов. Сфера применения данного металла широка и разнообразна – начиная с военной промышленности и заканчивая медициной.

Открыли титан в 18 веке английский и немецкий химики, а назвали его в честь Титанов – гигантских мифических существ с небывалой силой и прочими сверхъестественными способностями.

Длительное время титан не использовали в промышленных целях, так как не могли обойти естественную хрупкость этого металла. Получить его в чистом виде удалось только зимой 1925-го года

9

9-е место в Топ-10 занимает уран. Его отличительной особенностью является слабая радиоактивность. Уран встречается в природе как в чистом виде, так и в виде составного элемента осадочных пород. Среди основных свойств этого металла необходимо выделить хорошую гибкость и ковкость, пластичность, что позволяет использовать его в разных отраслях промышленности.

Урановые сплавы, подверженные тепловой обработке, характеризуются высокой стойкостью к коррозии; изделия из них не изменяют форму при температурных перепадах. Именно поэтому данный металл до середины 30-х годов прошлого века использовали для изготовления инструментальной стали, но позже от этой технологии отказались.

8

На 8-м месте нашего рейтинга находится вольфрам. Этот металл обладает поразительными, не имеющими аналогов тугоплавкими свойствами. Кипит он при невероятно высокой температуре – 5900 градусов. А еще этот твердый серебристо-серый металл с характерным блеском не боится даже самых агрессивных химических веществ, легко принимает форму в процессе ковки и способен вытянуться, не порвавшись, в тончайшую нить. Вольфрамовая нить накаливания – о ней слышал и видел ее каждый человек. Так вот делают эту нить именно из вольфрама.

С немецкого языка слово «вольфрам» переводится как «пена волка»
Открыл металл шведский химик Карл Шееле в 1781 году

7 Рений

Этот серебристо-белый переходный металл принадлежит к категории дорогостоящих, он незаменим в процессе изготовления современной электроники и техники. Звания одного из самых прочных металлов в мире рений был удостоен благодаря своей твердости и плотности, которые не снижаются даже под воздействием температурных перепадов. Рений тугоплавок, производится он из молибденовой и медной руды. Этот процесс довольно сложен и трудозатратен, чем и объясняется высокая стоимость готового металла. Чтобы получить 1 кг рения, необходимо 2 тыс. тонн руды, готовое производство данного металла составляет не более 40-ка тонн в год.

Изобрели рений известные немецкие химики Ида и Вальтер Ноддак, а назвали они его в честь живописной реки Рейн.

6 Осмий

6-я позиция нашего рейтинга отведена осмию – прочнейшему металлу в мире, относящемуся к группе платиновых и характеризующемуся неимоверной плотностью. По аналогии с большинством платиновых металлов, осмий тугоплавок и тверд, но одновременно с этим он хрупок; не боится механических повреждений и воздействия агрессивных веществ.

Отличительной чертой осмия является серебристо-белый цвет с едва заметным голубоватым оттенком и довольно неприятный запах (нечто, напоминающее сочетание чеснока и хлорки). В чистом виде, в природе, этот металл не встречается, очень редко его можно найти в связке с иридием, да и то лишь в некоторых районах Сибири, в Канаде, США и в Южной Африке. Осмия мало, поэтому он чрезвычайно дорог и используется только там, где колоссальные вложения в его добычу оправданы. Этот металл применяется в электронике, в космической и химпромышленности, в хирургии. Он является основным компонентом при производстве редкого лекарства – кортизона.

Осмий является самым дорогим металлом в мире. Цена за 1 грамм может достигать 200 тыс. долларов.

5

Бериллий имеет светло-серый цвет, характеризуется твердостью, огнеупорностью, хорошей теплопроводностью и токсичностью. Металл добывается из горных пород, повсеместно используется современной наукой. Он незаменим в аэрокосмической промышленности и в авиации, в ядерной энергетике и в металлургии.

4

Хром – наиболее распространенный из самых твердых металлов в мире, изделия из

которого наверняка найдутся в каждом доме. Он прочный, устойчив перед воздействием агрессивных сред, обладает нежно-голубым цветом и характерным блеском. Хром широко распространен в природе в виде хромистого железняка, он применяется практически во всех отраслях промышленности, добавляется в состав прочих металлов для придания им дополнительной твердости, устойчивости к коррозии и улучшения внешнего вида. Хромированные детали предметов интерьера, сантехприборов и бытовой техники становятся отличным украшением каждого дома.

Температура плавления хрома составляет 1907 градусов, кипит он при температуре 2671 градус. В чистом виде хром очень тягуч и вязок, а вот в сочетании с кислородом становится ломким и сверх твердым.

3

Тантал – это 3-е место нашего рейтинга, он достоин «бронзовой медали», как один из самых прочных металлов на планете. Тантал серебристого цвета с характерным свинцовым блеском, отличается повышенной твердостью и удивительной плотностью. Одновременно с тугоплавкостью, прочностью, устойчивостью перед ржавчиной и агрессивным химическим воздействием данный металл характеризуется пластичностью. Он хорошо подвергается механической обработке, что высоко ценится в химпромышленности и в металлургии. Металл незаменим во время строительства ядерных реакторов, он является основным элементом жароустойчивых сплавов.

2 Рутений

Рутений серебристого цвета, характеризуется уникальной особенностью – присутствием в составе фрагментов мышечной ткани живых существ. По мнению ученых, именно столь необычный состав повлиял на свойства металла и сделал его сверхпрочным.
Рутений не только прочен и тверд – он еще и химически устойчив, может вступать в комплексные соединения и играет роль катализатора химических реакций. Описанные выше свойства данного металла делают его незаменимым при изготовлении различных проводков и контактов, лабораторной посуды. Востребован металл и в ювелирном деле. Что касается производства самого рутения, то оно практически полностью сосредоточено в Южно-Африканской Республике.

Стекло из металла

Специалистами калифорнийского института технологий получен уникальный по своим свойствам материал - это самый прочный сплав на сегодняшний день - «металлическое стекло». Уникальность нового сплава в том, что металлическое стекло сделано из металла, но имеет внутреннюю структуру стекла. Сегодня ученые выясняют, что именно придает сплаву такие необычные свойства и каким образом их можно будет внедрить в сплавы из менее дорогостоящих материалов.

Аморфная структура стекла, в отличие от кристаллической структуры металла, не защищена от распространения трещин, чем и объясняется хрупкость стекла. Этим же недостатком обладают и металлические стекла, которые также достаточно легко разрушаются, образуя сдвиговые полосы, перерастающие в трещины.

Свойства сплава

Специалистами калифорнийского института было замечено, что появление большого числа сдвиговых полос дает высокое противодействие развитию трещин, благодаря чему достигается обратный эффект: материал изгибается, не разрушаясь. Именно такой материал, энергия выработки сдвиговых полос которого намного меньше энергии, требующейся для превращения их в трещины, они и создали. «Смешивая пять элементов, мы добивались того, что при охлаждении материал «не знает», какую структуру принять, и выбирает аморфную», - пояснил участник исследования Р. Ритчи.

Металлическое стекло

Самый прочный сплав - металлическое стекло - состоит из благородного палладия, кремния, фосфора, германия с небольшим добавлением серебра (формула: Pd79Ag3,5P6Si9,5Ge2).

Новый сплав показал себя в тестах как сочетание взаимоисключающих свойств - силы и выносливости на уровне, ранее не замеченной в каком-либо другом материале. В результате, новое металлическое стекло сочетает твёрдость, свойственную стёклам, с сопротивлением развитию трещин, характерным для металлов. Причем, уровень жесткости и прочности находится в пределах досягаемости.

Использование материала

Для конструкционного металла проведенное исследование значительно отодвинуло грани переносимости нагрузок. Но, по прогнозам ученых, широкое применение самый прочный сплав, ввиду редкости и дороговизны основного его компонента – палладия, может и не найти. Тем не менее, разработчики сообщили о возможном использовании данного материала в медицинских имплантатах (например, для внутричелюстных протезов), а также в качестве деталей в автомобильной или аэрокосмической отрасли.

При упоминании слова «металл», наверняка, каждый рисует в своем воображении твердый, долговечный и суперпрочный лист железа, который невозможно просто так загнуть или сломать. Однако металлы бывают самые разные. И если вы задаетесь вопросом, какой металл самый прочный в мире, то мы предоставим вам достоверный ответ и расскажем о таком металле. Им является материал серебристо-белого цвета, который носит название «титан».

Кем и когда открыт?

Над открытием данного металла потрудились сразу два ученых – англичанин У.Грегори и немец М.Клаптор. Они обнаружили данный элемент в конце восемнадцатого столетия, но с промежутком в шесть лет. В таблице Менделеева титан появился под двадцать вторым порядковым номером сразу после открытия металла учеными. Однако из-за высокой хрупкости титан длительное время не находил применения. А в 1925г. голландские физики сделали настоящее открытие, выделив чистейший титан, сочетающий в себе много преимуществ. Металл стал отличаться высокой технологичностью, прекрасной удельной прочностью, устойчивостью к воздействию коррозии и невероятной прочностью при воздействии высокотемпературного режима.

Основные характеристики титана

Самый прочный металл в мире, созданный учеными в 1925г., является невероятно пластичным, что позволяет создавать из него листы, прутья, ленты, трубы, проволоку и фольгу. По твердости титан тверже железа и меди в четыре раза, а также по данному параметру титан превосходит алюминий в двенадцать раз. Титановые изделия сохраняют свою прочность даже при воздействии высоких температур. Детали из титана способны служить долгий срок под воздействием сверхвысоких нагрузок.

Также самый прочный металл на Земле отличается отличными антикоррозийными характеристиками. Например, помещенная в морскую воду пластинка из титана в течение десяти лет не подвергалась воздействию ржавчины. Повышенный интерес к этому металлу есть у электротехников и радиоэлектроников – а все потому, что самый крепкий в мире металл имеет значительное электросопротивление и отличается немагнитными свойствами.

Почему данный металл назвали «титаном»?

Есть две версии происхождения его названия. По одной из них считается, что металл серебристо-белого цвета назвали по имени королевы фей Титании, которая известна из германской мифологии. А все потому, что материал помимо высокой прочности отличается еще и невероятной легкостью. По другой версии металл назван в честь могучих детей богини Геи – Титанов. Какая из этих версий имеет большую правдоподобность, судить сложно, но можно отметить, что каждая из них замечательна и имеет место быть.

Применение титана

Использование серебристого металла довольно широко. Его применяют в военной промышленности (строительство ракет, брони для летательных аппаратов, корпусов для подлодок и т.д.), медицине (протезирование), автомобилестроении, сельскохозяйственной промышленности, изготовлении мобильных телефонов и производстве ювелирных украшений.

Еще более легкий и прочный

Совершенно недавно калифорнийские ученые заявили всему миру, что открыли самый легкий и прочный металл. Это жидкий металл, который создан из смеси оксида графена и лиофилизированного углерода. Ликвид-металл уже получил высокие оценки специалистов и зарекомендовал себя в качестве идеального для литья и нержавеющего материала.

Новый металл настолько легок, что его спокойно могут удерживать цветочные лепестки. Как известно, графен отличается не только легкостью и высокой прочностью, но и прекрасной гибкостью. Поэтому ученые сегодня занимаются разработками в направлении создания сверхлегкого материала, и возможно в скором будущем перед человечеством предстанут еще более уникальные материалы.

Когда речь заходит о самом прочном металле в мире, наверняка, многие рисуют в воображении грозного воина в доспехах и с мечом из дамасской стали. Однако сталь далеко не самый крепкий металл в мире, поскольку ее получают посредством сплава железа с углеродом и другими добавками. Самым же твердым из чистых металлов считается титан !
О происхождение названия этого металла существует две различные версии. Одни говорят, что вещество серебристого цвета стали так называть в честь королевы фей Титании (из германской мифологии). Ведь кроме того что это очень прочный металл, он еще и поразительно легкий. Другие склоняются к тому, что металл получил свое название благодаря Титанам – сильным и могучим детям богини Земли Геи. Как бы там ни было, обе версии выглядят довольно красиво и поэтично, и имеют право на существование.

Открыт был титан сразу двумя учеными: германцем М.Г.Клаптором и англичанином У. Грегор. Такое открытие, с разницей в шесть лет, было сделано в конце XVIII века, после чего вещество сразу же добавили в таблицу Менделеева. Там оно заняло 22-й порядковый номер.

Правда, из-за своей хрупкости металл долгое время не использовался. Лишь в 1925 году, пройдя ряд опытов, химикам удалось получить чистый титан, который стал настоящим прорывом в истории человечества. Металл оказался очень технологичным с малой плотностью, высокой удельной прочностью и коррозийной стойкостью, а также высокой прочностью при больших температурах.

По показателям механической прочности титан и в шесть раз прочность алюминия. Вот почему перечень возможного применения титана безграничен. Он применяется в медицине для остепротезирования, в военной промышленности (для создания корпуса подводных лодок, брони в авиации и ядерной техники). Также металл зарекомендовал себя в спортивном и ювелирном деле, производстве мобильных телефонов.

Видео:

К слову, по распространению на земле самый крепкий металл в мире занимает десятую позицию. Его месторождения находятся в , ЮАРе, Китае, Украине, Японии, Индии.

Хотя, судя по последним открытиям в области химии, со временем титану придется отдать титул супер-металла другому представителю. Не так давно ученые изобрели вещество прочнее металла. Это «ликвид-металл», или в перевод – «жидкий». Чудо-вещество успело себя зарекомендовать как нержавеющее и безупречное для литья. И хотя человечеству еще стоит много работать, чтобы научиться сполна использовать новый металл, возможно, будущее будет принадлежать именно ему.