Титан был открыт в конце XVIII века независимыми учеными из Англии и Германии. В периодической таблице элементов Д.И. Менделеева расположился в 4 группе с атомным номером 22. Довольно продолжительное время ученые не видели в титане никаких перспектив, поскольку он был очень хрупким. Но в 1925 году голландские ученые И. де Бур и А. Ван Аркель в лаборатории смогли получить чистый титан, который стал настоящим прорывом во всех отраслях.
Свойства титана
Чистый титан оказался невероятно технологическим. Он обладает пластичностью, малой плотностью, высокой удельной прочностью, коррозийной стойкостью, а также прочностью при воздействии на него высоких температур. Титан в два раза прочнее стали и в шесть раз прочнее . В сверхзвуковой авиации титан незаменим. Ведь на высоте 20 км развивает скорость, превышающую скорость звука в три раза. При этом температура корпуса самолета накаляется до 300оС. Такие условия выдерживают лишь титановые сплавы.
Титановая стружка пожароопасная, а титановая пыль вообще может взорваться. При взрыве температура вспышки может достигать 400оС.
Самый прочный на планете
Титан настолько легкий и прочный, что из его сплавов изготавливают корпуса самолетов и подводных лодок, бронежилеты и броню танков, а также применяют в ядерной технике. Еще одно замечательное свойство данного металла заключается в его пассивном воздействии на живые ткани. Только из делают остеопротезы. Из некоторых соединений титана изготавливают полудрагоценные камни и ювелирные украшения.
Химическая промышленность также не оставила титан без внимания. Во многих агрессивных средах металл не поддается коррозии. Диоксид титана используется для изготовления белой краски, при производстве пластика и бумаги, а также в качестве пищевой добавки Е171.
В шкале твердости металлов титан уступает лишь платиновым металлам и вольфраму.
Распространение и запасы
Титан довольно распространенный металл. В по этому показателю он занимает десятое место. В земной коре содержится порядка 0,57% титана. На данный момент ученым известно свыше ста минералов, в которых содержится металл. Его месторождения разбросаны практически по всему миру. Добычей титана занимаются в Китае, ЮАР, России, Украине, Индии и Японии.
Прогресс
Уже несколько лет ученые проводят исследования над новым металлом, который был назван «ликвид-металл». Данное изобретение метит на звание нового, самого прочного метала на планете. Но пока еще в твердом виде он не получен.
С детских лет мы знаем, что самый прочный металл - это сталь. Все железное у нас ассоциируется ней.
Железный человек, железная леди, стальной характер. Произнося эти фразы, мы подразумеваем невероятную прочность, силу, твердость.
Продолжительное время в производстве и вооружении основным материалом была сталь. Но сталь - не металл. Если точнее, то не совсем чистый металл. Это с углеродом, в котором присутствуют и другие металлические добавки. Применяя добавки, т.е. изменяют ее свойства. После этого она подвергается обработке. Сталеварение - это целая наука.
Самый прочный металл получается при введении в сталь соответствующих лигатур. Это может быть хром, который придает и жаростойкость, никель, делающий сталь твердой и эластичной и т.д.
По некоторым позициям сталь начал вытеснять алюминий. Время шло, росли скорости. Не выдерживал и алюминий. Пришлось обратиться к титану.
Да-да, ведь титан - самый прочный металл. Для придания стали высоких прочностных характеристик в нее начали добавлять титан.
Его открыли в XVIII веке. Из-за хрупкости его применить было невозможно. Со временем, получив чистый титан, инженеры и конструкторы заинтересовались его высокой удельной прочностью, малой плотностью, стойкостью к коррозии и высоким температурам. Его физическая крепость превосходит прочность железа в несколько раз.
Инженеры стали добавлять титан в сталь. Получился самый прочный металл, который нашел применение в среде сверхвысоких температур. На то время их не выдерживал ни один другой сплав.
Если представить самолет, который летит в три раза быстрее, чем можно представить, как разогревается обшивочный металл. Листовой металл обшивки самолета в таких условиях разогревается до +3000С.
Сегодня титан применяют неограниченно во всех сферах производства. Это медицина, авиастроение, производство кораблей.
Со всей очевидностью можно сказать, что в скором будущем титану придется подвинуться.
Учеными из США, в лабораториях Техасского университета в городе Остин, открыт самого тонкого и самого прочного материала на Земле. Назвали его - графен.
Вообразите себе пластину, толщина которой равна толщине одного атома. Но такая пластина прочнее алмаза и в сто раз лучше пропускает электрический ток, чем компьютерные чипы из кремния.
Графен - материал с поражающими свойствами. Он скоро покинет лаборатории и по праву займет свое место среди самых прочных материалов Вселенной.
Даже невозможно себе представить, что нескольких граммов графена будет достаточно, чтобы покрыть поле для игры в футбол. Вот это металл. Трубы из такого материала можно будет укладывать вручную без применения подъемно-транспортных механизмов.
Графен, как и алмаз - это чистейший углерод. Его гибкость поражает. Такой материал легко сгибается, прекрасно складывается и отлично сворачивается в рулон.
К нему уже начали присматриваться производители сенсорных экранов, солнечных батарей, сотовых телефонов, и, наконец, суперскоростных компьютерных чипов.
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.
Не прекращаются дебаты о том, какой из металлов должен быть удостоен звания самого прочного и ценного в мире. Причиной споров стало различие в их характеристиках и особенностях.
Cеребристо-белый, крайне тугоплавкий металл, относящийся к платиновой группе, возглавляет наш рейтинг прочности. Открыли его только в 1803 году. В природе встречается крайне редко, основной источник добычи иридия – упавшие на планету малые небесные тела. Объемы мировой добычи иридия не превышают 3 тонны.
По словам ученых, его залежи имеются и на нашей планете, расположены они в самых глубинах земных недр, что делает их добычу на сегодняшний день крайне затруднительной.
Иридий добавляют к тугоплавким металлам: титан, вольфрам, хром, чтобы повысить их сопротивляемость кислотам, используют при производстве ювелирных и канцелярских изделий. Активно используются возможности иридия и в промышленности, производятся свечи для двигателей внутреннего сгорания, детали для космических аппаратов.
Из-за редкости цена благородного металла крайне высока, на октябрь 2016 года она составляет более 20$ за грамм.
Один из прочнейших металлов с высокой атомной плотностью имеет свинцовый оттенок, обеспеченный оксидной пленкой на поверхности. В чистом виде добыт только в начале 20 века.
Для получения 1 тонны тантала приходится перерабатывать около 3000 тонн руды. Основные залежи расположены во Франции, Австралии, Китае и Египте. При всей твердости обладает высокими показателями пластичности, сравнимыми с золотом.
Плавиться начинает на сверхвысоких температурах (около 3000 ⁰С), устойчив к химическим реагентам и практически ко всем кислотам, кроме смеси азотной и плавиковой кислоты.
Если после открытия, использовался тантал исключительно для производства проволоки для ламп накаливания, то сейчас его устойчивость к механическим, термическим воздействиям оценена по достоинству.
Он нашел широкое применение в различных отраслях промышленности, машиностроении и космической отрасли. Из него изготавливают сверхпроводники, используют при производстве костных протезов, военной брони.
Сложность добычи тантала обеспечивает его высокую цену, составляющую на октябрь 2016 года около 300$ за килограмм.
Один из самых твердых металлов, принадлежит к платиновой группе, поэтому считается благородным, отличается высокой температурой плавления (2334 ⁰С), редкостью, устойчивостью к внешним воздействиям.
Кристаллы рутения довольно хрупки и без проблем толкутся в ступке. Добывается в основной массе в ЮАР, имеет приятный голубо-серый оттенок. Из породы рутений выделяется путем сложной химической обработки, но в чистом виде практически не используется из-за хрупкости.
В основном добавляют в соединения с различными металлами для улучшения таких характеристик, как твердость (к платине и палладию в ювелирных украшениях), сопротивляемость агрессивной среде (к титану), повышения эффективности электрических контактов, термопар, используется также для производства лабораторной посуды.
Относится не только к самым твердым, но и самым дорогим металлам, цена превышает 20$ за грамм.
Твердый металл серебристо-белого цвета, не встречающийся в чистом виде, а добываемый из хромистого железняка. Плавится при температуре 1907 ⁰С, проявляет стойкость при воздействии щелочей и кислот, не подлежит коррозии.
Благодаря свойствам нашел широкое применение в легкой промышленности, используется для производства металлорежущих инструментов, оружия. Стоимость металла нестабильна и колеблется в весьма широком диапазоне.
Твердый, прочный, легкий и очень токсичный металл светло серого оттенка. Отравившись бериллиевыми парами, можно умереть. Нашел применение в ядерной промышленности при производстве отражателей нейтронов, добавляется в сплавы для придания им дополнительной прочности, устойчивости к коррозии.
Также используется в атомной промышленности, металлургии, аэродинамике. Цена бериллия в 2016 году составила 5500-6000$ за килограмм
Прочный и плотный металл серебристо-голубого цвета, по весу в 3 раза тяжелее свинца. В чистом виде встречается редко, как правило, добывается из других представителей платиновой группы, в тандеме с иридием или в составе упавших на Землю космических тел.
Имеет яркий неприятный аромат. Встречается в ряде регионов России, Северной и Южной Америке. От прочих примесей отделяется путем сложных химических реакций, длительность которых составляет до 9 месяцев. Нашел широкое применение в различных отраслях.
В связке с вольфрамом используют для производства нитей накаливания, а с платиной – для кардиостимуляторов и хирургических инструментов. Из-за сложности добычи и ограниченного количества имеет высокую цену, 100 г осмия стоит около 7700$.
Является побочным сырьем при производстве меди и молибдена. Используется в современном самолетостроении, производстве высокоточной электроники, при синтезе высокооктанового бензина.
Расширению сфер применения рения мешает сложность добычи и рассеянность по поверхности земной коры. Этот же фактор обеспечивает металлу высокую стоимость (до 4000$ за кг).
Светло-серый металл, напоминающий платину, отличается высокой плотностью и тугоплавкостью. В природе достаточно распространен, встречается в виде соединений горных пород, носящих название вольфрамит.
Несмотря на твердость вольфрама, он прекрасно поддается ковке при температурах выше 1600 ⁰С, что позволяет использовать его в тяжелой промышленности в качестве основы для тугоплавких металлов.
Вольфрамовые элементы используются при создании телевизоров и осветительных приборов. На октябрь 2016 года цена за килограмм вольфрама составлет 150$.
Один из наиболее прочных металлов в мире, являющийся слабым радиоактивным элементом. Распространен повсеместно, встречается как в чистом виде, так и в составе осадочных пород.
Процесс производства чистого урана достаточно трудоемок, разделен на несколько этапов, в результате которых из тонны урановой руды получают лишь несколько грамм металла. Используется для производства ядерного топлива, сердечников для бронебойных снарядов, а также для окрашивания стекол.
Стоимость урана на 2016 год составляет около 60$ за кг.
Когда речь идет о твердом и прочном металле, то в своем воображении человек сразу же рисует воина с мечом и в доспехах. Ну или с саблей, и обязательно из дамасской стали. Но сталь, хоть и прочный, но не чистый металл, ее получают путем сплава железа с углеродом и некоторыми другими металлами-добавками. И при необходимости сталь подвергают обработке, чтобы изменить ее свойства.
Легкий прочный металл серебристо-белого цвета
Каждая из добавок, будь то хром, никель или ванадий, отвечают за определенное качество. А вот для прочности добавляют титан – получаются самые твердые сплавы.По одной версии, металл получил свое название от Титанов, могучих и бесстрашных детей богини Земли Геи. Но по другой версии, серебристое вещество названо в честь королевы фей Титании.
Титан открыли немецкий и английский химики Грегор и Клапрот независимо друг от друга с разницей в шесть лет. Произошло это в конце 18-го века. Вещество тут же заняло место в периодической системе Менделеева. Спустя три десятилетия был получен первый образец металлического титана. И довольно долго металл не использовали из-за его хрупкости. Ровно до 1925 года – именно тогда, после ряда опытов, иодидным методом был получен чистый титан. Открытие стало настоящим прорывом. Титан оказался технологичным, на него тут же обратили внимание конструкторы и инженеры. И сейчас металл из руды получают, в основном, магниетермический способом, который предложили в 1940 году.
Если затрагивать физические свойства титана, то можно отметить его высокую удельную прочность, прочности при высоких температурах, маленькую плотность и коррозийную стойкость. Механическая прочность титана в два раза выше прочности железа и в шесть – алюминия. При высоких температурах, где легкие сплавы уже не работают (на основе магния и алюминия), на помощь приходят титановые сплавы. К примеру, самолет на высоте в 20 километров развивает скорость в три раза выше, чем скорость звука. И температура его корпуса при этом около 300 градусов по Цельсию. Нагрузки такие выдерживает только титановый сплав.
По распространенности в природе металл занимает десятое место. Титан добывают в ЮАР, России, Китае, Украине, Японии и Индии. И это далеко не полный перечень стран.
Титан - прочный и легкий металл в мире
Перечень возможностей применения металла вызывает уважение. Это военная промышленность, остепротезы в медицине, ювелирные и спортивные изделия, платы мобильных телефонов и многое другое. Постоянно возносят титан конструкторы ракето, авиа, кораблестроения. Даже химическая промышленность не оставила металл без внимания. Титан отличен для литья, ведь очертания при отливке точны и имеют гладкую поверхность. Расположение атомов в титане аморфное. И это гарантирует высокую прочность при растяжении, ударную вязкость, превосходные магнитные свойства.
Твердые металлы с наибольшей плотностью
Одними из самых твердых металлов, так же, являются осмий и иридий. Это вещества из платиновой группы, у них самая высокая, почти одинаковая, плотность.Иридий открыли в 1803 году. Обнаружил металл химик из Англии Смитсон Теннат, во время исследования природной платины из Южной Америки. Кстати, с древнегреческого «иридий» переводится как «радуга».
Самый твердый металл добыть довольно сложно, поскольку в природе его почти нет. И часто металл находят в метеоритах, которые упали на землю. По словам ученых, на нашей планете содержание иридия должно быть намного больше. Но из-за свойств металла – сидерофильности – он находится на самой глубине земных недр.
Иридий довольно сложно обработать и термическим, и химическим способом. Металл не вступает в реакцию с кислотами, даже сочетаниями кислот при температуре меньше 100 градусов. При этом, вещество подвержено процессам окисления в царской водке (это смесь соляной и азотной кислот).
Интерес, как к источнику электрической энергии, представляет изотоп иридия 193 m 2. Поскольку период полураспада металла составляет 241 год. Нашел широкое применение иридий в палеонтологии и промышленности. Его используют при изготовлении перьев для ручек и определение возраста разных слоев земли.
А вот осмий открыли на год позже, чем иридий. Этот твердый металл нашли в химическом составе осадка платины, которая была растворена в царской водке. И название «осмий» получилось из древнегреческого слова «запах». Металл не подвержен механическому воздействию. При этом, один литр осмия в разы тяжелее, чем десять литров воды. Впрочем, это свойство пока осталось без применения.
Осмий добывают на американских и российских рудниках. Богато его месторождение и в ЮАР. Довольно часто металл находят в железных метеоритах. Для специалистов представляет интерес осмий-187, который экспортируется только из Казахстана. С его помощью определяют возраст метеоритов. Стоит отметить, что всего один грамм изотопа стоит 10 тысяч долларов.
Ну а используют осмий в промышленности. И не в чистом виде, а в виде твердого сплава с вольфрамом. Производят из вещества лампы накаливания. Осмий является катализатором при изготовлении нашатырного спирта. Редко из металла изготавливают режущие части для нужд хирургии.
Самый твердый металл из чистых
Самый твердый из чистейших металлов на планете – хром. Он отлично поддается механической обработке. Металл голубовато-белого цвета обнаружили в 1766 году в окрестностях Екатеринбурга. Минерал тогда получил название «сибирский красный свинец». Его современное название – крокоит. Через несколько лет после открытия, а именно, в 1797 году, французский химик Воклен выделил из металла новый металл, уже тугоплавкий. Специалисты сегодня полагают, что полученное вещество – карбид хрома. 
Название этого элемента образовано от греческого «цвет», ведь сам металл славится разнообразием окраски своих соединений. Хром довольно просто встретить в природе, он распространенный. Найти металл можно в ЮАР, которая по добыче занимает первое место, а так же в Казахстане, Зимбабве, России и Мадагаскаре. Присутствуют месторождения в Турции, Армении, Индии, Бразилии и на Филиппинах. Специалисты особенно ценят некоторые соединения хрома – это хромистый железняк и крокоит.
Самый твердый металл в мире - вольфрам
Вольфрам – это химический элемент, самый твердый, если рассматривать его в ряду с другими металлами. Его температура плавления необычайно высока, выше – только у углерода, но это не металлический элемент.Но природная твердость вольфрама в то же время не лишает его гибкости и податливости, что позволяет выковывать из него любые необходимые детали. Именно его гибкость и теплоустойчивость делает вольфрам идеально подходящим материалом для выплавки мелких деталей осветительных приборов и деталей телевизоров, например.
Используется вольфрам и в более серьезных областях, например, оружестроении - для изготовления противовесов и артиллерийских снарядов. Этим вольфрам обязан высокому показателю плотности, что делает его основным веществом тяжелых сплавов. Плотность вольфрама близка по показателю к золоту – всего несколько десятых составляют разницу.
На сайте сайт можно прочитать какие же металлы являются самыми мягкими , как их используют, и что из них делают.
Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен
